專利名稱：近距易燃煤層采空區殘煤綜放復采方法
技術領域：
本發明涉及采礦方法方法，具體是一種近距易燃煤層采空區殘煤綜放復采方法。
背景技術：
煤炭是我國最主要的一次能源，也是不可再生的有限資源。長期以來，煤炭在我國一次能源的生產與消耗構成中占70%以上的比重，保證了國民經濟快速發展的需要。未來幾十年世界能源與中國能源需求都將持續增長，從能源安全與經濟合理的角度看，國內能源缺口還主要依靠煤炭來解決。這是由我國富煤、缺油、少氣的資源賦存客觀條件所決定的。即使是相對豐富的煤炭，我國人均占有量也僅為世界平均水平的一半，礦井的煤炭資源采出率只有發達國家的二分之一。因此，提高煤炭資源采出率和利用效率，使珍貴的不可再生能源資源得到最充分的利用，對于保證我國國民經濟的持續健康發展有著 十分重要的意義。近距煤層開采近年來在我國越來越引起重視，我國近距離煤層賦存和開采所占比重很大，大多礦區都存在近距離煤層群開采的問題，如大同礦區、西山礦區、新墳礦區、平頂山礦區、淮南礦區等。這些煤層層間距離近，分岔合并頻繁。關于近距煤層的整層開采，基本都以上下煤層分采或采用傳統放頂煤工藝回采，這些技術在國內外也比較成熟。而對于有些礦井的近距煤層賦存及開采情況要比上述復雜的多。如四川攀枝花礦務局花山煤礦，晉城礦區的莒山煤礦等。西山礦區則普遍存在8#、9#近距煤層，這些礦井的上覆煤層在歷史上多采用刀柱式開采，這樣的開采現狀對下覆煤層的安全開采產生了不利影響。目前，擁有上覆為刀柱采空區的礦井基本都采用只采下部煤層，而放棄刀柱殘煤的開采方法。以西山礦區白家山礦為例，該礦9#煤是穩定可采煤層，其上為上世紀六、七十年代已采的8 #煤刀柱采空區，留有大量殘煤。原刀柱工作面沿走向、傾向交錯布置，沒有規律性，給9 #煤布置工作面造成困難。歷史上8 #與9 #煤層均為單獨開采，因8 #煤為易自燃煤層，經過刀柱開采后的長期氧化，極易自燃。西山礦區廣泛賦存8 #、9#近距離煤層群，條件類似的相鄰礦井開采9 #煤層時，近距離的8 #煤層刀柱殘煤全部落入9 #采空區，著火問題十分嚴重，曾有多個工作面因著火而封閉停采。如單采9 #煤層而放棄8 #煤層，不僅繼續造成資源損失，而且自然發火問題還仍將影響9 #煤的正常開采。若采用傳統放頂煤開采，兩巷沿底板布置，8 #采空區的刀柱空間多年集聚的瓦斯將難以排放；工作面兩端過渡支架及巷道不放頂煤，仍會有較多松散浮煤損失，加大自然發火隱患；由于8 #與9 #之間是一層平均厚度為O. Sm的砂巖，選擇巷道布置時也應兼顧考慮破碎這層砂巖。
發明內容
本發明的目的是解決上覆為刀柱采空區的近距下部煤層開采時存在的資源損失、自然發火及瓦斯排放困難的問題，提供一種近距易燃煤層采空區殘煤綜放復采方法。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是
一種近距易燃煤層采空區殘煤綜放復采方法，采下部煤層放上覆煤柱，包括以下步驟
(1)工作面巷道布置
采用錯層巷道布置法，即進風運輸巷位于下部煤層，跟底掘進；回風運料巷位于上覆煤層中，跟頂掘進；
(2)采煤方法
工作面米用二米一放與一米一放相結合工藝流程，整層未米時二米一放，分層米時一采一放，割煤步距O. 6m,移架步距O. 6m ;具體包括
1)端頭鋪網
在工作面端頭上鋪設頂網，鋪網在割煤之前進行，采用7500X700mm的金屬菱形網。鋪網時，長邊平行于工作面，網與網之間搭接100mm，聯網采用雙股長300mm的鐵絲進行擰結，隔一孔聯結一處，每處至少扭結三匝，網聯好后將網拉回吊起；
2)進刀
采用機頭、機尾割三角煤的斜切進刀方式；
3)割煤
采煤機進刀后，進入正常的割煤狀態，割煤時采用前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤的方法進行作業；
4)伸伸縮梁
采煤機割過煤后，距采煤機前滾筒2-3架伸出支架伸縮梁，及時護住機道上方頂板，防止冒落；
5)移架
采用本架操作、追機移架的方式作業，滯后采煤機后滾筒2— 3架帶壓移架；
6)推移前部輸送機
使用液壓支架底座中部推移千斤頂進行推移前部輸送機，隨采機割煤，追機拉出10個架后開始頂溜，頂溜步距O. 6m ；
7)放頂煤
采用單輪順序放煤，放煤步距O. 6m，利用頂板壓力、支架反復支撐、支架尾梁上下擺動及回收插板的方式松動頂板后進行放煤，直至見到上部煤層頂板石灰巖矸石為止；
8)拉移后部輸送機
使用液壓支架底座旁的液壓千斤頂進行拉移后部輸送機，放完頂煤后，距放煤點15m開始拉移后部輸送機，拉移步距O. 6m。采用本發明所述的方法，在采新煤層的同時實現了對殘煤的回收，不僅節約了不可再生的煤炭資源，而且延長了礦井服務年限，大幅度提高資源回收率。同時還解決了上覆采空區長期積聚的瓦斯和殘煤著火問題，實現了安全生產。具體的創新點體現在
I)首次提出近距(I. 1!11，含偽頂0.3 m)易燃煤層上覆采空區復雜賦存形態殘煤綜放復采理論與方法。2)首次提出并成功應用近距殘煤復采條件下的錯層位巷道布置技術，近距刀柱殘煤、下分層殘煤，近距原始煤層條件均可適用。3)通過采用錯層位巷道布置與三段式回采工藝，在起坡段切割夾矸，增加頂煤與夾矸的自由面，實現了厚層夾矸(近距)條件下的放頂煤復采；并將端頭頂煤采出，為接續工作面無煤柱開采奠定了基礎；形成了近距易燃殘煤復采成套實用工藝技術。4)提出消除易自燃浮煤是防治自然發火根本前提的技術思路與實施方法，創立了全新的殘煤復采防滅火技術體系。揭示了綜放開采巷道頂煤、工作面端頭、相鄰采空區三火同源的機理，并以少量不易燃的下層實體煤，置換了傳統放頂煤工作面端頭必然形成的上覆易燃松散浮煤，從而治理了三處自然發火的共同源頭，使著火問題得到了根本性遏制。5)沿頂板回風巷不僅起到探測煤層間距的探巷作用，而且解決了采空區積聚瓦斯的排放問題，節省了專用排瓦斯巷。該錯層位巷道有利于掘進與維護。6)在錯層位殘煤復采巷道系統中，回風巷沿頂板布置，不托頂煤，可有效降低端頭作業產塵，有利于綜合防塵。
圖I為工作面巷道布置示意圖。
具體實施例方式以下結合焦煤集團白家莊礦的實際情況，對本發明要求保護的技術方案做具體說明。I.工作面地質條件
白家莊礦39713工作面地面位置位于冶峪風井西部山區，井下位于南坑1001水平七盤區右翼，工作面地面標高為1225-1325m，井下標高1016_1050m，蓋山厚度109_275m。其前部為一不規則的陷落柱；后部為大巷保護煤柱；前部左側為39501已采工作面，中、后部左側為未采區，右部為一斷層破碎帶和39701工作面；前部上方為38502刀柱式采空區；中、后部上方為38713工作面上分層采空區。I. I 煤層賦存情況
該礦9 #煤是穩定可采煤層，其上覆煤層為上世紀六、七十年代已采的8 #煤刀柱采空區，留有大量殘煤。9#煤平均厚度為2. 4m，煤層賦存穩定，煤層傾角4° 8°，平均6°。I. 2 9#煤層頂、底板情況
工作面直接頂巖性為砂巖，厚度O. 05-1. 6m,平均厚O. 8m,呈黑色，細粒，是影響8#煤放出效果的主要因素。另有一層頁巖偽頂，平均厚O. 3m，呈黑色，性脆，隨采隨冒，混入煤中，對放煤無影響。直接底巖性為頁巖，厚度O. 3-0. 7m，呈黑色；老底為砂質頁巖，呈深灰色，層理清晰。1.3地質構造情況
39713工作面是9#煤層工作面，本工作面地質構造情況簡單，在掘進中正巷遇到Fl—F4四條正斷層，付巷遇到F5 — F6兩條正斷層，斷層對回采無影響。1.4水文地質情況
39713工作面水文地質情況較簡單，正巷開口位置前150-340m處上部有一處采空積水，積水面積約10500m2，積水量約6300m3 ;水面標高1024 m，積水區與工作面距離為2. 2
3.Om0正巷開口位置前580-640m處，上部有一處采空積水，積水面積約1484 m2，積水量約1603 m3，水面標高1027m，積水與本工作面距離為I. 3 2. Om0工作面最大涌水量為O. 4m3/min,正常涌水量O. 05 m3/min。
I. 5其它情況
預計工作面9#煤層瓦斯絕對涌出量O. 23 m3/min。由于8#煤層存在采空區，尤其是頂板未垮落的刀柱采空空間，將會有長期積聚的瓦斯，可能達到較高濃度；煤塵具有爆炸性，煤塵爆炸指數為13. 31 ;9#煤層發火傾向性鑒定為三類不易自燃。但8#煤層易自燃，自然發火期為6個月。I. 6工作面布置情況
1.6. 139713工作面巷道布置
39713工作面巷道布置采用錯層位巷道布置法，即進風運輸巷位于9#煤層中，跟底掘進，回風運料巷位于8#煤層實體煤中，跟頂掘進。具體巷道布置情況見圖I。
1.6.2工作面順槽斷面、支護形式 工作面運輸順槽采用正梯形斷面，礦用11#工字鋼親口棚支護；軌道順槽采用矩形斷面，全錨支護。巷道支護參數見表I。
表I巷道參數表
巷道名-- 高/凈高掘面凈斷面積
稱上毛寬/凈寬下毛寬/凈寬 im) .2, <m2> _____im )__
運輸巷 2.5/2.2__3.42/2.97 2.46/2.27.28__5.69
軌道巷__2.9/2.8__3.2/3.1__9_28__S.68
2工作面參數、設備選型及采煤工藝
2.I工作面參數
工作面可采走向長度主要根據工作面煤層地質條件、煤層賦存情況等因素來確定，可采走向長度為720m;
工作面采長主要根據工作面煤層地質條件、煤層賦存情況及設備的能力等因素來確定，長度為150m ；
工作面采高主要根據工作面的通風要求、放頂煤液壓支架的穩定性、煤壁的穩定性、合理采放高度比以及工作面合理操作空間等因素確定，采高為2. 4m。工作面參數見表2-1。表2-1 工作面參數表 ____
可采走向長(m) 采長(m) 循進(m) 煤厚(m) 采高(m) 容重(t/m3)
720|l50|θ. 6\2.4丨2· 4| · 34
2.2工作面配套設備設計
39713工作面采用的是錯層位巷道布置采煤法。MG — 200型采煤機破煤、裝煤，工作面前后各一部SGZ — 630型可彎曲刮板輸送機運煤。工作面采用ZF3000/16/25型放頂煤支架支護頂板，機頭機尾各采用2架ZFG3600/17/26型支架配合4組JI梁進行端頭支護，頂板管理方法為全部垮落法。采用綜采低位放頂煤技術對上覆的8#煤進行回收，采9#煤，放8#煤。工作面配套設備見表2-2。表2-2 工作面配套設備表
權利要求
1.一種近距易燃煤層采空區殘煤綜放復采方法，其特征在于采下部煤層放上覆煤柱，包括以下步驟 (1)工作面巷道布置 采用錯層巷道布置法，即進風運輸巷位于下部煤層，跟底掘進；回風運料巷位于上覆煤層中，跟頂掘進； (2)采煤方法 工作面米用二米一放與一米一放相結合工藝流程，整層未米時二米一放，分層米時一采一放，割煤步距O. 6m,移架步距O. 6m ;具體包括 1)端頭鋪網 在工作面端頭上鋪設頂網，鋪網在割煤之前進行，采用7500X700mm的金屬菱形網；鋪網時，長邊平行于工作面，網與網之間搭接100mm，聯網采用雙股長300mm的鐵絲進行擰結，隔一孔聯結一處，每處至少扭結三匝，網聯好后將網拉回吊起； 2)進刀 采用機頭、機尾割三角煤的斜切進刀方式； 3)割煤 采煤機進刀后，進入正常的割煤狀態，割煤時采用前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤的方法進行作業； 4)伸伸縮梁 采煤機割過煤后，距采煤機前滾筒2-3架伸出支架伸縮梁，及時護住機道上方頂板，防止冒落； 5)移架 采用本架操作、追機移架的方式作業，滯后采煤機后滾筒2— 3架帶壓移架； 6)推移前部輸送機 使用液壓支架底座中部推移千斤頂進行推移前部輸送機，隨采機割煤，追機拉出10個架后開始頂溜，頂溜步距O. 6m ； 7)放頂煤 采用單輪順序放煤，放煤步距O. 6m，利用頂板壓力、支架反復支撐、支架尾梁上下擺動及回收插板的方式松動頂板后進行放煤，直至見到上部煤層頂板石灰巖矸石為止； 8)拉移后部輸送機 使用液壓支架底座旁的液壓千斤頂進行拉移后部輸送機，放完頂煤后，距放煤點15m開始拉移后部輸送機，拉移步距O. 6m。
全文摘要
本發明為了解決上覆為刀柱采空區的近距下部煤層開采時存在的資源損失、自然發火及瓦斯排放困難的問題，提供一種近距易燃煤層采空區殘煤綜放復采方法，該方法是采下部煤層放上覆煤柱，采用錯層巷道布置法，即進風運輸巷位于下部煤層，跟底掘進；回風運料巷位于上覆煤層中，跟頂掘進；工作面采用二采一放與一采一放相結合工藝流程，整層未采時二采一放，分層采時一采一放。采用本發明所述的方法，在采新煤層的同時實現了對殘煤的回收，不僅節約了不可再生的煤炭資源，而且延長了礦井服務年限，大幅度提高資源回收率。
文檔編號E21C41/16GK102900438SQ201210384329
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月12日 優先權日2012年10月12日
發明者金智新, 薛道成, 王玉寶, 鄧存寶, 賀志宏, 武青林, 鄧漢忠, 李緒萍, 張勛 申請人:山西焦煤集團有限責任公司, 遼寧工程技術大學