CN204646239U - 急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，所开采的急倾斜特厚煤层由上至下分为多个分层，多个分层均呈水平布设，每个分层的回采工作面前方中均设置有一个预爆巷，预爆巷位于回采工作面上方且其呈水平布设，预爆巷与回采工作面呈平行布设且其内装有第一气体抽送设备和注水设备；每个分层均通过预爆巷分为上部煤层和下部煤层，上部煤层为需爆破煤层，下部煤层为用水湿润煤层，所述用水湿润煤层中位于上部的煤层为浸水煤层；需爆破煤层开有多个炮孔；每个分层下部左右两侧均设置有一个通风巷道。本实用新型结构简单、设计合理且施工方便、使用效果好，将多种防护措施结合使用，能有效消除冒顶、采空区着火等安全隐患。

Description

急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构

技术领域

本实用新型属于煤矿开采技术领域，尤其是涉及一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构。

背景技术

水平分层采煤法是指把急倾斜厚煤层沿水平方向分成若干2～3m厚的分层，由上而下依次开采。在每个分层内布置回采工作面和分层平巷，采区巷道可按双翼或单翼布置。区段高度一般为15m～30m。回采工作面长度就是煤层的水平厚度，工作面沿走向推进。煤层水平厚度小于8m时,仅需在分层底板掘一条分层平巷；煤层水平厚度大于8m时，应在顶板位置再掘一条分层平巷。对于急倾斜特厚煤层(煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层)而言，分层厚度可能大于4m，采用放顶煤采煤法进行开采。放顶煤采煤法是在开采厚煤层时，沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置采煤工作面，用综合机械化方式进行回采，利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，并由刮板运输机运出工作面。

目前，对急倾斜特厚煤层进行综放开采过程中，由于顶煤及顶板不同于缓倾斜煤层，容易大面积垮落并诱发采空区积聚气体的突然冲击，因而开采过程中控顶至关重要。另外，采空区留有的残煤遇氧气后有发火的可能，因而需采取有效的防护措施消除上述安全隐患，保障安全生产。现有的防护措施是向工作面后方的采空区内注入氮气，以降低含氧量。实际使用时，上述防护措施存在以下缺陷和不足：第一、由于急倾斜特厚煤层的特殊性，导致采空区易发火，安全隐患多；第二、采放比小，工作面单产低；第三、煤体破碎程度低，资源回收率低；第四、顶板运移不确定性大，容易造成大面积冒顶及气体冲击；第四、防护方法比较单一，不能全方位、立体防御并及时处理安全隐患。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，其结构简单、设计合理且施工方便、使用效果好，将多种防护措施结合使用，能有效消除冒顶、采空区着火等安全隐患。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，所开采的急倾斜特厚煤层为煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层，所述急倾斜特厚煤层由上至下分为多个分层，多个所述分层均呈水平布设且多个所述分层中位于最上部的分层为顶分层，其特征在于：每个所述分层的回采工作面前方的煤层中均设置有一个预爆巷，所述预爆巷位于回采工作面上方且其呈水平布设，所述预爆巷与回采工作面呈平行布设，所述预爆巷内装有第一气体抽送设备和注水设备；每个所述分层均通过预爆巷分为上部煤层和下部煤层，所述上部煤层为位于预爆巷上方的需爆破煤层，所述下部煤层为位于预爆巷下方的用水湿润煤层，所述用水湿润煤层中位于上部的煤层为浸水煤层；所述需爆破煤层上开有多个炮孔，多个所述炮孔均为从预爆巷由内向外钻取的爆破孔，多个所述炮孔均位于预爆巷的底板上方；每个所述分层的下部左右两侧均设置有一个通风巷道，两个所述通风巷道分别为进风巷和回风巷。

上述急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，其特征是：两个所述通风巷道分别位于所述急倾斜特厚煤层的煤层顶板和煤层底板的内侧，并且所述进风巷位于所述煤层顶板的内侧，所述回风巷位于煤层底板的内侧。

上述急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，其特征是：多个所述炮孔分多排进行布设，多排所述炮孔沿工作面长度方向由左至右布设；每排所述炮孔均包括多个沿圆周方向布设在预爆巷上方与两侧的炮孔，每排所述炮孔中的多个所述炮孔均包括一个位于预爆巷中部上方的中部炮孔和多个分别位于所述中部炮孔两侧的侧部炮孔。

上述急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，其特征是：所述回风巷的尾部装有第二气体抽送设备。

上述急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，其特征是：所述急倾斜特厚煤层由上至下分为三个分层，，三个所述分层由上至下分别为顶分层、中分层和底分层。

上述急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，其特征是：还包括填充在所述顶分层上方的塌陷区内的地面回填层，所述地面回填层为建筑垃圾回填层或黄土回填层。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、设计合理且施工方便，投入成本较低。

2、所采用的预爆巷结构简单、施工方便且使用效果好，一巷多用。

3、使用效果好且实用价值高，能将多种防护措施结合使用，所采用的防护措施主要包括开采前预爆巷内有毒有害气体预抽、顶煤超前预爆破、超前工作面顶煤注水湿润和地面回填黄土或建筑垃圾；其中开采前预爆巷内有毒有害气体预抽，为后续工作面的正常回采提供安全保障；顶煤超前预爆破能有效提高煤体破碎度，弱化顶煤及顶板，使顶板安全垮落；超前工作面顶煤注水湿润，利用水浸润煤体降低煤体强度，驱动瓦斯和硫化氢等有害气体的排出，在回风巷尾部增设气体抽送设备，及时、快速回收排出有毒有害气体，消除爆炸源；地面回填黄土或建筑垃圾，能对塌陷区进行及时回填，并隔绝采空区与地面空气的联系，防止采空区残煤自燃。因而，采用本实用新型能有效消除冒顶、采空区着火等安全隐患，保障生产安全；同时能提高采放比，增加工作面生产效率及单产。并且，能有效破碎顶煤，增强顶煤的可放性，提高资源回收率，达到高产高效的目标，经济效益显著。另外，浸润的煤体降低了工作面粉尘浓度，保障作业人员的身体健康。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且施工方便、使用效果好，将多种防护措施结合使用，能有效消除冒顶、采空区着火等安全隐患。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的施工状态示意图。

图2为本实用新型预爆巷内钻取的各排炮孔的布设位置示意图。

附图标记说明:

1—预爆巷；                 2—回采工作面；         3—用水湿润煤层；

3-1—浸水煤层；             4—需爆破煤层；         5—炮孔；

6—老顶；                   7—直接顶；             8-1—进风巷；

8-2—回风巷；               9—煤层底板；           10—地面回填层；

11—护顶煤层。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型所开采的急倾斜特厚煤层为煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层，所述急倾斜特厚煤层由上至下分为多个分层，多个所述分层均呈水平布设且多个所述分层中位于最上部的分层为顶分层；每个所述分层的回采工作面2前方的煤层中均设置有一个预爆巷1，所述预爆巷1位于回采工作面2上方且其呈水平布设，所述预爆巷1与回采工作面2呈平行布设，所述预爆巷1内装有第一气体抽送设备和注水设备。每个所述分层均通过预爆巷1分为上部煤层和下部煤层，所述上部煤层为位于预爆巷1上方的需爆破煤层4，所述下部煤层为位于预爆巷1下方的用水湿润煤层3，所述用水湿润煤层3中位于上部的煤层为浸水煤层3-1。所述需爆破煤层4上开有多个炮孔5，多个所述炮孔5均为从预爆巷1由内向外钻取的爆破孔，多个所述炮孔5均位于预爆巷1的底板上方。每个所述分层的下部左右两侧均设置有一个通风巷道，两个所述通风巷道分别为进风巷8-1和回风巷8-2。

本实施例中，两个所述通风巷道分别位于所述急倾斜特厚煤层的煤层顶板和煤层底板9的内侧，并且所述进风巷8-1位于所述煤层顶板的内侧，所述回风巷8-2位于煤层底板9的内侧。

结合图2，多个所述炮孔5分多排进行布设，多排所述炮孔5沿工作面长度方向由左至右布设。每排所述炮孔5均包括多个沿圆周方向布设在预爆巷1上方与两侧的炮孔5，每排所述炮孔5中的多个所述炮孔5均包括一个位于预爆巷1中部上方的中部炮孔和多个分别位于所述中部炮孔两侧的侧部炮孔。

本实施例中，所述回风巷8-2的尾部装有第二气体抽送设备。其中，所述回风巷8-2的尾部指的是回风巷8-2后端。

本实施例中，所述急倾斜特厚煤层由上至下分为三个分层，三个所述分层由上至下分别为顶分层、中分层和底分层。并且，所述顶分层的需爆破煤层4上方留有护顶煤层11。

实际施工时，可根据具体需要，对每个所述开采节段中的分层数量进行相应调整。

同时，本实用新型还包括填充在所述顶分层上方的塌陷区内的地面回填层10，所述地面回填层10为建筑垃圾回填层或黄土回填层。采用地面回填层10对所述塌陷区进行回填后，能有效隔绝采空区与地面空气的联系。

实际进行开采施工时，由上至下对多个所述分层分别进行开采，多个所述分层的开采方法均相同；并且，对任一个分层进行开采时，包括以下步骤：

步骤101、巷道施工：在回采工作面2前方顶煤中，施工一个预爆巷1；同时，在当前开采分层的下部左右两侧分别施工一个通风巷道，两个所述通风巷道分别为进风巷8-1和回风巷8-2；

回采工作面2前方顶煤，指的是当前开采分层中位于回采工作面2前方的煤层且该煤层位于回采工作面2的上方；

步骤102、预爆巷内有毒有害气体抽出：通过在步骤101中施工完成的预爆巷1内安装的第一气体抽送设备，将预爆巷1内的有毒有害气体抽出；

步骤103、顶煤超前预爆破：通过预爆巷1对多个所述炮孔5分别进行装药并封孔后，起爆预爆巷1底板上方的多个所述炮孔5，对当前开采分层的需爆破煤层4进行爆破；

步骤104、顶煤放水湿润：通过所述注水设备向预爆巷1内注水，对当前开采分层中位于预爆巷1下方的用水湿润煤层3进行湿润；

步骤105、煤层开采：采用采煤机对当前开采分层进行回采。

对当前开采分层进行回采过程中，随回采工作面2不断向前推进，可以通过氮气输送设备向回采工作面2后方的采空区内连续注入氮气，降低采空区内的含氧量，并采用建筑垃圾或黄土对地面出现的塌陷区进行回填。

步骤104中进行顶煤放水湿润过程中，需确保预爆巷1内侧底部始终有存水，且存水深度为20cm～30cm。所述用水湿润煤层3上部的煤层为浸水煤层3-1。

本实施例中，所述煤层顶板包括直接顶7和位于直接顶7上方的老顶6。

本实施例中，步骤103中进行顶煤超前预爆破过程中、步骤104中进行顶煤放水湿润过程中和步骤105中进行煤层开采过程中，通过回风巷8-2尾部安装的第二气体抽送设备将有毒有害气体抽出。

实际使用时，所述预爆巷1的一巷多用，能有效降低煤矿开采成本，具体体现在以下几个方面：

第一、预爆巷1作为高抽巷使用：高抽巷指的是在开采层顶部处于采动影响形成的裂隙带内挖掘的专用抽放巷道，而本实用新型中利用所述预爆巷1能有效将有毒有害气体(如瓦斯，主要成分为甲烷)抽出；

步骤105中进行煤层开采之前，通过预爆巷1抽出有毒有害气体，为后续工作面的正常回采提供安全保障；

第二、利用预爆巷1对下方煤层进行注水：实际进行注水时，采用注水设备(包括注水管路和安装在注水管路上的注水泵)从上自下进行煤层注水，因而预爆巷1能兼作注水软化煤体的工艺巷；

通过预爆巷1对下方煤层进行注水，实现在长时间水的浸润作用下软化煤体的目的，满足顶煤落放要求，能有效提高顶煤放出率，并能达到安全开采与增产提效的目的；同时，通过税浸润煤体，能有效降低煤体强度，驱动瓦斯和硫化氢等有毒有害气体排出；

第三、预爆巷1作为顶煤爆破巷使用：通过预爆巷1钻取多个炮孔5，对当前开采分层的顶煤进行爆破，能有效提高煤体破碎度，弱化顶煤与顶板，使顶板安全垮落。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，所开采的急倾斜特厚煤层为煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层，所述急倾斜特厚煤层由上至下分为多个分层，多个所述分层均呈水平布设且多个所述分层中位于最上部的分层为顶分层，其特征在于：每个所述分层的回采工作面(2)前方的煤层中均设置有一个预爆巷(1)，所述预爆巷(1)位于回采工作面(2)上方且其呈水平布设，所述预爆巷(1)与回采工作面(2)呈平行布设，所述预爆巷(1)内装有第一气体抽送设备和注水设备；每个所述分层均通过预爆巷(1)分为上部煤层和下部煤层，所述上部煤层为位于预爆巷(1)上方的需爆破煤层(4)，所述下部煤层为位于预爆巷(1)下方的用水湿润煤层(3)，所述用水湿润煤层(3)中位于上部的煤层为浸水煤层(3-1)；所述需爆破煤层(4)上开有多个炮孔(5)，多个所述炮孔(5)均为从预爆巷(1)由内向外钻取的爆破孔，多个所述炮孔(5)均位于预爆巷(1)的底板上方；每个所述分层的下部左右两侧均设置有一个通风巷道，两个所述通风巷道分别为进风巷(8-1)和回风巷(8-2)。

2.按照权利要求1所述的急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，其特征在于：两个所述通风巷道分别位于所述急倾斜特厚煤层的煤层顶板和煤层底板(9)的内侧，并且所述进风巷(8-1)位于所述煤层顶板的内侧，所述回风巷(8-2)位于煤层底板(9)的内侧。

3.按照权利要求1或2所述的急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，其特征在于：多个所述炮孔(5)分多排进行布设，多排所述炮孔(5)沿工作面长度方向由左至右布设；每排所述炮孔(5)均包括多个沿圆周方向布设在预爆巷(1)上方与两侧的炮孔(5)，每排所述炮孔(5)中的多个所述炮孔(5)均包括一个位于预爆巷(1)中部上方的中部炮孔 和多个分别位于所述中部炮孔两侧的侧部炮孔。

4.按照权利要求1或2所述的急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，其特征在于：所述回风巷(8-2)的尾部装有第二气体抽送设备。

5.按照权利要求1或2所述的急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，其特征在于：所述急倾斜特厚煤层由上至下分为三个分层，三个所述分层由上至下分别为顶分层、中分层和底分层。

6.按照权利要求1或2所述的急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶施工结构，其特征在于：还包括填充在所述顶分层上方的塌陷区内的地面回填层(10)，所述地面回填层(10)为建筑垃圾回填层或黄土回填层。