一种薄煤层连采机高度机械化开采方法

摘要

本发明属于采煤设备及采煤方法的应用领域，具体是一种薄煤层连采机高度机械化开采方法。解决了目前薄煤层开采减人提效、安全开采问题，包括以下步骤：S1～对巷道进行整体布置，S2～顺槽和短支巷掘进；S3～长采硐回采，本发明不进入回采区域，使薄煤层开采效率、安全性得以大大提升。

说明书

技术领域

本发明属于采煤设备及采煤方法的应用领域，具体是一种薄煤层连采机高度机械化开采方法。

背景技术

目前，以连续采煤机为龙头的短壁机械化开采技术，正在从陕蒙矿区向全国其他条件适合的矿区大面积推广，尤其是连采成套装备已经实现国产化，同时设备性能不断提升，稳定性、可靠性有了长足进步，已经完全替代了进口装备，这一系列的发展，不仅降低了矿企引进连采装备门槛，也使一些备受边角煤、残留煤柱以及不规则块段开采困扰的小型矿井、整合兼并矿井走出了可持续发展之路。20多年国内应用实践证明，连续采煤机适合于开采浅埋深、地压小、中等稳定顶底板、中厚及厚煤层、低瓦斯的近水平煤层条件，并在煤厚2.0m-6.0m的煤层中应用最为广泛，例如内蒙古神东矿区及其以外神木和府谷矿区、陕西榆林矿区、山西晋北和晋西南矿区等地尤其备受推崇，其中神东矿区取得过年产量225万t的世界纪录产量，榆林矿区连采机开采也能达到平均6.0-10.0万t/月的好成绩，即便是条件相对稍差的晋北和晋西南矿区，也可以实现3.0-5.0万t的产量。这些地区连采技术应用经验，极大地推动了国产连采设备性能不断提升、工艺技术成熟，也推动了行业相应规范的出台，这些都为边角煤资源开采，提供了有效指导和可靠保障，同时对于通过设备自动化和工艺技术提升这一途径实现连采应用范围扩展提出了更高的要求。

对于煤厚在0.8~1.3m以下的薄煤层来说，储量丰富、开采潜力巨大，据不完全统计，我国80多个矿区400多个矿井赋存750多层薄煤层，保有储量98.3亿t，可采储量61.5亿t。目前无论是国外还是国内，常见的滚筒式采煤机、刨煤机或螺旋钻采煤机开采，都存在不同程度的发展缓慢、经济效益不佳、低产低效的问题，国外已经研制出采高最低到0.8m的连采机及后配套，目前国产连采机已经生产出采高从1.3m到5.5m的机型，薄煤层连续采煤机的问世，为薄煤层减人提效、安全、自动化开采，提供了可能，但是也存在着较大的问题如传统短壁开采在支巷单翼或者双翼以45°夹角布置采硐，虽回采效率较高，但薄煤层巷道高度通常1.0-1.3m，低矮空间会给采硐时人员操作和设备进刀准确性带来了巨大的困难，且需要连采机频繁调整机位角度，开采难度更大。基于此，提出在中等稳定顶板条件下的一种短支巷与长采硐相结合的薄煤层连续采煤机短壁机械化开采方法，避免连采机频繁定位，降低进刀难度，实现工艺简单化、操作便捷化、回采少人化，实现薄煤层开采提质增效。

发明内容

本发明为了解决目前薄煤层开采减人提效、安全开采问题，提供一种薄煤层连采机高度机械化开采方法。

本发明采取以下技术方案：一种薄煤层连采机高度机械化开采方法，包括以下步骤：

S1～对巷道进行整体布置，首先将运输巷和回风巷一侧的开采区域划分成若干个区段，每个区段布置三条主要巷道，分别是中部运输顺槽、回风上顺槽和回风下顺槽，回风上顺槽和回风下顺槽上跨运输巷，并通过短支巷和切眼支巷将其联通，形成“一进两回”的“Y”型全风压通风系统，所有支巷采用锚带网索进行顶、帮永久支护，提前掘出的待采短支巷分别采用临时控风风帘进行调风，主采硐从中部运输顺槽一侧进行开口，连采机截割炮头一边紧贴短支巷同侧帮进刀开始截割，直至工作面同回风上顺槽5或下顺槽6贯通，形成长采硐，然后退出连续采煤机至中部运输顺槽，紧贴主采硐一帮进刀截割，直至截割结束，形成复采硐，复采硐与下一个短支巷留设有支巷煤柱；接着在中部运输顺槽另一侧进刀截割，支巷与主采硐、副采硐的长度相同，长采硐不支护，每5条支巷为一组，分别为第1支巷、第2支巷、第3支巷、第4支巷和第5支巷，每组开采结束后留设隔离煤柱。

S2～顺槽和短支巷掘进；采用中部运输顺槽、回风上顺槽和回风下顺槽三巷同时掘进、掘支平行作业的方式，将5条支巷分为一组，每组提前掘出第1支巷、第3支巷和第5支巷，每条短支巷分为上、下两段，梭车单程运输距离在100m以内，区段在掘进时，首先将回风上顺槽和回风下顺槽超前掘进三条支巷间距，完成后开始掘进中部运输顺槽，顺槽掘到位后按照每组第5支巷、第3支巷、第1支巷的上、下支巷顺序进行支巷掘进，并将其与回风上顺槽和回风下顺槽贯通，掘进时视工作面支巷顶帮条件，对其进行锚杆支护，掘进期间，采用两巷或三巷同时掘进，掘、支平行作业，按照此顺序，直至掘到工作面切眼支巷；工作面当回采完第1支巷的主采硐和复采硐时，掘进第2支巷，掘完后开始回采；工作面回采完第3支巷时，掘进第4支巷并进行回采，至此，每组的支巷掘进工艺完成。

S3～长采硐回采，当巷道掘至切眼支巷时，开始回采第1支巷上或下段采硐，采硐深度控制到50m以内，回采时，两台履带行走支架布置在待采支巷与中部运输顺槽交叉口前方，另外两台布置在待采支巷内跟随连续采煤机前进式回采长采硐，其位置与连续采煤机后方的给料破碎机平行，主采硐采完后，机组退出至中部运输顺槽，并沿主采硐端线进刀，开始回采复采硐，设备运行同主采硐，支巷上或下段采完后，退出机组，进行下或上段回采，直至本支巷采完；按照1、2、3、4、5支巷的顺序，将支巷回采完。

工作面每组长度不超过80m，宽度为100~120m，中部运输顺槽高度和宽度分别为1.8~2.0m和5.5~6.0m，回风上顺槽和回风下顺槽高度和宽度分别为1.9~1.3m和5.0m，短支巷和长采硐单段长度不超过50m，支巷高度≥0.9~1.3m，支巷宽度为5.0~5.5m，主采硐和复采硐高度和宽度分别为0.80~1.30m和3.5~4.0m，支巷煤柱宽度≥5.0m，隔离煤柱宽度≥8.0m，工作面自移设备的遥控控制有效距离≥100m，可弯曲胶带转载机长度≥120m，锚杆钻车支护最低高度≥0.88m。

与现有技术相比，本发明针对传统短壁开采工艺中双翼回采采硐需要多次且频繁调机定位、定位不准、人员操作不安全、回采效率低等问题，发明一种短支巷和长采硐相结合的薄煤层高度机械化开采工艺，在支巷开采区域几乎相同于传统开采方法前提下，创新性优化改变采硐方向、深度，简化采硐定位程序，操作人员采用遥控器操作、不进入回采区域，使薄煤层开采效率、安全性得以大大提升。

附图说明

图1为一种短支巷与长采硐相结合的薄煤层短壁开采巷道及设备布置综合图；

图2为短壁工作面短支巷与顺槽掘进工艺图；

图3为短壁工作面长采硐回采工艺示意图；

附图中：1-运输巷，2-回风巷，3-联巷，4-中部运输顺槽，5-回风上顺槽，6-回风下顺槽，7-隔离煤柱，8-切眼支巷，9-支巷煤柱，10^-1-主采硐，10^-2-复采硐，11-连续采煤机，12-履带行走支架，13-可弯曲胶带转载机；14-破碎转载机，15-工作面带式输送机，16-临时风帘，17-主系统皮带，18-I组，19-II组，20-第1支巷，21-第2支巷，22-第3支巷，23-第4支巷，24-第5支巷，25-支巷端线，26-主采硐端线，27-下区段。

具体实施方式

一种薄煤层连采机高度机械化开采方法，包括以下步骤：

S1～对巷道进行整体布置，首先将运输巷1和回风巷2一侧的开采区域划分成若干个区段，每个区段布置三条主要巷道，分别是中部运输顺槽4、回风上顺槽5和回风下顺槽6，回风上顺槽5和回风下顺槽6上跨运输巷1，并通过短支巷和切眼支巷8将其联通，形成“一进两回”的“Y”型全风压通风系统；所有支巷采用锚带网索进行顶或帮永久支护，提前掘出的待采短支巷分别采用临时控风风帘进行调风，主采硐10-1从中部运输顺槽4一侧进行开口，连采机截割炮头一边紧贴短支巷同侧帮进刀开始截割，直至同工作面回风上顺槽5或回风下顺槽6贯通，形成长采硐；然后退出连续采煤机至中部运输顺槽4，紧贴主采硐10-1一帮进刀截割，直至工作面回风顺槽，形成复采硐10-2，复采硐10-2与下一个短支巷留设有支巷煤柱9；接着在中部运输顺槽4另一侧进刀截割，支巷与主采硐、副采硐的长度相同，长采硐不支护，每5条支巷为一组，分别为第1支巷20、第2支巷21、第3支巷22、第4支巷23和第5支巷24，每组开采结束后留设隔离煤柱7。

S2～顺槽和短支巷掘进；采用中部运输顺槽4、回风上顺槽5和回风下顺槽6三巷同时掘进、掘支平行作业的方式，将5条支巷分为一组，每组提前掘出第1支巷、第3支巷和第5支巷，每条短支巷分为上、下两段，梭车单程运输距离在100m以内，区段在掘进时，首先将回风上顺槽5和回风下顺槽6超前掘进三条支巷间距，完成后开始掘进中部运输顺槽4，顺槽掘到位后按照每组第5支巷、第3支巷、第1支巷的上、下支巷顺序进行支巷掘进，并将其与回风上顺槽5和回风下顺槽6贯通，掘进时视工作面支巷顶帮条件，对其进行锚杆支护，掘进期间，采用两巷或三巷同时掘进，掘、支平行作业，按照此顺序，直至掘到工作面切眼支巷8；工作面当回采完第1支巷的主采硐和复采硐时，掘进第2支巷，掘完后开始回采；工作面回采完第3支巷时，掘进第4支巷并进行回采，至此，每组的支巷掘进工艺完成。

掘进，首先从矿井或采区的回风巷，以90°垂直分别引出回风上顺槽和回风下顺槽，双巷同时掘进的方式，在超前中部运输顺槽开口位置大约3条支巷距离后，中部运输顺槽从矿井或采区的运输巷开口，以90°垂直引出，向前掘进，直至回风上顺槽和回风下顺槽的相同位置，相继其左翼和右翼开口，掘进每组的短支巷中的第5支巷上、下段，亦是采用双巷同时掘进方式，直至同回风上顺槽和回风下顺槽贯通，并在贯通后，再继续掘进回风上顺槽和回风下顺槽、中部运输顺槽，采用三巷同时掘进方式，掘至第3支巷位置，从中部运输顺槽左翼和右翼开口，双巷掘进第3支巷的上下段，直至同回风上顺槽和回风下顺槽贯通…照此顺序循坏，直至每组第1支巷上下段掘完，单组的掘进完成任务，每组的第2支巷和第4支巷在回采期间，按照回采顺序边采边掘。

S3～长采硐回采，当巷道掘至切眼支巷8时，开始回采第1支巷上或下段采硐，采硐深度控制到50m以内，回采时，两台履带行走支架布置在待采支巷与中部运输顺槽交叉口前方，另外两台布置在待采支巷内跟随连续采煤机前进式回采长采硐，其位置与连续采煤机后方的给料破碎机平行，主采硐采完后，机组退出至中部运输顺槽4，并沿主采硐10-1端线进刀，开始回采复采硐10-2，设备运行同主采硐，支巷上或下段采完后，退出机组，进行下或上段回采，直至本支巷采完；按照1、2、3、4、5支巷的顺序，将支巷回采完。

回采，切眼支巷掘完后，准备回采：连续采煤机机组退至第1支巷口位置，沿着第1支巷上、下段端线，先后进刀开采主采硐和复采硐，配套的四台履带行走支架中两台放置在中部运输顺槽和第1支巷交叉口，剩余两台跟随连续采煤机在所采支巷内同向迈步式前移，第1支巷采完后，机组退出，开始掘进第2支巷上、下段，双巷同时掘进，掘进完成后便可进行第2支巷上、下段主采硐、复采硐的回采；采完第2支巷时，退出机组回采第3支巷主采硐和复采硐；采完后，再继续掘进第4支巷上、下段，掘完便同上进行回采，照此循环工序，完成I组18、II组19…等工作面的回采。回采期间，无论是回采支巷的主采硐还是复采硐，均是采用全风压通风，每组开采区域在回采结束后，使用永久密闭将采完后的采空区及时、快速封闭，即将采空区快速封闭在隔离保护煤柱位置范围内，并依据相关安全规程和规范进行设计。

工作面每组长度不超过80m，宽度为100~120m，中部运输顺槽高度和宽度分别为1.8~2.0m和5.5~6.0m，回风上顺槽5和回风下顺槽6高度和宽度分别为1.9~1.3m和5.0m，短支巷和长采硐单段长度不超过50m，支巷高度≥0.9~1.3m，支巷宽度为5.0~5.5m，主采硐和复采硐高度和宽度分别为0.80~1.30m和3.5~4.0m，支巷煤柱9宽度≥5.0m，隔离煤柱7宽度≥8.0m，工作面自移设备的遥控控制有效距离≥100m，可弯曲胶带转载机长度≥120m，锚杆钻车支护最低高度≥0.88m。

后配套运煤设备为可弯曲胶带转载机，可实现在转载破碎机和工作面胶带输送机的搭接，可实现多站点控制，转弯半径小、90°拐弯。

一种长采硐和短支巷创新结合的巷道布置，采硐与支巷关系：支巷与采硐方向平行；支巷与采硐长度相同，降低了开采工艺的难度，提升了回采效率。

长采硐的回采，开采等长采硐，调角度、定位的次数降低4/5，大大提升了开采效率。

将传统工艺中繁冗的采硐刀间煤柱省去，改为留设支巷煤柱，保证资源回收率的同时，更有利于监测顶板来压规律。

工作面在回采期间，配套4台履带行走支架，2台跟随连续采煤机同向回采，起对顶板的临时支撑作用，2台在中部运输顺槽和支巷巷口，保护操作人员安全。

巷道掘进时，提前掘出的奇数序号的短支巷，不进行完全封闭，应用风帘等控风装置进行调风，保证这些巷道内风速要求、瓦斯等气体符合规定。