大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，本發(fā)明的采空區(qū)直接頂巖層按設(shè)定步驟垮落并充填采空區(qū)。采用基本點柱與分段密集支柱進行采煤工作面頂板控制。在采煤工作面下端頭的煤層中開設(shè)缺口。缺口煤壁側(cè)布設(shè)基本點柱，另一側(cè)布設(shè)擋煤密集支柱；缺口中部布設(shè)基本點柱將缺口分為溜煤側(cè)與行人通道側(cè)。在巷道上幫內(nèi)設(shè)置加強支護。在采空區(qū)內(nèi)距巷道1m處設(shè)置木垛支護。在待開采區(qū)的巷道上幫設(shè)置超前支護。本發(fā)明在采煤工作面開采時下端頭不留設(shè)護巷煤柱，一個工作面完成后，它的一條巷道可以繼續(xù)為下一個工作面使用。下端頭護巷煤柱煤炭資源回收率達100%。采煤工作面下端頭不再施工超前行人眼，減少小眼瓦斯對安全的威脅，取消局部通風(fēng)機通風(fēng)，節(jié)約電費，減小炮采工作面下安全出口管理難度。
【專利說明】大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種煤炭開采技術(shù)，尤其是一種在大傾角煤層進行無煤柱開采過程的采煤工作面支護布設(shè)方式。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著礦井生產(chǎn)能力的提高，開采強度的增大，資源的緊張程度越來越顯現(xiàn)出來。通過無煤柱開采能實現(xiàn)挖潛現(xiàn)有的煤炭資源，提高礦井的資源回收率，延長礦井的服務(wù)年限。
[0003]無煤柱護巷的特點及適用性:在巷道一側(cè)或兩側(cè)不留護巷煤柱而依靠支護維護的巷道稱無煤柱巷道.有利于安全生產(chǎn)，提高了效益和資源回收率，無煤柱護巷方法布置巷道現(xiàn)采用沿空留巷沿空掘巷兩種方法混合使用進行。無煤柱開采技術(shù)，即在上一區(qū)段運輸巷下側(cè)預(yù)置一條充填帶，下一區(qū)段材料巷掘進時，沿充填帶掘進，不再預(yù)留煤柱，用充填帶把上下兩個工作面間留設(shè)煤柱置換出來。
[0004]無煤柱護巷的原理:無煤柱護巷一般是在采煤工作面使用，為了提高資源回收率，在采煤工作面開采時就不留煤柱，也就是說一個工作面采完后，它的一條巷道可以繼續(xù)為下一個工作面繼續(xù)使用，比如上一個工作面的回風(fēng)巷可以作為下一個工作面的進風(fēng)巷，這樣的話就不用再兩個工作面之間留設(shè)煤柱了。
[0005]大傾角薄煤層是開采高度在0.8米以下，傾角在25°?45°的煤層，此煤層采開采難度大，產(chǎn)量低，煤質(zhì)優(yōu)。隨著綜合機械化采煤技術(shù)的發(fā)展，開采強度的增大，資源的緊張程度越來越顯現(xiàn)出來，采掘的接替關(guān)系也出現(xiàn)失調(diào)，為了緩解接續(xù)關(guān)系及提高資源回收率，有必要提出大傾角煤層非沿空護巷炮采技術(shù)研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決以上問題，本發(fā)明提供了大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，包括采空區(qū)直接頂?shù)奶幚?，采煤工作面頂板控制，及采煤工作面下出口布置，具體為:
(0.采空區(qū)2直接頂處理方法為，讓采空區(qū)直接頂巖層按設(shè)定步驟垮落，以保持采煤工作面最小懸頂面積，使頂板垮落后破碎巖石體積膨脹而充填采空區(qū)，并在采煤工作面處進行頂板控制。
[0007](2).所述的采煤工作面頂板控制方式采用靠近煤壁的基本點柱I與基本點柱后方的分段密集支柱8聯(lián)合進行，在頂板控制的同時并阻擋該范圍內(nèi)垮落的矸石下滑。
[0008]所述的基本點柱I均勻分布在煤壁后方及分段密集支柱之間。
[0009]所述的分段密集支柱8由單體支柱一字排列組成的支柱排，支柱排與巷道平行，分段密集支柱對煤壁后方1.5?4.5m范圍內(nèi)的采空區(qū)進行頂板控制。
[0010]所述的基本點柱與分段密集支柱的迎山角均為3°?5。。
[0011](3).采煤工作面下出口布置方法為，在采煤工作面下端頭的煤層中開設(shè)寬度1.8?2.2m的缺口 6 ;缺口走向向采空區(qū)傾斜，與巷道10呈40°?50°夾角；缺口煤壁側(cè)布設(shè)基本點柱1，缺口另一側(cè)布設(shè)擋煤密集支柱5 ;缺口中部順缺口走向布設(shè)基本點柱將缺口分為溜煤側(cè)與行人通道側(cè)，靠煤壁側(cè)為行人通道，在距煤壁25m范圍內(nèi)的巷道內(nèi)設(shè)置加強支護3，加強支護設(shè)置在巷道上幫，采用液壓支柱進行支護形成加強支護。
[0012]在距煤壁25m范圍內(nèi)的采空區(qū)內(nèi)設(shè)置木垛4進行支護，木垛設(shè)置在距巷道Im處的采空區(qū)內(nèi)。
[0013](4).在待開采區(qū)的巷道上幫設(shè)置超前支護7。
[0014]如上述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，更進一步說明為，采空區(qū)直接頂處理方法為:在煤壁5.5m以外的采空區(qū)內(nèi)，讓直接頂巖層直接垮落，以保持采煤工作面最小懸頂面積，使頂板垮落后破碎巖石體積膨脹而充填采空區(qū)2，并獲得平衡，使巷道10形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，巷道在人工支護與巖體自然支承的作用下穩(wěn)固。
[0015]如上述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，更進一步說明為，所述的基本點柱I為單體液壓支柱，分布在煤壁后方2.5m范圍內(nèi)及分段密集支柱之間，基本點柱排距為
1.0m，柱距為 0.8mο
[0016]如上述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，更進一步說明為，所述的分段密集支柱8最前端距煤壁1.5?2.5m ;相鄰的分段密集支柱的垂直間距2.1m,走向夾角為5°?11°，上一分段密集支柱尾部與下一分段密集支柱最前端垂直交叉長度為1.05m。
[0017]如上述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，更進一步說明為，缺口 6內(nèi)的基本點柱其柱距0.8m ;巷道內(nèi)的加強支護3其柱距為0.8m ;待開采區(qū)的巷道內(nèi)設(shè)置的超前支護7為液壓支柱,其柱距為0.8m。
[0018]如上述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，更進一步說明為，缺口 6內(nèi)的行人通道寬1.0m，溜煤側(cè)寬0.9m，缺口的上幫設(shè)置排柴進行背實。
[0019]如上述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，更進一步說明為，采煤工作面頂板控制控頂距4.5?5.5m，放頂步距1.0m，炮道寬0.5m。
[0020]如上述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，更進一步說明為，分段密集支柱8長度為2.5?3mο
[0021]如上述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，更進一步說明為，所述的木垛4采用直徑不低于14cm，長度不低于0.Sm的圓木架設(shè)，木垛間距為0.50m ;所述的木垛設(shè)置在距煤壁20m范圍內(nèi)。
[0022]本發(fā)明具如下效果:
在采煤工作面開采時下端頭不留設(shè)護巷煤柱，一個工作面采煤工作面完成后，它的一條巷道可以繼續(xù)為下一個工作面使用，少掘進一條巷道，節(jié)省開采成本。
[0023]本項目實施后，下端頭護巷煤柱煤炭資源回收率達100%，減少了煤炭資源丟失，延長工作面服務(wù)時間，緩解采掘接替緊張矛盾。
[0024]本技術(shù)能有效地讓采空區(qū)內(nèi)的頂板有計劃的垮落，并按設(shè)計要求垮落，垮落的巖石通過分段密集控制，讓巖石垮落后上滑一段距離，形成堆砌，并膨脹，從而對頂板支撐。
[0025]本技術(shù)的支護足以解決采煤工作面的頂板支護強度要求。
[0026]下端頭通過采用木垛支護技術(shù)、并加以加強支護，有效地解決了采煤工作面回采期間下端頭底板滑底的問題，確保了巷道完整性。超前支護解決了采煤工作面前方的煤壁受到的采動影響。
[0027]采煤工作面下端頭不再施工超前行人眼，減少小眼瓦斯對安全的威脅，取消局部通風(fēng)機通風(fēng)，節(jié)約電費，減小炮采工作面下安全出口管理難度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1:本發(fā)明的采煤工作面布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2:大傾角情況下采空區(qū)頂板冒落帶分布圖。
[0030]圖3:分段密集支柱與基本點柱布置截面圖。

【具體實施方式】
[0031]本技術(shù)在如下條件的試驗采煤工作面實施:本實施例的試驗礦井瓦斯涌出形式主要從暴露的煤層、采空區(qū)、頂?shù)装鍑鷰r緩慢、均勻、長時間的涌出。礦井瓦斯相對涌出量為13.05m3/t，礦井綜合評定為高瓦斯礦井。礦井煤塵具有爆炸危險性，煤塵爆炸指數(shù)20.21%。
[0032]實施例采煤工作面走向長度510m，傾斜長度平均108m，斜面積55080m2。工作面范圍內(nèi)煤層厚度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，純煤厚度一般為0.63m,屬較穩(wěn)定煤層,確定采高為1.13m。煤層老頂為灰色中厚層狀泥質(zhì)粉砂巖，厚9.80m ;直接底為薄層狀灰黑色泥巖夾煤線，厚3.0Om ；老底為中厚層狀泥巖，下部為粉砂質(zhì)泥巖，厚3.0Om ;純煤平均厚度1.25m、普氏硬度3.0，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸層多。
[0033]實施例工作面采用區(qū)段式布置，區(qū)內(nèi)后退式開采?；仫L(fēng)巷、運輸巷采用單巷布置，為掘進的半煤巷，圍巖較好段為異形斷面，采用錨網(wǎng)支護；圍巖較差壓力大段采用梯形斷面，(斷面面積為5^=6.2611124^=4.741112^工作面機巷采用三心拱形斷面(巷道斷面面積為:Se=8.15m2，S^ =7.78m2)。該巷道主要用于進風(fēng)、運輸、電纜敷設(shè)和行人等。
[0034]采煤步驟為:煤壁采用煤電鉆打眼一爆破落煤(臨時支護)一人工攉煤一U形鐵皮溜槽溜煤一人工放煤一單體液壓支柱支護一人工回柱放頂一煤電鉆打眼，依此循環(huán)。
[0035]具體的開采技術(shù)為:
1、采空區(qū)處理方式:
采煤工作面采空區(qū)處理采用全部垮落法，使采空區(qū)直接頂巖層有計劃的垮落，以保持采煤工作面最小懸頂面積，使頂板垮落后破碎巖石體積膨脹而充填采空區(qū)，從而減輕工作面壓力和減弱上覆巖層對工作面空間的影響。
[0036]2、采煤工作面支護參數(shù)
根據(jù)設(shè)計支護密度計算以及原有的成功采煤方法，結(jié)合實際，確定采煤工作面參數(shù)為:偽傾角為35° (取)，層面角64°，有效采長為115m，采煤工作面共布置48段分段密集支柱。采煤工作面支護參數(shù)為:基本點柱排距為1.0m,柱距為0.Sm,分段密集支柱長度取3.0m,垂直間距2.lm，相鄰兩段分段密集支柱偽斜距2.4m,走向密集與走向夾角為取5°?11°，以利矸石向采空區(qū)方向移動。為適應(yīng)煤層真傾角和分段密集支柱垂直間距在允許范圍的變化，分段密集支柱長度的變化應(yīng)滿足上一分段密集支柱尾部與下一分段密集支柱端部垂直交叉長度為1.05m。
[0037]3、頂板控制方法
采煤工作面采用單體液壓支柱戴木帽點柱進行支護，單排分段密集支柱阻擋采空區(qū)矸石的控頂方法。采煤工作面最大控頂距5.5m，最小控頂距4.5m，放頂步距1.0m，炮道寬
0.5m。
[0038]4、采煤工作面下端頭布設(shè)
在采煤工作面下端頭提前施工一寬2m的缺口，所述的缺口走向向采空區(qū)傾斜，與采煤巷道呈40°?50°夾角；缺口煤壁側(cè)布設(shè)基本點柱，缺口另一側(cè)布設(shè)擋煤密集支柱；缺口中部順缺口走向布設(shè)基本點柱將缺口分為溜煤側(cè)與行人通道側(cè)，靠煤壁側(cè)為行人通道，寬
1.0m，溜煤側(cè)寬0.9m，缺口的上幫設(shè)置排柴進行背實。
[0039]距采煤工作面下安全出口 20m范圍內(nèi)采用單排單體液壓支柱戴帽點柱進行加強支護，柱距為0.8m。
[0040]采煤工作面下端頭距巷道Im處采用長度不低于0.Sm圓木架設(shè)木垛進行支護。
[0041]采用本實施例進行開采的結(jié)果分析:
當采用全部垮落法或充填采空區(qū)的辦法時，由于上覆巖層中出現(xiàn)塊體咬合的結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致采煤工作面前方支承壓力急劇增加，采空區(qū)2后方則大幅度減小。
[0042]隨著煤層傾角的增加，頂板下沉量逐漸變小。由于采空區(qū)頂板冒落的矸石不能在原地留住，并沿著地板下滑從而該變了上覆巖層的運動規(guī)律。
[0043]見圖2大傾角情況下采空區(qū)頂板冒落帶分布圖可知，大傾角煤層直接頂巖層的運動形式直接影響上覆巖層的運動，由于上覆巖層在傾斜方向上收到支撐作用不同，從而導(dǎo)致直接頂上覆巖層運動在該方向呈現(xiàn)時間和空間上的差異。采空區(qū)頂板冒落帶分布曲線
2-1呈上大下小的趨勢。大傾角煤層采場直接頂上覆堅硬巖層在采空區(qū)上方形成“砌體梁”結(jié)構(gòu)，由于傾角的影響，不但在走向上形成砌體結(jié)構(gòu)，而且在傾斜方向上也比緩傾斜煤層更容易形成塊體鉸接結(jié)構(gòu)。隨著采場推進，頂板巖層在走向和傾斜方向上形成的結(jié)構(gòu)組成了采場上覆巖層的“大結(jié)構(gòu)”。
[0044]當試驗采煤工作面開采后，其采場支架載荷的分部、頂板下沉量、來壓顯現(xiàn)程度、來壓步距等沿采場傾斜方向均不相同，整體下部略大于中、上部。通過分析單體支柱的初撐力和工作阻力，不論頂板來壓與否，其壓力分布沿采煤工作面大致分為上部、中部、下部3個階段，采煤工作面中部支柱阻力大于上部，下部支柱阻力最小。
[0045]機巷頂?shù)装搴蛢蓭鸵平俣纫约俺皢误w液壓支柱的工作阻力呈現(xiàn)周期性變化，機巷頂?shù)装逡平俣让黠@大于兩幫移近速度，最大頂?shù)装逡平俣群蛢蓭鸵平俣染诰嚯x采煤工作面4m左右開始明顯變大，Sm到達峰值，14m后開始明顯變小。因此可以基本確定超前支撐壓力峰值的范圍為距離煤壁8?14m范圍內(nèi)。而巷道表面變形速度較大由兩個區(qū)域組成，28?38m部分和距離煤壁Sm以內(nèi)部分，Sm以內(nèi)部分變化是因為受頂板斷裂的影響，而28?38m內(nèi)主要是因為采煤工作面超前支撐壓力的影響。
[0046]由于大傾角采煤工作面采空區(qū)冒落矸石形成“上虛下實”的狀態(tài)，因而對頂板的支撐作用下方大于上方，使老頂周期來壓步距沿采煤工作面傾斜方向有明顯的分段特征，采煤工作面上部老頂來壓步距比下部小，采煤工作面下部支柱支承壓力小于上部。
[0047]開采中冒落的頂板破斷巖塊向下滾落，形成采空區(qū)沿傾斜下實上空的充填特征，改變了老頂?shù)闹螚l件，使老頂破斷后下部板塊的失穩(wěn)運動首先受到限制，造成上覆巖層的運動與破壞在時間和空間上均表現(xiàn)不同步，采煤工作面來壓也經(jīng)常中上部先于下部，來壓強度也是如此。
[0048]根據(jù)試驗采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律來看，采煤工作面下部支承壓力與采煤工作面中部上部相比無明顯變化。但為避免因拐角處出現(xiàn)的應(yīng)力集中而造成的采煤工作面壓力大，導(dǎo)致片幫嚴重，和支柱壓死等，超前缺口的施工必須隨掘隨支。所作的缺口內(nèi)上幫必須用排柴背實，以防煤壁片幫傷人
根據(jù)采煤工作面上覆巖層冒落帶分布情況以及采空區(qū)應(yīng)力分布情況來看，由于下部垮落空間較小充填較為密實，對頂板支護作用較大，采用架設(shè)木垛方式支護采煤工作面下出口采空區(qū)，能增大底板受力面積，防止鉆底滑底造成的巷道變形等。
[0049]本技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅僅對煤礦本身帶來了巨大的經(jīng)濟效益，同時對社會也提供了技術(shù)范例，包括:⑴炮采采煤工作面下端頭不再施工超前行人眼，取消局部通風(fēng)機通風(fēng)，節(jié)約電費8712元；⑵采煤工作面下端頭護巷煤柱煤炭資源回收率達100%，減少了煤炭資源丟失延長了采煤工作面服務(wù)時間，緩解采掘接替緊張矛盾，同時也為礦創(chuàng)造經(jīng)濟效益135多萬元。(4)該項目實施以后，采煤工作面下端頭不再施工超前行人眼，減少2個施工人員I個專職瓦斯檢查員，減少人工費14萬多元，同時充實了采煤工作面的勞動力。
[0050]本成果在試驗采煤工作面的成功開采，解決了非沿空護巷炮采采煤工作面下出口無煤柱開采的超前缺口布置、頂?shù)装蹇刂?、支護方式確定等主要技術(shù)難題，減少炮采采煤工作面下安全出口管理難度及小眼瓦斯對安全的威脅，從而杜絕了瓦斯事故的發(fā)生，為礦帶來了不可估量的經(jīng)濟效益和社會效益。
【權(quán)利要求】
1.大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，包括采空區(qū)直接頂?shù)奶幚?，采煤工作面頂板控制，及采煤工作面下出口布置，其特征在于? (0.采空區(qū)(2)直接頂處理方法為，讓采空區(qū)直接頂巖層接設(shè)定步驟垮落，以保持采煤工作面最小懸頂面積，使頂板垮落后破碎巖石體積膨脹而充填采空區(qū)，并在采煤工作面處進行頂板控制； (2).所述的采煤工作面頂板控制方式采用靠近煤壁(9)的基本點柱(I)與基本點柱后方的分段密集支柱(8)聯(lián)合進行，在頂板控制的同時并阻擋該范圍內(nèi)垮落的矸石下滑； 所述的基本點柱(I)均勻分布在煤壁(9)后方及分段密集支柱之間； 所述的分段密集支柱(8)由單體支柱一字排列組成的支柱排，支柱排與巷道平行，分段密集支柱對煤壁后方1.5?4.5m范圍內(nèi)的采空區(qū)進行頂板控制； 所述的基本點柱與分段密集支柱的迎山角均為3°?5° ； (3).采煤工作面下出口布置方法為，在采煤工作面下端頭的煤層中開設(shè)寬度1.8?2.2m的缺口(6);缺口的走向向采空區(qū)傾斜，與巷道(10)呈40°?50°夾角；缺口煤壁側(cè)布設(shè)基本點柱(1)，缺口另一側(cè)布設(shè)擋煤密集支柱(5);缺口中部順缺口走向布設(shè)基本點柱將缺口分為溜煤側(cè)與行人通道側(cè)，靠煤壁側(cè)為行人通道，在距煤壁25m范圍內(nèi)的巷道內(nèi)設(shè)置加強支護(3)，加強支護設(shè)置在巷道上幫，采用液壓支柱進行支護形成加強支護； 在距煤壁25m范圍內(nèi)的采空區(qū)內(nèi)設(shè)置木垛(4)進行支護，木垛設(shè)置在距巷道Im處的采空區(qū)內(nèi)； (4).在待開采區(qū)的巷道上幫設(shè)置超前支護(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，其特征在于，采空區(qū)直接頂處理方法為:在煤壁5.5m以外的采空區(qū)內(nèi)，讓直接頂巖層直接垮落，以保持采煤工作面最小懸頂面積，使頂板垮落后破碎巖石體積膨脹而充填采空區(qū)(2)，并獲得平衡，使巷道(10)形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，巷道在人工支護與巖體自然支承的作用下穩(wěn)固。
3.如權(quán)利要求1所述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，其特征在于，所述的基本點柱(I)為單體液壓支柱，分布在煤壁后方2.5m范圍內(nèi)及分段密集支柱之間，基本點柱排距為1.0m,柱距為0.8mο
4.如權(quán)利要求1所述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，其特征在于，所述的分段密集支柱(8)最前端距煤壁1.5?2.5m ;相鄰的分段密集支柱的垂直間距2.1m,走向夾角為5°?11°,上一分段密集支柱尾部與下一分段密集支柱最前端垂直交叉長度為1.05m。
5.如權(quán)利要求1所述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，其特征在于，缺口(6)內(nèi)的基本點柱其柱距0.8m ;巷道內(nèi)的加強支護(3)其柱距為0.8m ;待開采區(qū)的巷道內(nèi)設(shè)置的超前支護(7)為液壓支柱,其柱距為0.8m。
6.如權(quán)利要求1所述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，其特征在于，缺口(6)內(nèi)的行人通道寬1.0m，溜煤側(cè)寬0.9m，缺口的上幫設(shè)置排柴進行背實。
7.如權(quán)利要求1所述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，其特征在于，采煤工作面頂板控制的控頂距為4.5?5.5m，放頂步距L Om，炮道寬0.5m。
8.如權(quán)利要求1所述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，其特征在于，分段密集支柱的長度為2.5?3m。
9.如權(quán)利要求1所述的大傾角煤層炮采面無煤柱開采技術(shù)，其特征在于，所述的木垛(4)采用直徑不低于14cm，長度不低于0.Sm的圓木架設(shè)，木垛間距為0.50m ;所述的木垛設(shè)置在距煤壁20m范圍內(nèi)。
【文檔編號】E21C41/16GK104265294SQ201410565108
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】楊建均, 曹永國, 曹建輝, 張仕佳, 王福民 申請人:四川廣旺能源發(fā)展（集團）有限責(zé)任公司