一种急倾斜煤层群组的联合开采方法

本发明涉及煤矿开采，更具体的说是涉及一种急倾斜煤层群组的联合开采方法。

背景技术：

1、急倾斜煤层是指倾角大于45°的煤层，其储量约占我国煤炭总储量的15％～20％，且煤种主要为主焦煤、无烟煤和一些稀缺煤种，是工业和区域经济发展不可或缺的动力燃料和工业原材料。随着我国煤炭资源的不断开采，浅部开采条件较好的煤层储量接近枯竭，对于地质条件复杂的急倾斜煤层的安全高效开采已经成为一个重大难题。急倾斜近距离煤层群开采时采掘作业、顶板活动和垮落以及矸石移动往往波及到其他煤层，相互影响严重。

2、因此，亟需一种可行的煤层群组的联合开采方法促进急倾斜煤层的安全高效开采。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种急倾斜煤层群组的联合开采方法，能够有效解决急倾斜近距离煤层群开采时采掘作业、顶板活动和垮落以及矸石移动波及到其他煤层等相互影响严重的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，

3、一种急倾斜煤层群组的联合开采方法,应用于急倾斜煤层群组，所述急倾斜煤层群组包括夹设于直接顶和底板之间的第一煤层、夹层、第二煤层，所述第一煤层和第二煤层为倾角大于55°的特厚煤层，所述夹层位于第一煤层和第二煤层之间，所述联合开采方法包括以下步骤：

4、步骤1，布置工作面和巷道：将第一煤层和第二煤层联合划分为多个分段，均布置水平分段工作面，从上至下依次为第一分段、第二分段……第n分段，n为整数，在各水平分段工作面的第一煤层中沿直接顶布置运输巷，第二煤层中沿底板布置进风巷，在夹层中布置夹层巷，所述运输巷、进风巷和夹层巷均沿岩层走向水平布置，各水平分段工作面的运输巷、进风巷、夹层巷均通过第一煤层和第二煤层之间的水平段工作面分别连通；

5、步骤2，布置煤层爆破孔：在夹层巷中向第一煤层和第二煤层布置超前预爆破弱化钻孔，超前预爆破弱化钻孔在垂直面上呈扇形布置，水平面上等距离布置，超前爆破后在采煤机采出下部煤后将第一煤层和第二煤层的顶煤放出，超前预爆破弱化钻孔参数可根据煤层条件调整；

6、步骤3，布置夹层爆破孔：在夹层巷顶板沿巷道走向布置顶板弱化钻孔，顶板弱化钻孔向液压支架后方倾斜布置，顶板弱化钻孔随工作面推进进行滞后爆破松动，强制放落夹层顶板，充填采空区；

7、步骤4，开采煤层：在各水平分段工作面布置采煤机、刮板输送机，在运输巷布置设备列车、转载机、破碎机和带式输送机，采煤机首先在第一煤层或第二煤层处割煤，在夹层巷处跑空刀后进入下一层煤继续割煤，液压支架随着采煤机割煤及时进行支护，随后推动刮板运输机前移，液压支架和自移式超前液压支架随工作面向前推进而推进，单体支柱随采随撤。

8、优选的，所述步骤1中运输巷和进风巷采用锚网支护，夹层巷采用单体支柱临时支护，各巷道工作面超前段采用自移式超前液压支架支护，其中，运输巷作为运输、行人和进风通道，进风巷作为进风和行人通道，夹层巷作为回风和行人通道，形成运输巷与进风巷两条巷道进风、一条夹层巷回风的“w”型通风方式，在中间夹层巷内布置瓦斯抽放孔，瓦斯抽放孔位于抽放区域中心。

9、优选的，所述步骤2中超前预爆破弱化钻孔布置在超前工作面15-30m，在单向扇形松动爆破孔径为ф110mm、排距为4m，超前预爆破弱化钻孔贯穿全煤层，炸药采用乳胶基质炸药,装药结构采用正向装药,引药雷管线采用并联方式,脚线采用串联连接方式,每个超前预爆破弱化钻孔安装两发雷管，封孔材料选用黄泥,封孔长度≥5m。

10、优选的，所述步骤2中炸药在爆破后形成的裂隙区范围决定超前预爆破弱化钻孔的间排距，单孔耦合装药时裂隙区半径为：

11、

12、

13、

14、式中：σcd—岩石的单轴动态抗压强度，mpa；σtd—岩石的单轴动态抗拉强度，mpa；а—载荷传播衰减指数；β—应力波传播衰减指数；ρ—岩石密度，kg/m3；ρ0—炸药密度，kg/m3；d—炸药爆速，m/s；rb—炮孔半径，m；cp—岩体的声速，m/s；μd—岩体的动态泊松比；λ—侧压系数。

15、优选的，所述步骤3中切顶高度h要保证顶板充分填满采空区冒落空间，让冒落顶板具有一定的承载力，即切顶高度满足h≥h1，h1满足如下公式：

16、

17、式中，h1—垮落带高度，m；m—采高，m；kp—垮落岩体碎胀系数；θ—岩层倾角，°。

18、优选的，所述各水平分段工作面还布置有刮板输送机，所述运输巷内布置有设备列车、转载机、破碎机和带式输送机。

19、优选的，所述步骤4中放煤方式为采煤机往返割两刀后进行一次放煤，随各水平分段工作面向前推进的煤层预爆破同时进行。

20、优选的，所述步骤4中采煤机所采出的煤从液压支架前方刮板输送机运出，顶煤从液压支架后方刮板输送机运出。

21、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供的一种急倾斜煤层群组的联合开采方法，能够有效解决急倾斜近距离煤层群开采时采掘作业、顶板活动和垮落以及矸石移动波及到其他煤层等相互影响严重的问题，其中两层煤联合开采减少了巷道掘进量，工作面长度增加，减少了工作面设备搬家次数，进而节省了工作面安装、搬迁费用和大量时间，减小工作劳动强度，同时两条巷道进风保证了工作面所需的风量要求，两层煤同时开采工作面产量高，极大的提高了工作效率。

技术特征：

1.一种急倾斜煤层群组的联合开采方法，其特征在于，应用于急倾斜煤层群组，所述急倾斜煤层群组包括夹设于直接顶(2)和底板(6)之间的第一煤层(3)、夹层(4)、第二煤层(5)，所述第一煤层(3)和第二煤层(5)为倾角大于55°的特厚煤层，所述夹层(4)位于第一煤层(3)和第二煤层(5)之间，所述联合开采方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的急倾斜煤层群组的联合开采方法，其特征在于，所述步骤1中运输巷(7)和进风巷(8)采用锚网支护，夹层巷(9)采用单体支柱(22)临时支护，各巷道工作面超前段采用自移式超前液压支架(18)支护，其中，运输巷(7)作为运输、行人和进风通道，进风巷(8)作为进风和行人通道，夹层巷(9)作为回风和行人通道，形成运输巷(7)与进风巷(8)两条巷道进风、一条夹层巷(9)回风的“w”型通风方式，在中间夹层巷(9)内布置瓦斯抽放孔，瓦斯抽放孔位于抽放区域中心。

3.根据权利要求1所述的急倾斜煤层群组的联合开采方法，其特征在于，所述步骤2中超前预爆破弱化钻孔(15)布置在超前工作面15-30m，在单向扇形松动爆破孔径为ф110mm、排距为4m，超前预爆破弱化钻孔(15)贯穿全煤层，炸药采用乳胶基质炸药,装药结构采用正向装药,引药雷管线采用并联方式,脚线采用串联连接方式,每个超前预爆破弱化钻孔(15)安装两发雷管，封孔材料选用黄泥,封孔长度≥5m。

4.根据权利要求1或3所述的急倾斜煤层群组的联合开采方法，其特征在于，所述步骤2中炸药在爆破后形成的裂隙区范围决定超前预爆破弱化钻孔(15)的间排距，单孔耦合装药时裂隙区半径为：

5.根据权利要求1所述的急倾斜煤层群组的联合开采方法，其特征在于，所述步骤3中切顶高度h要保证顶板充分填满采空区冒落空间，让冒落顶板具有一定的承载力，即切顶高度满足h≥h1，h1满足如下公式：

6.根据权利要求1所述的急倾斜煤层群组的联合开采方法，其特征在于，所述各水平分段工作面还布置有刮板输送机(17)，所述运输巷(7)内布置有设备列车、转载机、破碎机(20)和带式输送机(19)。

7.根据权利要求1所述的急倾斜煤层群组的联合开采方法，其特征在于，所述步骤4中放煤方式为采煤机(23)往返割两刀后进行一次放煤，随各水平分段工作面向前推进的煤层预爆破同时进行。

8.根据权利要求1所述的急倾斜煤层群组的联合开采方法，其特征在于，所述步骤4中采煤机所采出的煤从液压支架(14)前方刮板输送机运出，顶煤从液压支架(14)后方刮板输送机运出。

技术总结本发明公开了一种急倾斜煤层群组的联合开采方法，将第一煤层和第二煤层联合划分为多个分段并均布置水平分段工作面，在各水平分段工作面的第一煤层中布置运输巷，第二煤层中布置进风巷，在夹层中布置夹层巷，并于夹层巷中布置顶煤和顶板预爆破孔，经过“两采一放”的放煤方式进行开采。本发明采用两层煤联合开采减少了巷道掘进量，减少了工作面设备搬家次数，进而节省了工作面安装、搬迁费用和大量时间，减小工作劳动强度，同时两条巷道进风保证了工作面所需的风量要求，两层煤同时开采工作面产量高，极大的提高了工作效率，能够有效解决急倾斜近距离煤层群开采时采掘作业、顶板活动和垮落以及矸石移动波及到其他煤层等相互影响严重的问题。技术研发人员：解盘石,张波,伍永平,王红伟,张艳丽,张浩,胡博胜,郎丁,吕文玉,闫壮壮,黄宝发,林伟典,杨航,房嘉睿,袁博迪,闫晨受保护的技术使用者：西安科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23