一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法技术

本发明专利技术公开了一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，沿煤层走向由后向前分多个开采节段对急倾斜特厚煤层进行开采，每个开采节段均由上至下分为多个分层，位于最上部的分层为顶分层；对任一个开采节段进行开采时，均由上至下对该开采节段的多个分层分别进行开采，过程如下：一、顶分层开采：包括步骤：巷道施工、预爆巷内有毒有害气体抽出、顶煤超前预爆破、顶煤放水湿润、煤层开采和工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填；二、下一分层开采；三、一次或多次重复步骤二，直至完成该开采节段所有分层的开采过程。本发明专利技术方法步骤简单、设计合理且实现方便、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。

【技术实现步骤摘要】
一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法
本专利技术属于煤层开采
，尤其是涉及一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、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，本专利技术采用的技术方案是：一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，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，其特征在于：沿煤层走向由后向前分多个开采节段对所述急倾斜特厚煤层进行开采，多个所述开采节段的开采方法均相同且其沿煤层走向上的长度均为L，其中L＝15m～30m；每个所述开采节段均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；对所述急倾斜特厚煤层的任一个开采节段进行开采时，均由上至下对该开采节段的多个分层分别进行开采，过程如下：步骤一、顶分层开采：对该开采节段的顶分层进行开采，包括以下步骤：步骤101、巷道施工：在当前开采分层的回采工作面前方顶煤中，施工一个或多个预爆巷；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和回风巷；所述预爆巷位于当前开采分层的回采工作面上方且其呈水平布设，所述预爆巷与当前开采分层的回采工作面呈平行布设；多个所述预爆巷由上至下布设，多个所述预爆巷中位于最下部的预爆巷为底部预爆巷；步骤102、预爆巷内有毒有害气体抽出：在步骤101中施工完成的各预爆巷内均安装气体抽送设备，并通过所述气体抽送设备将预爆巷内的有毒有害气体抽出；步骤103、顶煤超前预爆破：当步骤101中所施工预爆巷的数量为一个时，从该预爆巷由内向外钻取多个炮孔，多个所述炮孔均位于预爆巷的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，通过预爆巷对多个所述炮孔分别进行装药并封孔；然后，起爆多个所述炮孔，对当前开采分层中位于预爆巷上方的煤层进行爆破；当步骤101中所施工预爆巷的数量为多个时，从各预爆巷分别由内向外钻取多个炮孔，钻取的所有炮孔均位于所述底部预爆巷的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，分别通过多个所述预爆巷对钻取的所有炮孔分别进行装药并封孔；然后，起爆所有炮孔，对当前开采分层中位于所述底部预爆巷上方的煤层进行爆破；步骤104、顶煤放水湿润：当步骤101中所施工预爆巷的数量为一个时，在该预爆巷内安装注水设备，并通过所述注水设备向预爆巷内注水，对当前开采分层中位于预爆巷下方的煤层进行湿润；当步骤101中所施工预爆巷的数量为多个时，在所述底部预爆巷内安装注水设备，并通过所述注水设备向所述底部预爆巷内注水，对当前开采分层中位于底部预爆巷下方的煤层进行湿润；步骤105、煤层开采：采用采煤机对当前开采分层进行回采；步骤106、工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填：步骤105中对当前开采分层进行回采过程中，随回采工作面不断向前推进，通过预先在步骤101中施工完成的回风巷中安装的氮气输送设备，向回采工作面后方的采空区内连续注入氮气，降低采空区内的含氧量；并且，对当前开采分层进行回采过程中，采用建筑垃圾或黄土对地面出现的塌陷区进行回填，将回采工作面后方的采空区与外界空气隔绝；步骤二、下一分层开采：按照步骤101至步骤106中所述的方法，对该开采节段的下一分层进行开采；步骤三、一次或多次重复步骤二，直至完成该开采节段所有分层的开采过程。上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：步骤106中进行工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填时，随回采工作面不断向前推进，通过从地下由上至下钻入至回采工作面后方采空区内的注浆孔，向回采工作面后方的采空区内注入黄土泥浆，以降低回采工作面后方采空区内的温度。上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：步骤106中通过所述氮气输送设备向回采工作面后方的采空区内连续注入氮气时，对回采工作面后方采空区内的氧气浓度进行实时监测，并根据监测结果对所述氮气输送设备的注入流量进行调节。上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：步骤106中通过所述氮气输送设备向回采工作面后方的采空区内连续注入氮气后，使回采工作面后方Dm以后区域内的氧气体积浓度均低于10％，其中Dm＝20m～25m。上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：当步骤101中当前开采分层的层厚大于4m时，所施工预爆巷的数量为多个；且当步骤101中当前开采分层的层厚不大于4m时，所施工预爆巷的数量为一个。上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：当步骤101中当前开采分层的层厚大于4m时，所施工预爆巷的数量为三个。上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：三个所述预爆巷由上至下分别为第一预爆巷、第二预爆巷和底部预爆巷，步骤103中从各预爆巷由内向外钻取的多个炮孔均分多排进行布设，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。上述一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，其特征是：步骤101中所施工预爆巷的数量为一个，步骤103从该预爆巷钻取的多个炮孔均分多排进行布设，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，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，其特征在于：沿煤层走向由后向前分多个开采节段对所述急倾斜特厚煤层进行开采，多个所述开采节段的开采方法均相同且其沿煤层走向上的长度均为L，其中L＝15m～30m；每个所述开采节段均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；对所述急倾斜特厚煤层的任一个开采节段进行开采时，均由上至下对该开采节段的多个分层分别进行开采，过程如下：步骤一、顶分层开采：对该开采节段的顶分层进行开采，包括以下步骤：步骤101、巷道施工：在当前开采分层的回采工作面(2)前方顶煤中，施工一个或多个预爆巷(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)；所述预爆巷(1)位于当前开采分层的回采工作面(2)上方且其呈水平布设，所述预爆巷(1)与当前开采分层的回采工作面(2)呈平行布设；多个所述预爆巷(1)由上至下布设，多个所述预爆巷(1)中位于最下部的预爆巷(1)为底部预爆巷；步骤102、预爆巷内有毒有害气体抽出：在步骤101中施工完成的各预爆巷(1)内均安装气体抽送设备，并通过所述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：当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为一个时，从该预爆巷(1)由内向外钻取多个炮孔(5)，多个所述炮孔(5)均位于预爆巷(1)的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，通过预爆巷(1)对多个所述炮孔(5)分别进行装药并封孔；然后，起爆多个所述炮孔(5)，对当前开采分层中位于预爆巷(1)上方的煤层进行 爆破；当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为多个时，从各预爆巷(1)分别由内向外钻取多个炮孔(5)，钻取的所有炮孔(5)均位于所述底部预爆巷的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，分别通过多个所述预爆巷(1)对钻取的所有炮孔(5)分别进行装药并封孔；然后，起爆所有炮孔(5)，对当前开采分层中位于所述底部预爆巷上方的煤层进行爆破；步骤104、顶煤放水湿润：当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为一个时，在该预爆巷(1)内安装注水设备，并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)下方的煤层进行湿润；当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为多个时，在所述底部预爆巷内安装注水设备，并通过所述注水设备向所述底部预爆巷内注水，对当前开采分层中位于底部预爆巷下方的煤层进行湿润；步骤105、煤层开采：采用采煤机对当前开采分层进行回采；步骤106、工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填：步骤105中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，通过预先在步骤101中施工完成的回风巷(8‑2)中安装的氮气输送设备，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；并且，对当前开采分层进行回采过程中，采用建筑垃圾或黄土对地面出现的塌陷区进行回填，将回采工作面(2)后方的采空区与外界空气隔绝；步骤二、下一分层开采：按照步骤101至步骤106中所述的方法，对该开采节段的下一分层进行开采；步骤三、一次或多次重复步骤二，直至完成该开采节段所有分层的开采过程。...

【技术特征摘要】
1.一种急倾斜特厚煤层综放开采用立体控顶方法，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，其特征在于：沿煤层走向由后向前分多个开采节段对所述急倾斜特厚煤层进行开采，多个所述开采节段的开采方法均相同且其沿煤层走向上的长度均为L，其中L＝15m～30m；每个所述开采节段均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；对所述急倾斜特厚煤层的任一个开采节段进行开采时，均由上至下对该开采节段的多个分层分别进行开采，过程如下：步骤一、顶分层开采：对该开采节段的顶分层进行开采，包括以下步骤：步骤101、巷道施工：在当前开采分层的回采工作面(2)前方顶煤中，施工一个或多个预爆巷(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)；所述预爆巷(1)位于当前开采分层的回采工作面(2)上方且其呈水平布设，所述预爆巷(1)与当前开采分层的回采工作面(2)呈平行布设；多个所述预爆巷(1)由上至下布设，多个所述预爆巷(1)中位于最下部的预爆巷(1)为底部预爆巷；步骤102、预爆巷内有毒有害气体抽出：在步骤101中施工完成的各预爆巷(1)内均安装气体抽送设备，并通过所述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：当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为一个时，从该预爆巷(1)由内向外钻取多个炮孔(5)，多个所述炮孔(5)均位于预爆巷(1)的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，通过预爆巷(1)对多个所述炮孔(5)分别进行装药并封孔；然后，起爆多个所述炮孔(5)，对当前开采分层中位于预爆巷(1)上方的煤层进行爆破；当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为多个时，从各预爆巷(1)分别由内向外钻取多个炮孔(5)，钻取的所有炮孔(5)均位于所述底部预爆巷的底板上方且其均位于当前开采分层中；之后，分别通过多个所述预爆巷(1)对钻取的所有炮孔(5)分别进行装药并封孔；然后，起爆所有炮孔(5)，对当前开采分层中位于所述底部预爆巷上方的煤层进行爆破；步骤104、顶煤放水湿润：当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为一个时，在该预爆巷(1)内安装注水设备，并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)下方的煤层进行湿润；当步骤101中所施工预爆巷(1)的数量为多个时，在所述底部预爆巷内安装注水设备，并通过所述注水设备向所述底部预爆巷内注水，对当前开采分层中位于底部预爆巷下方的煤层进行湿润；步骤105、煤层开采：采用采煤机对当前开采分层进行回采；步骤106、工作面后方氮气注入及塌陷区地面回填：步骤105中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，通过预先在步骤101中施工完成的回风巷(8-2)中安装的氮气输送设备，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；并且，对当前开采分层进行回采过程中，采用建筑垃圾或黄土对地面出现的塌陷区进行回填，将回采工作面(2)后方的采空区与外界空气隔绝；步骤二、下一分层开采：按照步骤101至步骤106中所述的方法，对该开采节段的下一分层进行开采；步骤三、一次或多次...

【专利技术属性】
技术研发人员：来兴平，崔峰，曹建涛，陈建强，单鹏飞，张新战，漆涛，张戈，孙秉成，蒋东晖，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61