专利名称：急倾斜厚煤层的采煤方法
技术领域：
本发明涉及一种采煤方法，特别是涉及一种急倾斜厚煤层的采煤方法。
背景技术：
解放前，急倾斜厚煤层的采煤方法，全部采用落垛方法。解放后，对厚煤层开采改用水平分层，斜切分层，深孔爆破、综合采煤、换相等采煤方法。过去对厚煤层的开采一般采用斜切分层采煤方法。这种采煤方法由于通风、掘进率、采掘设备的安装和倒运、安全、巷道维修、回采工效率、工人的劳动强度。坑木消耗。回采率等项技术经济指标不能取得良好的效果。再加随着矿压的增大。采用斜切分层此种方法回采率低，掘进量高，工人劳动强度高，且不安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工序简单，掘进量少，工人劳动强度低的急倾斜厚煤层的采煤方法。
解决上述问题的技术方案是该方法按下述步骤进行采煤方法设计(准备)布置两个伪倾斜工作面在8～10米厚的煤层中，沿煤层底板和顶板布置两个独立的平板式伪斜柔性掩护支架，形成板沟和底沟，两沟之间1.5～2.5隔离煤柱下出口，底沟通过立眼与运输道相通，煤门和叉子眼与运输相通，上出口底板沟均通过各自独立的回风巷与上山相通，两沟的回风道每隔50米用煤门联络，超前距离用两沟的上、下出口控制，沿走向板沟超前底沟0～6.0米，沿倾斜方向，在上出口两沟在同一水平，在下出口板沟超前底沟0～1.0米左右；
巷道布置在采区生产石门与回风石门之间，沿煤层底板布置一套集中上山，上、下巷道之间的整阶段垂高90米，分为三个小阶段进行开采，每段垂高30米左右沿走向开掘的小阶段回风巷和小阶段运输巷；回风巷距煤层底板1.0～1.5米左右布置一条回风巷做为底沟的回风巷，两条回风巷均与采区上山相通；沿走向每隔50米用平煤门联络切割眼沿煤层顶板和底板各布置四套立眼与回风巷相通，做为底沟的切割眼眼的间距5～6米，沿煤层顶板布置四套立眼与板沟回风巷相通做为板沟的切割眼，眼的下口通过煤门，插子眼与运输巷相通，眼的间距5～6米煤门的间距10米；设置掩护支架掩护支架由钢梁、钢丝绳、卡缆和定位器组成，钢梁垂直顶底平行排列，每五根梁上在两端用定位器卡住，梁下在定位器位置铺设一条钢丝绳，通过卡缆将定位器、钢梁、钢丝绳固定牢固，其中钢丝绳距梁头0.6米梁上铺设单层金属网，网上交插铺设双层荆笆；回采工艺扩大巷道从底板沟回风道切眼开始，用支架扩大巷道，扩大后的巷道下宽大于3.2米，然后卧成U型沟槽；支架安装按照支架结构要求，由扩巷后一米开始，沿走向进行铺梁造顶，支架安装时要保持钢梁与回风巷道的方向线垂直，靠顶方向铺设；支架下放(1)、按照板沟在前底沟在后的顺序，由支架尾部边缘开始，拆除切眼的垛眼，卧沟落煤下放支架，逐步将工作面形成25°～30°的伪倾角，支架的下放角度为90°-α；(2)、两个工作面之间的关系调整板、底沟之间的拉茬距离为0-1米最大不超过5米，且其沿走向和沿倾向拉差距离的计算公式为沿倾向的拉差距离为A＝B×tgα沿走向的拉差距离为C=Atgβ]]>(3)、两个工作面之间的隔离煤柱的确定70度倾角的煤层气隔离煤柱为1.5米-2.5米；工作面收尾工作面上出口到达收尾边界线时，伪斜工作面与运输巷间的三角煤一般采用自上而下逐渐缩短伪斜面的方法方法进行回收。
由于采用了上述技术方案，开滦赵各庄通过双沟伪斜柔性掩护支架采煤方法的工业试验，取得了较好的技术经济效果，现已定型推广使用，实践证明这种采煤方法在技术上，经济上是可行的、合理的，并受到广大职工的欢迎。厚煤层双沟伪倾斜柔性掩护支架采煤方法。经过几年的使用证明它是开采厚度为8～10米急倾斜煤层的一种较好的采煤方法。它不但具有一般伪斜柔性掩护支架采煤方法的所有优越性，而且为急倾斜厚煤层如何使用伪斜柔性掩护支架开辟了广阔的途径。具体表现在1、巷道简要。工作面没有造成瓦斯积存的环境可以利用全负经通风。减少了局扇等通风设施和设备。因此，通风良好，节约风量和省通风设备的安装和倒运。
2、双沟柔性掩护支架采煤方法与斜切分层比较，掘进率降低，按照我矿使用情况看。斜切分层的掘进率大约为60米/千吨左右。而双沟柔性掩护支架采煤采煤的掘进率只有20～30米/千吨左右。
3、该采煤方法安全可靠，方法简单，便于管理。由于工序简单，掘进量少，工作面月进度快，从而减少了工人的劳动强度，节省了巷道的维修量，提高了劳动效率，降低了成本。根不完全统计，工作面的月进度约40～50米。回采工效率约9吨/工左右。而且与斜切分层比较，大大提高了回采率，现仅就几项技术经济指标与斜切分层进行比较，列表如下技术经济效果比较表
下面结合附图及具体实施方式
对本发明做进一步的描述。
图1是本发明的双沟示意图。
图2是本发明的采区巷道示意图。
图3是本发明回风巷示意图。
图4是本发明切割眼剖面图。
图5是本发明掩护支架的钢梁示意图。
图6是本发明的卡缆示意图。
图7是本发明的定位器示意图。
图8是本发明板沟亮面示意图。
图9是本发明的板沟分段放炮示意图。
图10是本发明用落垛法回收煤的示意图。
图11是本发明采斜面逐渐缩短的方法回收煤的示意图。
具体实施例方式
本发明是对8～10米厚的煤层，采用双沟伪斜柔性掩护支架的采煤方法，按下述步骤进行设计开采一、采煤方法设计与适用条件。
(一)采煤方法设计参见图1，所谓双沟就是在中，沿煤层底板和顶板布置两个独立的支架跨度为3米的平板式伪斜柔性掩护支架，沿顶板的称为板沟2，沿底板的称为底沟1。统称双沟。两沟之间1.5～2.5隔离煤柱下出口，底沟通过立眼与运输道相通煤门和叉子眼与运输相通。上出口底板沟均通过各自独立的回风巷与上山相通。两沟的回风道每隔50米用煤门联络，回采时板沟要超前底沟。革某超前距离用两沟的上、下出口控制。沿走向板沟超前底沟0～6.0米，沿倾斜方向，在上出口两沟在同一水平。在下出口板沟超前底沟0～1.0米左右。
回采时两沟要互相探钻，随时掌握中间隔离煤柱的大小。并根据两沟之间的距离在支架下放过程中，调整支架下的轨距。防止两沟贯通，根据隔离煤柱大小和两沟的拉查关系。在工序安排上底板沟可以同时回采，也可以交替回采。一般情况下，两沟的伪倾角要保持一致，控制在25°～30°左右。伪斜沟机长度50～60米，工作面下口距离运输巷保留4～5米的巷道煤柱。
(二)适用条件；煤层贮存条件比较稳定，沿走向和倾斜方向没有较大的变化，煤层厚度在8～10米左右，倾角在70°以上，走向长度在70米以上，阶段垂高不超过35米，煤质中硬，顶，底岩比较完整不宜过于破碎，凡具备以上条件者均可使用。
1、巷道布置参见图2，采区走向长度220～250米。在采区生产石门7与回风石门8之间，沿煤层底板布置一套集中上山、上山包括放煤眼，绞料眼、切割眼3、行人眼4及风眼，上、下巷道之间的整阶段垂高90米，分为三个小阶段进行开采，每段垂高30米左右沿走向开掘小阶段回风巷5和小阶段运输巷6。一般情况下，小阶段运输巷6均沿煤层底板布置，巷道规格使用1.6×2.2米的梯形金属支架或4.7m2的拱形金属支架。由回采边界布置切割眼3一套，立眼使用1.0×1.0米的木垛眼，横贯顺槽16、17使用1.2×1.8米的梯形金属支架，正常回采时，由运输巷6沿走向每隔5.0～6.0米沿底超前掘进溜煤眼与底沟相通，沿走向每隔10米开爬破煤门19和插子眼与板沟2相通供伪斜工作面、通风、行人、运煤及运输使用。
回风巷5见图3距煤层底板9的1.0～1.5米左右布置一条回风巷做为底沟的回风巷10，两条回风巷均与采区上山相通。沿走向每隔50米用平煤门12联络。
切割眼沿煤层顶板13和底板9各布置四套立眼与回风巷5相通，做为底沟的切割眼15，眼的间距5～6米。沿煤层顶板布置四套立眼与板沟回风巷11相通做为板沟的切割眼14，眼的下口通过煤门。插子眼与运输巷6相通，眼的间距5～6米，煤门的间距10米，见图4。图4中所示的底沟切割眼横贯顺槽16、板沟切割眼横贯顺槽17，上山眼花缭乱18。
二、掩护支架的结构设计1、支架材料钢梁如图5所示，钢梁单梁选项用11号矿用工字钢(25.4kg/m)梁长3米。
钢丝绳选用两根φ24～38mm的钢丝绳，每根绳长20～25米，两头做好固定封头。
卡缆固定梁与绳、定位器与梁使用。卡缆的规格见图6。
定位器为保持梁间距和梁的稳定使用如图7结构的定位器。金属网与荆笆帘金属网规格为1.0×10米，荆笆规格1.0×1.8米。
2、支架结构钢梁垂直顶底平行排列。梁间距100m。每五根梁上在两端用定位器卡住梁下在定位器位置备铺设一条钢丝绳。通过卡缆将定位器钢梁，钢丝绳固定牢固。钢丝绳接长时搭接4m以上，用4个以上的绳卡卡紧，钢丝绳距梁头0.6米梁上铺设单层金属网，网边在梁头内80～100mm。网上交插铺设双层荆笆，见图5。
三、回采工艺(1)扩大巷道见图8从底板沟回风巷道切割眼开始，用腿长2.1×1.8米的梯形园木支架扩大巷道，扩大后的巷道下宽不小于3.2米，然后卧成U型沟槽。(见图8)(2)支架安装按照支架结构要求，由扩巷后一米开始，沿走向进行铺梁造顶，支架安装时要保持钢梁与回风巷道的方向线垂直。并尽量靠顶方向铺设，梁靠近顶板的一端要用木料垫起，垫起的高度要保证梁与顶底板尽量垂直。
3、支架下放①亮面在回风巷支架安装20米后，按照板沟在前底沟在后的顺序，由支架尾部边缘开始，拆除切眼的垛眼，卧沟落煤下放支架，逐步将工作面形成25°～30°的伪倾角。直到工作面下口与运输巷的垂距等于护巷煤柱高度时，亮面工作完成。
②推茬亮面结束后，工作面达到设计长度。回采工作重复完成以下工序回风巷内安装支架；工作面内卧沟；下放支架；工作面沿走向推进；工作面沟尾回收顶煤；工作面的下出口与超前回采眼联通；沟尾回撤支架。
③落煤与下放支架工作面内用放炮方法卧沟落煤。放炮后在上作面内由下向上卧沟，借助搪瓷溜槽出煤，然后用手镐将梁头的煤台找下。使支架依次平稳下落，支架下放时，用点柱控制。一般沿沟面的伪斜方向每1～2米使用一棵点柱，使支架保持沿煤层倾斜方向的真倾角为90°-α(α角为煤层倾角)，支架沿走向的伪倾角保持25°-30°。
4、回收顶煤8～10米厚的煤层，使用总跨度6米的支架，因此有顶煤回收问题，顶煤回收在掩护支架底沟的下出口出煤眼以下，支架回撤以前的板底沟的平均内进行。
5、爆破工作面内采用放炮落煤，一般采用分段放炮。分段长度10～15米，炮眼布置见图9。眼深1.0～1.2米，爆破深度0.8～1.2米，水平进度1.0～1.2米每眼的装药量150克～300克。
6、支架的回撤随着伪斜工作面向前推进，在沟尾四个尾后面的支架，必须及时回撤，回撤钢梁地点要扩大断面，露出梁头，梁头打点柱或托板，然后逐根拆卸回收支架材料，支架回下来以后，每隔5～6米用托板将金属网托住，防止老塘矸石窜入回收支架地点，回下来的支架要及时下运复用。
7、工作面收尾工作面上出口到达收尾边界线时，伪斜工作面与运输巷间的三角煤一般采用自上而下逐渐缩短伪斜面的方法如图11。或采用如图10所示的落垛的方法。
四、运输及通风系统1、运输系统板底沟采出来的煤炭自工作面通过伪斜面的搪磁溜槽板底沟的溜煤眼至阶段运输平巷用刮板运输机外运至采区集中上山的放煤正眼下溜至采区运输石门储煤仓至装车外运，见图2。
2、通风系统利用全负压通风方式。超前掘进利用局扇送风。新鲜风流自采区运输石门进入至采区集中上山至阶段运输平巷至底板沟的立眼或插子眼至底板沟工作面。
乏风自底板沟工作面至阶段底板沟回风平巷至采区集中上山至采区回风石门回到总风巷道。(见图2)。
六、经常出现的问题及处理方法1、架体扎底、扎板由于地质变化，或操作方法不当，可能会出现架体扎底板现象，处理时可在未扎入端打上支柱，下放支架另一端，使支架脱离板或底，再正常下放。
2、窜矸石；架体下放中，可能在梁头出现空隙，串矸石。处理方法是在梁头填塞笆、短木、打撞楔。正确掌握炮眼方位和回采眼透眼位置。不让梁头大面积暴露出来，要用点柱严格控制支架按90°-α的真倾角下放使架体的真倾角不能超过25°。
3、架体歪斜由于地质变化，煤性不均，操作方法不当，都可能造成架体歪斜，处理方法是在架体下放过程中用点柱支撑，伪斜面内不能大量出梁头顶煤，同时要加强支架铺设，组装质量等。
4、底板沟贯通，支架靠拢，实践中还没有发生此类问题。为防止类似问题发生，要严格采取如下措施(1)、详细掌握地质资料根据煤层的厚度和倾角确定底板沟的支架宽度和中间隔离煤柱尺寸。在一般情况下。隔离煤柱不能小于1.5米。
(2)、在回采的过程中要经常钻探，掌握隔离煤柱尺寸，发现问题及早处理。
(3)、支架下放时底板沟支架的下放轨迹。要保持一致，均匀，严格掌握支架的伪倾角不能超过30，真倾角按90°-α掌握。
(4)、一旦发现问题。要停止底沟回采，加大板沟支架下放的真倾角。当板沟沿走向超前底沟6～8米左右时，停止板沟支架下放，缩小底沟支架下放的真倾角下放底沟支架，这样反复进行，借以扩大隔离煤柱尺寸。
5、底板沟互相波及影响由于底板沟拉查距离过大，煤柱尺寸过小或工序安排不当。可能会造成底板沟有波及影响，给安全生产带来不利因素，处理此类问题应采取如下措施；①清楚掌握地质资料合理选择中间煤柱尺寸，并在回采过程中严格控制支架下放轨迹，以便于保留有足够的中间煤柱。
②严格掌握板沟的拉查距离。板沟超前，使其沿走向方向保持在0-6米沿倾斜方向保持在0-1.0米，发现问题坚决停止一个沟推进借以达到两沟保持合理的拉查距离。
③在中间隔离煤柱较小的时候，要坚持底板沟交替生产、合理的安排工序，防止因波及影响造成人身事故。
④在沟尾回收顶煤时，底板沟不能同时进行，要坚持底沟先回收，板沟后回收的原则。
6、支架过断层对于错距较小的断层，视具体的断层情况来过，可以按照支架扎底，扎板的处理方法，通过断层，但只要有一个沟改变支架的下放轨迹。对于错距较大的断层，就需要重新布置巷道，重新铺设支架回采。
7、几个参数的确定与分析采用此种采煤方法的关键参数是中间隔离煤柱的大小煤层厚度底板沟的拉查距离工作面长度，回采率等。通过几年的工业性试验，根据现场实际，对以上几个参数，确定如下中间隔离煤柱的大小
(1)对于倾角在70°以上的煤层，使用双沟掩护支架，隔离煤柱以1.5～2.5米为宜，最大不超过3米，煤柱小于1.5米在支架下放过程中两沟支架容易造成两沟贯通，使支架下放困难。而且增加了不安全因素，煤柱大于3米会影响回采率的提高，实践表明，隔离煤柱在3米以下时，其回采率一般保持在90％左右，两煤柱每增加一米，回采率会降低15～20％。当然中间隔离煤柱的大小和现场操作水平的高低煤层的性质及支架的跨度和型式都有很大关系，因此要正确的选择中间隔离煤柱的尺寸。
(2)煤层厚度煤层厚度是决定能否采和双沟伪斜柔性掩护支架的关键参数在中间隔离煤柱尺寸不变的前提下。煤层过厚单沟的支架跨度必然增大。煤层过薄单沟的支架跨度必然要缩小。我们的体会是单沟支架跨度如果超过3米时其跨度每增加一米。支架的抗弯强度会下降30％左右。就是说支架容易变形。而且支架下放轨迹，不易控制。操作困难。单沟支架跨度如果不足2米时工作面的断面大小。高度不足，给现场操作、通风安全等方面带来很大困难，由于受到上述条件的限制。煤层厚度过厚或过薄都不会取得较好的技术经济指标。我们认为，在使用单沟支架或跨度为2～3米的双沟伪斜柔性掩护支架时其煤层厚度以8～10米最好。如果煤层厚度超过10米时就要考虑使用三沟以上的伪斜柔性掩护支架。如果煤层厚度不足8米时，就要考虑使用大跨度的单沟伪斜柔性掩护支架。对于大跨度的单沟伪斜柔性掩护支架我们目前正在进行工业性试验，并以取得了进展。
(3)底沟与板沟的拉开距离合理掌握底板沟的前后拉查距离是使支架顺利下放保证安全生产的重要环节。我们的经验是对于急倾斜煤层顶板方向的波及角按45°掌握。底板方向的波及角按50°掌握。在双沟掩护支架回采时，为使底板沟不互相波及影响。必须严格掌握底板沟的前后拉查距离。最理想的拉查距离是底板沟平行推进，这不易控制。因为沿顶板方向的波及角大于沿底板方向的波及角。所以必须严格禁止板沟落后于底沟。一般情况下回采时，板沟超前底沟、其超前距离按下列方法计算A＝B×tgα式中A沿倾斜方向板沟超前底沟的距离。
B底板沟中间隔离煤柱的宽度。
α沿底板方向的波及角。
C=Atgβ]]>式中C沿走向方向板沟超前底沟的距离。
β掩护支架的伪倾角。
根据我们体会，在一般情况下选择沿倾斜方向板沟超前底沟0～1米，最大不超过1.5米，沿走向板沟超前底沟0～6米，最大不超过8米为宜。
(4)工作面长度工作面长度是由小阶段高度决定的。反过来，确定小阶段高度时必须考虑到工作面长度是否适合采煤方法的需要。在中间隔离煤柱为1.5米至2.5米；煤层倾角为70度左右时，按支架的下放轨迹我们的体会是，为使在支架回收时不致于发生两沟贯通的现象。伪斜工作面长度不宜超过60米，而伪斜工作面度度不超过60米再加上运输道以上的护巷煤柱，则小阶段高度一般在30米左右。伪斜工作面越长，在同样的条件下，因为相应的减少了，支架安装和回收工序，回采效率和工作面利用率会得到提高。但是工作面越长，给地沟的打眼放炮，搪瓷溜槽安装和倒运等工序带来困难。从总的方面来考虑，即要相应的减少支架安装和回收工序，又照顾到地沟和放炮回采，一般都是按小阶段高度30米左右来进行阶段划分和布置巷道。
(5)回收率回收率是衡量采煤方法好坏的重要指标，对双沟掩护支架来讲，在煤层厚度一定的前提下，影响回收率的是支架跨度。中间隔离煤柱大小和顶煤回收的好坏等参数，为使支架顺利下放。中间隔离煤柱已经确定。不能再缩小。由于受煤层厚度和支架强度的影响，支架跨度只能缩小不能再扩大，因此，要想提高回采率，只能从顶煤回收上下功夫。我们的体会是在支架下放过程中，由支架的两端回收顶煤会影响支架的下放；不宜采用。而在地沟的下部支架不再下放的部分和支架回收以后，是可以进行顶煤回收的。实践证明，由于某种原因两沟支架的下放，随着煤炭的采出，中间隔离煤柱亦不能保持。一部分落入沟内，随地沟回采时采出来，另一部分落入支架上部。我们正是要回收这一部分顶煤。几年的工业性试验告诉我们，由于我们采取了回收顶煤的办法使得回收率一直稳定在90％以上。当然，顶煤回收和煤层顶、底的好坏及回收的方法有关。
权利要求
1.一种急倾斜厚煤层的采煤方法，其特征是该方法按下述步骤进行采煤方法设计a、布置两个伪倾斜工作面在8～10米厚的煤层中，沿煤层底板和顶板布置两个独立的平板式伪斜柔性掩护支架，形成板沟和底沟，两沟之间1.5～2.5隔离煤柱下出口，底沟通过立眼与运输道相通，煤门和叉子眼与运输相通，上出口底板沟均通过各自独立的回风巷与上山相通，两沟的回风道每隔50米用煤门联络，超前距离用两沟的上、下出口控制，沿走向板沟超前底沟0～6.0米，沿倾斜方向，在上出口两沟在同一水平，在下出口板沟超前底沟0～1.0米左右；b、巷道布置在采区生产石门与回风石门之间，沿煤层底板布置一套集中上山，上、下巷道之间的整阶段垂高90米，分为三个小阶段进行开采，每段垂高30米左右沿走向开掘的小阶段回风巷和小阶段运输巷；c、回风巷距煤层底板1.0～1.5米左右布置一条回风巷做为底沟的回风巷，两条回风巷均与采区上山相通；沿走向每隔50米用平煤门联络d、切割眼沿煤层顶板和底板各布置四套立眼与回风巷相通，做为底沟的切割眼眼的间距5～6米，沿煤层顶板布置四套立眼与板沟回风巷相通做为板沟的切割眼，眼的下口通过煤门，插子眼与运输巷相通，眼的间距5～6米煤门的间距10米；e、设置掩护支架掩护支架由钢梁、钢丝绳、卡缆和定位器组成，钢梁垂直顶底平行排列，每五根梁上在两端用定位器卡住，梁下在定位器位置铺设一条钢丝绳，通过卡缆将定位器、钢梁、钢丝绳固定牢固，其中钢丝绳距梁头0.6米梁上铺设单层金属网，网上交插铺设双层荆笆；回采工艺a、扩大巷道从底板沟回风道切眼开始，用支架扩大巷道，扩大后的巷道下宽大于3.2米，然后卧成U型沟槽；b、支架安装按照支架结构要求，由扩巷后一米开始，沿走向进行铺梁造顶，支架安装时要保持钢梁与回风巷道的方向线垂直，靠顶方向铺设；c、支架下放(1)、按照板沟在前底沟在后的顺序，由支架尾部边缘开始，拆除切眼的垛眼，卧沟落煤下放支架，逐步将工作面形成25°～30°的伪倾角，支架的下放角度为90°-α；(2)、两个工作面之间的关系调整板、底沟之间的拉茬距离为0-1米最大不超过5米，且其沿走向和沿倾向拉差距离的计算公式为沿倾向的拉差距离为A＝B×tgα沿走向的拉差距离为C=Atgβ]]>(3)、两个工作面之间的隔离煤柱的确定70度倾角的煤层气隔离煤柱为1.5米-2.5米；d、工作面收尾工作面上出口到达收尾边界线时，伪斜工作面与运输巷间的三角煤一般采用自上而下逐渐缩短伪斜面的方法方法进行回收。
2.根据权利要求1所述的急倾斜厚煤层的采煤方法，其特征在于，所述的支架总跨度为6米。
全文摘要
本发明公开了一种急倾斜厚煤层的采煤方法，由采煤方法设计和回采工艺两大步骤组成，它是在8－10米厚的煤层中布置伪倾斜柔性掩护支架，确定回风巷、切割眼等。回采工艺包括扩大巷道、支架安装、支架下放和工作面收尾等工艺。本方法操作程序简单，经济效益显著。
文档编号E21C41/00GK1657745SQ20051001237
公开日2005年8月24日 申请日期2005年3月3日 优先权日2005年3月3日
发明者钟亚平, 殷作如, 李建民, 张瑞玺, 梁友锁, 姬超文, 刘占春, 谷梦平, 石俊生, 么大刚, 班春生 申请人:开滦(集团)有限责任公司