一种急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法

摘要

本发明公开了一种急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法，所述急倾斜厚煤层的煤层倾角大于45°，厚度3.5m～20m，所述开采方法的步骤为：工作面巷道系统布置、工作面俯伪斜弧形布置方式及参数确定、工作面回采。与现有技术相比，本发明设计合理、技术简单且施工方便，所采用的急倾斜煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法能够有效的解决“支架‑围岩”系统稳定性差、顶板管理困难、采出率低等实际问题。

权利要求

1.一种急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法，所述急倾斜厚煤层的煤层倾角大于45°，厚度3.5m～20m，其特征在于：所述开采方法的步骤为：步骤一、工作面巷道系统布置：沿煤层倾向将煤层斜切划分若干区段，在每个区段内沿煤层底板布置回风平巷，位于回风平巷下方沿煤层顶板布置运输平巷，且回风平巷超前运输平巷的距离为L，回风平巷与运输平巷连线的竖平面布置竖曲线为俯伪斜弧形工作面；所述回风平巷通过沿煤层底板布置的回风斜巷、回风石门与回风大巷连接，运输平巷通过沿煤层顶板布置的溜煤眼、运输石门与运输大巷连接，形成工作面煤炭运输系统；所述运输平巷通过沿煤层顶板布置的绕道和轨道上山与沿煤层底部布置的运输石门和运输大巷连接，形成工作面辅助运输系统；新鲜风流通过运输大巷、运输石门、轨道上山、绕道、运输平巷到达俯伪斜弧形工作面；俯伪斜弧形工作面污风通过回风平巷、回风斜巷、回风石门、回风大巷排出；

步骤二、工作面俯伪斜弧形布置方式及参数确定：确定俯伪斜弧形工作面的真倾角β、伪斜角β’，根据俯伪斜弧形工作面的真倾角β、伪斜角β’确定俯伪斜弧形工作面的层面角δ：俯伪斜弧形工作面在竖平面内沿竖曲线布置，所述俯伪斜弧形工作面的最小半径Rymin为：

Rymin＝lsin(θ/2)/2，

式中，l为刮板输送机的槽长度，θ为刮板输送机的最大弯曲度，俯伪斜弧形工作面半径R大于最小半径Rymin，工作面长度Kp为：

步骤三、工作面回采：在俯伪斜弧形工作面安装工作面支架，然后采煤机下行单向割煤，上行走空刀时自下而上移工作面支架；工作面支架到位后，分步顺序实现整体推前部刮板输送机，移前部刮板输送机同时采煤机完成进刀，不放顶煤的小循环；同时拉后部刮板输送机，铺设金属网、竹笆形成人工假顶，进入下一个小循环；完成以上两个小循环后，移工作面支架，进行折返式多轮放煤，放完顶煤后拉后部刮板输送机，完成一个大循环；直至完成所有区段的回采；工作面采煤机落煤和放顶煤分别由前部刮板输送机、后部刮板输送机运输到工作面下端头，经过运输平巷中破碎机破碎，转载机、胶带输送机运出。

2.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法，其特征在于：所述工作面支架采用急倾斜掩护式菱形液压支架，由端头支架、基本支架、端尾支架组成，支架宽度上窄下宽，顶梁采用侧护大行程窄顶梁结构，底梁采用可伸缩底调防护梁，并使用大面积护帮板防煤壁片帮，防护挡板将机道和人行道隔开；工作面回风平巷中超前支护采用单体液压支柱铰接金属顶梁；移架操作顺序为：工作面采煤机由回风平巷向运输平巷割煤过程中，基本支架及时伸前探梁、打开护帮板，采煤机由运输平巷向回风平巷清浮煤过程中，基本支架依次收前探梁和护帮板，基本支架的立柱收缩并保证一定压力作用下向前移动，基本支架移到位后及时伸立柱和打开护帮板，即完成采煤机割刀煤移一次基本支架；基本支架完成两次移动，回风平巷中的端头支架、运输平巷中的端尾支架完成一次移动。

3.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法，其特征在于：所述采煤机为四象限运行的电牵引双滚筒采煤机。

4.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法，其特征在于：所述步骤二中，所述刮板输送机的槽长度l为1.5m，刮板输送机的最大弯曲度θ为3°。

说明书

一种急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法

技术领域

[0001] 本发明涉及急倾斜厚煤层开采领域，特别是一种急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法。

背景技术

[0002] 急倾斜煤层是指赋存倾角大于45°的煤层，在我国煤炭总储量中大约17％，其年产量约占全国煤炭总产量的3％。急倾斜厚煤层储量比重较大，特别在我国西部地区储量丰富。该类煤层的安全高效开采是确保国民经济快速稳健发展和实现矿井大规模集约化生产的迫切需要。传统的倒台阶采煤法、伪斜柔性掩护支架采煤法机械化程度低、劳动强度大、工艺复杂、管理难度大。目前，急倾斜厚煤层多采用倾斜分层和水平分段放顶煤采煤方法，工作面长度短、掘进率高，“支架-围岩”系统稳定性差。

[0003] 急倾斜厚煤层开采主要存在以下难点：①采场覆岩活动剧烈，顶板难以管理；②煤层倾角影响支架稳定性，工作面设备易倾倒、下滑；③急倾斜综放工作面回采工艺复杂、采出率低，效益及安全性差。要实现急倾斜厚煤层安全高效集约化生产，必须从以上开采难点出发，创新工作面巷道系统布置和顶板管理、研制工作面综放设备、优化采煤工艺。

发明内容

[0004] 本发明的目的是要提供一种急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法，能有效解决急倾斜厚煤层综放开采“支架-围岩”系统稳定性差、顶板管理困难、采出率低等实际问题。

[0005] 为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

[0006] 一种急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法，所述急倾斜厚煤层的煤层倾角大于45°，厚度3.5m-20m，所述开采方法的步骤为：

[0007] 步骤一、工作面巷道系统布置：沿煤层倾向将煤层斜切划分若干区段，在每个区段内沿煤层底板布置回风平巷，位于回风平巷下方沿煤层顶板布置运输平巷，且回风平巷超前运输平巷的距离为L，回风平巷与运输平巷连线的竖平面布置竖曲线为俯伪斜弧形工作面；所述回风平巷通过沿煤层底板布置的回风斜巷、回风石门与回风大巷连接，运输平巷通过沿煤层顶板布置的溜煤眼、运输石门与运输大巷连接，形成工作面煤炭运输系统；所述运输平巷通过沿煤层顶板布置的绕道和轨道上山与沿煤层底部布置的运输石门和运输大巷连接，形成工作面辅助运输系统；新鲜风流通过运输大巷、运输石门、轨道上山、绕道、运输平巷到达俯伪斜弧形工作面；俯伪斜弧形工作面污风通过回风平巷、回风斜巷、回风石门、回风大巷排出；

[0008] 步骤二、工作面俯伪斜弧形布置方式及参数确定：确定俯伪斜弧形工作面的真倾角β、伪斜角β’，根据俯伪斜弧形工作面的真倾角β、伪斜角β’确定俯伪斜弧形工作面的层面角δ：

[0009]

[0010] 俯伪斜弧形工作面在竖平面内沿竖曲线布置，所述俯伪斜弧形工作面的最小半径Rymin为：

[0011] Rymin＝lsin(θ/2)/2，

[0012] 式中，l为刮板输送机的槽长度，θ为刮板输送机的最大弯曲度，俯伪斜弧形工作面半径R大于最小半径Rymin，工作面长度Kp为：

[0013]

[0014] 步骤三、工作面回采：在俯伪斜弧形工作面安装工作面支架，然后采煤机下行单向割煤，上行走空刀时自下而上移工作面支架；工作面支架到位后，分步顺序实现整体推前部刮板输送机，移前部刮板输送机同时采煤机完成进刀，不放顶煤的小循环；同时拉后部刮板输送机，铺设金属网、竹笆形成人工假顶，进入下一个小循环；完成以上两个小循环后，移工作面支架，进行折返式多轮放煤，放完顶煤后拉后部刮板输送机，完成一个大循环；直至完成所有区段的回采。工作面采煤机落煤和放顶煤分别由前部刮板输送机、后部刮板输送机运输到工作面下端头，经过运输平巷中破碎机破碎，转载机、胶带输送机运出。

[0015] 进一步，所述工作面支架采用急倾斜掩护式菱形液压支架，由端头支架、基本支架、端尾支架组成，支架宽度上窄下宽，顶梁采用侧护大行程窄顶梁结构，底梁采用可伸缩底调防护梁，便于调正支架，并使用大面积护帮板防煤壁片帮，防护挡板将机道和人行道隔开；工作面回风平巷中超前支护采用单体液压支柱铰接金属顶梁；移架操作顺序为：工作面采煤机由回风平巷向运输平巷割煤过程中，基本支架及时伸前探梁、打开护帮板，采煤机由运输平巷向回风平巷7清浮煤过程中，基本支架依次收前探梁和护帮板，基本支架的立柱收缩并保证一定压力作用下向前移动，基本支架移到位后及时伸立柱和打开护帮板，即完成采煤机割刀煤移一次基本支架；基本支架完成两次移动，回风平巷中的端头支架、运输平巷中的端尾支架完成一次移动。

[0016] 优选地，所述采煤机为四象限运行的电牵引双滚筒采煤机。

[0017] 优选地，所述步骤二中，所述刮板输送机的槽长度l为1.5m，刮板输送机的最大弯曲度θ为3°。

[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

[0019] 1.工作面采用俯伪斜弧形布置，减小了工作面角度，增加了工作面长度，避免了煤壁片帮伤人、设备倒滑问题。

[0020] 2.所采用的急倾斜煤层俯伪斜弧形斜切分层开采工艺过程简单且实施方便，保证了支架梁端距稳定、避免割顶煤、行人通道不通畅等问题，提高了煤炭资源回收率，改善了作业环境，减轻了工人劳动强度。

[0021] 综上所述，本发明设计合理、技术简单且施工方便，所采用的急倾斜煤层俯伪斜弧形斜切分层开采方法能够有效的解决“支架-围岩”系统稳定性差、顶板管理困难、采出率低等实际问题。

附图说明

[0022] 图1为急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采巷道系统布置图。

[0023] 图2为急倾斜厚煤层俯伪斜弧形工作面布置相关角度关系图。

[0024] 图3为急倾斜厚煤层俯伪斜弧形工作面设备布置剖面图。

[0025] 图4为急倾斜厚煤层俯伪斜弧形工作面设备布置俯视图。

[0026] 图中：1-顶板，2-煤层，3-底板，4-回风石门，5-回风大巷，6-回风斜巷，7-回风平巷，8-运输大巷，9-第一区段，10-俯伪斜弧形工作面，11-运输平巷，12-绕道；13-溜煤眼，14-第二区段，15-轨道上山，16-第n区段，17-运输石门，18-端头支架，19-基本支架，20-可伸缩底调防护梁，21-端尾支架，22-采煤机，23-后部刮板输送机，24-前部刮板输送机，25-破碎机，26-转载机，27-胶带输送机，28-金属网，29-竹笆，30-采空区，31-单体液压支柱，
32-金属顶梁。

具体实施方式

[0027] 下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

[0028] 如图1、图2、图3及图4所示，本实施例的一种急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法，所述急倾斜厚煤层的煤层倾角大于45°，厚度3.5m-20m，所述开采方法的步骤为：

[0029] 步骤一：工作面巷道系统布置：如图1、图2所示，沿煤层2倾向将煤层斜切划分若干区段，在每个区段内沿煤层底板布置回风平巷，具体分层情况如图1中的第一区段9、第二区段14、……、第n区段16，本实施例中相邻区段间隔高度分别为H1、H2、……、Hn，在具体实施中区段高度可根据实际情况调整；在每个区段内沿煤层底板3布置回风平巷7，位于回风平巷7下方沿煤层顶板1布置运输平巷11，且回风平巷7超前运输平巷11的距离为L，其中如图2所示，图中AB为俯伪斜弧形工作面10的回风平巷7，CD为俯伪斜弧形工作面10的运输平巷11，L为回风平巷7超前运输平巷11的距离， 为俯伪斜弧形工作面10，α为煤层倾角，β为俯伪斜弧形工作面10的真倾角，β`为俯伪斜弧形工作面10的伪倾角，δ-工作面层面角，R-俯伪斜弧形工作面的曲率半径，Kp-俯伪斜弧形工作面长度；回风平巷7与运输平巷11连线BD的竖平面BO'D布置竖曲线 为俯伪斜弧形工作面10；所述回风平巷7通过沿煤层底板3布置的回风斜巷6、回风石门4与回风大巷5连接，运输平巷11通过沿煤层顶板1布置的溜煤眼13、运输石门17与运输大巷8连接，形成工作面煤炭运输系统；所述运输平巷11通过沿煤层顶板1布置的绕道12和轨道上山15与沿煤层底部布置的运输石门17和运输大巷8连接，形成工作面辅助运输系统；新鲜风流通过运输大巷8、运输石门17、轨道上山15、绕道12、运输平巷11到达俯伪斜弧形工作面10；俯伪斜弧形工作面10污风通过回风平巷7、回风斜巷6、回风石门4、回风大巷5排出；

[0030] 步骤二：工作面俯伪斜弧形布置方式及参数确定：根据煤矿现场实践及参照国内外急倾斜煤层开采经验，落煤的自溜角比自然安息角大5°～7°，既能减小对人员和设备的危害，又能保证回采效率。一般情况下，煤炭堆积的自然安息角约为45°，如图2、图3所示，本实施例中煤层开采的伪斜角β`为50～52°；确定俯伪斜弧形工作面10的真倾角β、伪斜角β’，根据俯伪斜弧形工作面10的真倾角β、伪斜角β’确定俯伪斜弧形工作面的层面角δ：

[0031]

[0032] 俯伪斜弧形工作面10在竖平面BO'D内沿竖曲线 布置，最小半径取决于刮板输送机的最大弯曲度θ和槽长度l及采煤机底托架高度与滑靴(滚轮)间距，所述俯伪斜弧形工作面的最小半径Rymin为：

[0033] Rymin＝lsin(θ/2)/2，

[0034] 式中，l为刮板输送机的槽长度，θ为刮板输送机的最大弯曲度，本实施例中，刮板输送机的槽长度l取1.5m，刮板输送机的最大弯曲度θ取3°，因此本实施例中俯伪斜弧形工作面的的最小半径Rymin为28.65m，俯伪斜弧形工作面半径R大于最小半径28.65m，工作面长度 为：

[0035]

[0036] 步骤三：工作面回采：采用俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法开采，以步骤二所确定的俯伪斜弧形工作面10为实际开采工作面，并以所述的急倾斜煤层走向为推进方向进行工作面回采，实际开采过程中工艺流程为：在俯伪斜弧形工作面10安装工作面支架，然后采煤机22下行单向割煤，上行走空刀时自下而上移工作面支架；工作面支架到位后，分步顺序实现整体推前部刮板输送机24，移前部刮板输送机24同时采煤机22完成进刀，不放顶煤的小循环；同时拉后部刮板输送机23，铺设金属网28、竹笆29形成人工假顶，进入下一个小循环；完成以上两个小循环后，移工作面支架，进行折返式多轮放煤，放完顶煤后拉后部刮板输送机23，完成一个大循环；直至完成所有区段的回采。工作面10采煤机22落煤和支架19放顶煤分别由前部刮板输送机23、后部刮板输送机24运输到工作面下端头，经过运输平巷11中破碎机25破碎，转载机26、胶带输送机27运出。

[0037] 本实施例中，所述工作面支架系统由端头支架18、基本支架19、端尾支架21组成。基本支架19为急倾斜菱形液压支架，支架顶梁宽度小于底座宽度，顶梁采用侧护大行程窄顶梁结构，底梁采用可伸缩底调防护梁20，实现支架调正。

[0038] 所述工作面支架采用急倾斜掩护式菱形液压支架，由端头支架18、基本支架19、端尾支架21组成，金属顶梁32的宽度小于可伸缩底调防护梁20的宽度，通过可伸缩底调防护梁20的伸缩保证基本支架19的稳定性，并使用大面积护帮板防煤壁片帮，防护挡板将机道和人行道隔开；工作面回风平巷7中超前支护采用单体液压支柱31铰接金属顶梁32；移架操作顺序为：工作面采煤机22由回风平巷7向运输平巷11割煤过程中，基本支架19及时伸前探梁、打开护帮板，采煤机22由运输平巷11向回风平巷7清浮煤过程中，基本支架19依次收前探梁和护帮板，基本支架19的立柱收缩并保证一定压力作用下向前移动，基本支架19移到位后及时伸立柱和打开护帮板，即完成采煤机22割1刀煤移一次基本支架19；基本支架19完成两次移动，回风平巷7中的端头支架18、运输平巷11中的端尾支架21完成一次移动。

[0039] 采煤机22由上向下割煤-伸前探梁-打开护帮板-采煤机由下向上清煤-收护帮板-收前探梁-降架带压移架-打开护帮板，端头支架18、端尾支架21每割两刀煤移架一次。工作面落煤采用具有强润滑系统和弧形挡煤板、四象限运行的电牵引双滚筒采煤机，工作面运输采用大动力刮板输送机，工作面利用“三机”(采煤机、刮板输送机、急倾斜掩护式菱形液压支架)配合防止工作面装备下滑。本实施例中，放煤时，先收回急倾斜掩护式菱形液压支架放煤插板，并操作可伸缩底调防护梁20，使可伸缩底调防护梁20摆到适当位置，以便能使顶煤直接流入后部刮板输送机23；可协调配合操作相邻两台急倾斜掩护式菱形液压支架，多次反复摆动可伸缩底调防护梁20使大块煤破碎，便于放净；必须注意控制放煤量，保证后部刮板输送机23和转载机26不过载；支架后喷雾必须打开，无喷雾或喷雾不完好不准放煤。

[0040] 综述，本发明急倾斜厚煤层俯伪斜弧形斜切分层综放开采方法，有效的解决了工作面“支架-围岩”系统稳定性，提高了煤炭资源回收率，使急倾斜煤层的回采率在现在的40％～50％提高至85％以上，单个工作面年产量可达到60万吨，改善了作业环境，减轻了工人劳动强度。

[0041] 本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。