一種巨厚煤層長(zhǎng)壁工作面的開(kāi)采方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭資源開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巨厚煤層長(zhǎng)壁工作面的開(kāi)采方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著東部礦區(qū)煤炭資源的枯竭，中部受資源與環(huán)境約束的矛盾加劇，我國(guó)煤炭資源開(kāi)發(fā)重點(diǎn)已快速轉(zhuǎn)移到西部地區(qū)。新疆煤炭資源極其豐富，是我國(guó)21世紀(jì)十分重要的能源基地接替區(qū)和戰(zhàn)略能源儲(chǔ)備區(qū)。新疆煤炭資源賦存的一個(gè)主要特點(diǎn)是厚煤層廣泛分布且巨厚煤層多，如伊犁、吐哈、庫(kù)拜等預(yù)測(cè)資源量超過(guò)100億噸的煤田中都賦存有單層厚度大于20m以上的巨厚煤層，中國(guó)乃至世界上最大的整裝煤田一準(zhǔn)東煤田探明有單層厚度達(dá)80m以上的巨厚煤層，沙爾湖煤田更有單層厚度達(dá)200 m以上的巨厚煤層。
[0003]目前我國(guó)于20世紀(jì)70年代開(kāi)始探索厚煤層開(kāi)采技術(shù)，經(jīng)過(guò)40多年對(duì)厚煤層開(kāi)采方法的研究與實(shí)踐，相繼形成了大采高一次采全厚綜采采煤方法、傾斜分層鋪網(wǎng)下行垮落法開(kāi)采、分層恒底式上行開(kāi)采和綜采放頂煤開(kāi)采方法，上述幾種采煤方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。厚煤層大采高一次采全厚綜采采煤方法雖然對(duì)厚煤層資源回收率高，能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，經(jīng)濟(jì)效益好，然而目前現(xiàn)有的大采高只可開(kāi)采煤層厚度7?Sm。綜采放頂煤開(kāi)采方法煤炭回收率較低，且只可采20m以下厚度的煤層。分層鋪網(wǎng)下行垮落法開(kāi)采就是將厚煤層分成若干與煤層層面相平行的分層，先采頂分層，依次下行回采各分層，垮落法管理頂板，該方法能有效解決中傾斜以下厚煤層開(kāi)采時(shí)頂板支護(hù)和采空區(qū)處理問(wèn)題，頂分層以下各分層礦壓顯現(xiàn)緩和，由于采取人工鋪設(shè)假頂，該方法較安全，采出率高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好；但是在開(kāi)采過(guò)程中存在巷道系統(tǒng)布置復(fù)雜，巷道維護(hù)較困難，生產(chǎn)組織管理工作較復(fù)雜等缺點(diǎn)；分層鋪網(wǎng)下行垮落法開(kāi)采適用于煤層頂板不太堅(jiān)硬，易于垮落、直接頂有一定厚度的緩、中傾斜厚煤層。分層恒底式上行開(kāi)采就是將厚煤層劃分為相當(dāng)于中厚煤層的若干分層，各分層工作面依次沿煤層底板布置，第一分層工作面采后，上覆煤層垮落下沉，經(jīng)注水壓實(shí)，重新膠結(jié)后成為具有一定穩(wěn)定性和強(qiáng)度的再生煤體，再仍沿煤層底板在再生煤體中重新布置第二和第三分層的工作面，這種厚煤層開(kāi)采方法巷道系統(tǒng)簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)單，巖層活動(dòng)對(duì)工作面影響小，有利于消除水患及冒頂?shù)耐{，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，然而該方法容易造成頂板巖石混入到原煤當(dāng)中，不但增加了原煤的含矸率，而且還增加了煤炭的洗選量，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大大提高。
[0004]經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)踐，到目前為止，可以說(shuō)我國(guó)煤炭資源開(kāi)發(fā)已經(jīng)形成了具有中國(guó)特色的厚煤層開(kāi)采技術(shù)體系，但是大多數(shù)研究成果主要集中在煤層厚度為20m以下，針對(duì)像新疆地區(qū)厚度20m以上的巨厚煤層，目前還沒(méi)有一種安全、可靠、高效的巨厚煤層開(kāi)采方法，因此亟需一種巷道布置系統(tǒng)簡(jiǎn)單，降低原煤含矸率，提高經(jīng)濟(jì)效益，能確保20m以上的巨厚煤層安全高效開(kāi)采的開(kāi)采方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決上述問(wèn)題，提供一種簡(jiǎn)單高效、安全可靠的巨厚煤層開(kāi)采方法，能解決20m以上巨厚煤層的開(kāi)采問(wèn)題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下:
一種巨厚煤層長(zhǎng)壁工作面開(kāi)采方法，該方法包括以下步驟:
a、對(duì)巨厚煤層分層:對(duì)所采巨厚煤層的頂板巖層、底板巖層和煤層的水文地質(zhì)采礦條件進(jìn)行分析，將巨厚煤層劃分為頂部分層、底部分層和中部分層；頂部分層的厚度為
2.5-4.5 m ;根據(jù)綜放支架參數(shù)對(duì)中部分層和底部分層進(jìn)行平均分層；
b、對(duì)頂部分層進(jìn)行開(kāi)采:在頂部分層挖掘工作面運(yùn)輸巷1、回風(fēng)巷I和開(kāi)切眼I，頂部分層工作面采用綜合機(jī)械化采煤，在頂部分層工作面開(kāi)采的同時(shí)，在頂部分層的底板上同步鋪設(shè)頂網(wǎng)作為中部分層和底部分層開(kāi)采時(shí)的假頂；同時(shí)在頂部分層采空區(qū)底板安裝布置位移和應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，形成巨厚煤層的位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；頂部分層工作面自開(kāi)切眼I回采后持續(xù)監(jiān)測(cè)頂板的位移和應(yīng)力，對(duì)巨厚煤層頂板運(yùn)移情況進(jìn)行分析，當(dāng)頂板位移和應(yīng)力數(shù)值不再變化時(shí)，判斷頂部分層回采后頂板已垮落移動(dòng)穩(wěn)定；
c、對(duì)底部分層進(jìn)行開(kāi)采:當(dāng)頂部分層回采完畢并且采空區(qū)上覆頂板垮落穩(wěn)定后，在底部分層中挖掘工作面的運(yùn)輸巷I1、回風(fēng)巷II和開(kāi)切眼II ;底部分層工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采；底部分層工作面回采過(guò)程中采用注水軟化上和采后爆破強(qiáng)制放煤的方法促使上覆中部分層垮落；
d、對(duì)中部分層進(jìn)行開(kāi)采:當(dāng)?shù)撞糠謱庸ぷ髅婊夭赏戤吅?，其上覆中部分層垮落形成新的底部分層；利用頂部分層采空區(qū)中位移和應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)巨厚煤層頂板運(yùn)移情況進(jìn)行分析；當(dāng)位移和應(yīng)力數(shù)值不再變化時(shí)，判定新形成的底部分層已垮落移動(dòng)穩(wěn)定；此時(shí)根據(jù)頂板位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制巨厚煤層頂板巖層下沉空間曲線(xiàn)f (X，r，;在新形成底部分層中沿采空掘進(jìn)工作面的運(yùn)輸巷II1、回風(fēng)巷III和開(kāi)切眼III，所述運(yùn)輸巷II1、回風(fēng)巷III與底部分層采空區(qū)之間設(shè)置寬度為10~15m煤柱；新底部分層工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采；根據(jù)巨厚煤層頂部下沉空間曲線(xiàn)/(x，r，^)，確定新形成底部分層綜放開(kāi)采的放煤高度曲線(xiàn)h (X，
=/ (X，^) -1' nr c，其中i為底部分層和中部分層的第幾次分層開(kāi)采，c為綜放支架采煤高度；重復(fù)步驟d，對(duì)采空區(qū)新形成的底部分層進(jìn)行開(kāi)采，直至巨厚煤層開(kāi)采完畢。
[0007]上述中部分層和底部分層的分層數(shù)根據(jù)公式/7=l+int(#/>)計(jì)算，其中/7為中部分層和底部分層的分層數(shù)，i偽中部分層和底部分層的總厚度，P為綜放支架開(kāi)采厚度上限。
[0008]上述中部分層和底部分層的分層開(kāi)采高度根據(jù)公式十算，其中4中部分層和底部分層的平均分層厚度。
[0009]上述的位移和應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)為位移傳感器和應(yīng)力傳感器。位移和應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿頂部分層工作面走向每隔30~40m布置一排，每排監(jiān)測(cè)點(diǎn)由10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成，所述相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的間隔為20m。
[0010]上述的頂網(wǎng)由若干個(gè)長(zhǎng)寬比為5:1的金屬網(wǎng)組成。金屬網(wǎng)之間的連接部位重疊寬度30cm，連接部位相扭接。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
I)將巨厚煤層劃分為頂部分層、中部分層和底部分層，首先對(duì)頂部分層進(jìn)行綜合機(jī)械化采煤，這樣能降低頂部分層開(kāi)采過(guò)程中原煤中含矸率，同時(shí)在頂部分層采空區(qū)的底板上鋪設(shè)金屬網(wǎng)，能夠徹底避免剩下巨厚煤層開(kāi)采過(guò)程的矸石混入原煤，降低了煤炭洗選量和生產(chǎn)成本；
2)在頂部分層工作面的采空區(qū)中布置位移和壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有助于分析上覆煤巖層是否垮落運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，為中部分層和下部分層的開(kāi)采時(shí)機(jī)提供了合理的判斷依據(jù)；同時(shí)根據(jù)位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制得出的頂板巖層下沉空間曲線(xiàn)，解決了底部分層開(kāi)采由于煤層碎脹而形成不規(guī)則垮落難以確定煤層頂部位置的問(wèn)題，可確定底部分層的綜放開(kāi)采放煤高度曲線(xiàn)，確保上覆煤層與巖層均布下沉；
3)頂部分層工作面采空區(qū)底板上的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為中部分層和底部分層開(kāi)采時(shí)提供了準(zhǔn)確的頂板壓力數(shù)值，一方面為中部和底部分層工作面的綜放支架壓力參數(shù)選型提供數(shù)值依據(jù)，另一方面壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可動(dòng)態(tài)顯示預(yù)測(cè)中部和底部分層開(kāi)采時(shí)工作面周?chē)膲毫Ψ植记闆r，為中部和底部分層工作面的安全開(kāi)采提供保障；
4)采取先開(kāi)采巨厚煤層的頂部分層，再?gòu)牡撞糠謱又鸩较蛏祥_(kāi)采中部分層的分層開(kāi)采順序，巷道布置系統(tǒng)簡(jiǎn)單，降低了掘進(jìn)率和生產(chǎn)成本，優(yōu)化了采煤工藝，經(jīng)濟(jì)效益顯著，實(shí)現(xiàn)了 20m以上的巨厚煤層的安全可靠高效開(kāi)采，該方法具有廣泛的實(shí)用性和推廣性。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的巨厚煤層劃分分層示意圖；
圖2是本發(fā)明巨厚煤層頂部分層回采示意圖；
圖3是本發(fā)明巨厚煤層頂部分層回采工作面平面布置示意圖；
圖4是本發(fā)明巨厚煤層底部分層回采示意圖；
圖5是本發(fā)明巨厚煤層底部分層回采工作面平面布置示意圖；
圖6是本發(fā)明巨厚煤層中部分層回采示意圖；
圖7是本發(fā)明巨厚煤層中部分層回采工作面平面布置示意圖；
圖中:1_頂板巖層；2_底板巖層；3_頂部分層；4_底部分層；5-中部分層；30_頂部分層工作面；31-回風(fēng)巷I ;32_運(yùn)輸巷I ;33_頂部分層采空區(qū)；34-頂網(wǎng)；35-位移和應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)；36-開(kāi)切眼I ;40_底部分層工作面；41-回風(fēng)巷II ;42_運(yùn)輸巷II ;43_底部分層采空區(qū)；46_開(kāi)切眼II ;50_中部分層工作面；51_回風(fēng)巷III ;52_運(yùn)輸巷III