大傾斜特厚煤層高段走向壁式綜放開采結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于煤礦開采技術領域，尤其是涉及一種大傾斜特厚煤層高段走向壁 式綜放開采結構。
【背景技術】
[0002] 大傾斜特厚煤層是指傾角α = 55°~75°且厚度為4.5m以上的煤層，在俄羅斯、烏克 蘭、波蘭等國家和我國西部賦存較多，特別是新疆儲量較大，開采難度極大。長期以來，開采 此類煤層的小型煤礦普遍采用的是傳統落后的非機械化采煤法，如落垛、倉儲、臺階、巷放 等，存在勞動強度大、作業環境差、安全事故多、產量效率低等缺陷。上世紀70年代以來，中 型煤礦在此類煤層中逐步試驗并推廣鋼絲繩鋸和偽俯斜面傾柔性掩護支架采煤法(簡稱柔 掩采煤法），作業環境和安全狀況有所改善，但鋼絲繩鋸夾死處理難度大，柔掩支架不適應 煤層厚度變化且下放困難、初采與末采工藝復雜，仍然存在勞動強度大、產量效率低等突出 問題。隨后，有些中小煤礦針對柔掩采煤法不適應煤層厚度變化的缺陷進行改造，提出并試 驗了分段密集采煤法和斜臺階采煤法，盡管此種采煤法對煤層厚度變化適應性有所改善， 但依然存在勞動強度大、產量效率低等同樣問題。上世紀80年代后期，特別是90年代以來， 一些中小型煤礦試驗了大傾斜特厚煤層水平分段滑移支架或網格支架放頂煤法，勞動強度 有所降低，安全狀況和工作環境有所改善;特別是大中型煤礦試驗成功了大傾斜特厚煤層 水平分段綜合機械化放頂煤采煤法(簡稱綜放采煤法），勞動強度顯著降低，安全狀況和工 作環境明顯改善。但與大傾角（α = 35°~55°)厚煤層走向長壁(80m以上)采煤法相比，掘進 率高、產量效率低。水平分段采煤法存在的主要問題是工作面長度受煤層厚度和傾角的雙 重制約，忽長忽短，工作面被迫頻繁增減支架，無法正常推進。近年來，有的煤礦為了提高大 傾斜特厚煤層水平分段綜放工作面產量，試驗加大分段高度（即大段高）以加大頂煤厚度的 方法，盡管產量效率增加幅度較大，但由于"跨層拱"的形成，分段高度增加受到制約，工作 面產量增加依然受限。
[0003] 近十多年來，大傾角中厚煤層長壁綜采技術日趨成熟，取得了良好的安全與經濟 效益，其中大傾角中厚煤層指的是傾角α = 35°~55°且層厚為1.3m~3.5m的煤層，長壁指的 是工作面長度為80m~150m。同時，層厚為3.5m~4.5m的大傾角厚煤層長壁大采高綜采技術 也相繼取得了成功。層厚為4.5m以上的大傾角特厚煤層傾斜分層長壁綜放技術初見成效， 但隨著煤層傾角增大和工作面加長，頂煤控制難度大，支架易失穩倒架的問題尤為嚴重。特 別是煤層松散時，頂煤漏冒加劇并沿工作面傾斜向上迅速擴展，導致支架群滑群倒，工作面 生產癱瘓，處理冒頂和倒架事故難度極大，安全隱患劇增，恢復生產異常困難。由于冒落頂 煤滑滾并大量堆積在工作面下部采空區而無法放出，導致頂煤放出率極低。由于長壁工作 面長度一般為80m以上，工作面操控與管理難度極大，且隨著長度的加大，難度異常之大，經 常造成工作面無法正常生產。
[0004] 由此可見，大傾斜特厚煤層的安全高效開采一直是懸而未決的技術難題。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種大傾 斜特厚煤層高段走向壁式綜放開采結構，其結構簡單、設計合理、施工簡便且開采效率高、 開采過程安全可靠，能有效解決大傾斜特厚煤層開采過程中存在的開采難度大、安全系數 低、不能實現高效開采等問題。
[0006] 為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：一種大傾斜特厚煤層高段 走向壁式綜放開采結構，其特征在于:包括位于所開采大傾斜特厚煤層同一階段內的多個 采煤區段，多個所述采煤區段由上至下進行布設，上下相鄰兩個所述采煤區段之間留設有 用于保護或隔離的區段保護煤柱，每個所述采煤區段的上下部沿大傾斜特厚煤層的煤層走 向分別設置有回風平巷和運輸平巷;多個所述采煤區段的采煤工作面結構均相同且其段高 H均相同，所述采煤區段的段高H為該采煤區段的垂直高度;每個所述采煤區段的所述采煤 工作面均為高段走向壁式工作面，所述高段走向壁式工作面為俯斜工作面且其為所述采煤 區段的實際開采工作面;所述高段走向壁式工作面分為下段工作面和位于所述下段工作面 上方的上段工作面，所述下段工作面布置為折線段工作面，所述上段工作面為直線段工作 面;所述采煤工作面的長度L = L1+L2且P 80m，其中Ll為上段工作面的長度，L2為所述下段 工作面的長度;所述采煤工作面與水平面之間的夾角為偽俯斜面傾角β且β < 55°，所述采煤 工作面與大傾斜特厚煤層的煤層走向之間的夾角為走向夾角丫，其中
，α為 大傾斜特厚煤層的傾角;所述下段工作面由多個工作面節段從下至上拼接而成，多個所述 工作面節段均為直線段工作面且其沿由前至后進行布設，所述工作面節段的長度為5m~ 20m，所述下段工作面的長度L2為多個所述工作面節段的長度之和;多個所述工作面節段與 水平面之間的夾角由前至后逐漸增大;所述大傾斜特厚煤層的煤層厚度越大，所述工作面 節段的長度越大;所述偽俯斜面傾角β越大，所述下段工作面的長度越小；多個所述工作面 節段中位于最下部的工作面節段為底部工作面節段，多個所述工作面節段中位于最上部的 工作面節段為頂部工作面節段，所述底部工作面節段位于所述頂部工作面節段前側;所述 運輸平巷位于所述底部工作面節段的底部，所述回風平巷位于所述上段工作面的頂部;所 述采煤區段的段高Η = Η1+Η2,其中Hl為上段工作面的豎直高度且Hl = LlXsini3，H2為所述 下段工作面的豎直高度且H2 = L2Xsinf3。
[0007] 上述大傾斜特厚煤層高段走向壁式綜放開采結構，其特征是:每個所述工作面節 段的傾角均為該工作面節段與水平面之間的夾角，所述底部工作面節段的傾角為5°~15°， 所述頂部工作面節段的傾角比偽俯斜面傾角β小5°~15°，所述下段工作面中除所述頂部工 作面節段之外的各工作面節段的傾角均比其后側相鄰工作面節段的傾角小5°~15°。
[0008] 上述大傾斜特厚煤層高段走向壁式綜放開采結構，其特征是:所述下段工作面中 所包括工作面節段的數量不小于三個;所述偽俯斜面傾角β越大，所述下段工作面中所包括 工作面節段的數量越少。
[0009] 上述大傾斜特厚煤層高段走向壁式綜放開采結構，其特征是:所述運輸平巷沿大 傾斜特厚煤層的頂板進行布設，所述回風平巷沿大傾斜特厚煤層的底板進行布設，且運輸 平巷和回風平巷均位于大傾斜特厚煤層內。
[0010]本實用新型與現有技術相比具有以下優點：
[0011] 1、結構簡單、設計合理且實現方便。
[0012] 2、采煤工作面結構設計合理，分為上段工作面和下段工作面;并且，采煤工作面按 偽俯斜面傾工作面進行布置，將所開采大傾斜特厚煤層的開采工作面由真傾角α的理論工 作面轉換為偽俯斜面傾角邱勺偽俯斜面傾工作面后，將大傾斜特厚煤層大幅減小，有效減小 了工作面坡度，緩解頂煤冒落下滑，從而大幅度降低了大傾斜特厚煤層的開采難度，大幅度 降低了大傾斜特厚煤層開采過程中所存在的危險系數。其中，上段工作面為直線段工作面 且其與水平面之間的夾角為偽俯斜面傾角β。下段工作面為折線段工作面，該折線段工作面 能充分利用煤層特厚的條件，將傳統的工作面下段由直線段改為折線段，各工作面節段的 傾角由〇°逐漸增大至工作面坡度（即偽俯斜面傾角β)，折線段工作面的上端與上段工作面 相連且其下端為工作面下端頭，這種折線段結構極大地簡化了工作面下段直線布置形式的 下端頭綜放設備選型配套的復雜性，同時能提供工作面傾斜段支架穩定的下部基點，并能 緩沖滾石墜物速度確保下部安全出口不受威脅。
[0013] 3、高段走向壁式工作面沿偽俯斜面傾方向布置且具有以下優勢:一方面既可避免 水平分段綜放工作面的長度受煤層厚度和傾角的雙重制約導致頻繁增減支架的困難，又能 消除大段高頂煤形成的"跨層拱"，為加大段高降低掘進率奠定了基礎，同一階段內各采煤 區段的段高大;另一方面避免了傾斜分層放頂煤法下分層開采受上分層采空區冒落破碎頂 板和殘余動壓(有時強度很大持續時間長)的威脅。
[0014] 4、開采過程簡單、開采效率高且開采過程安全可靠、使用效果好，經濟及社會效益 顯著，基于大傾角厚煤層長壁綜放和水平分段放頂煤的技術優勢，將兩者進行有機集成，充 分發揮二者的優勢，能有效適用于大傾斜特厚煤層的安全高效開采，并且保證工作面正常 推進和安全生產。
[0015] 綜上所述，本實用新型結構簡單、設計合理、施工簡便且開采效率高、開采過程安 全可靠，能有效解決大傾斜特厚煤層開采過程中存在的開采難度大、安全系數低、不能實現 高效開采等問題。
[0016] 下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型采煤工作面的布設位置示意圖。
[0018] 圖2為本實用新型的開采狀態示意圖。
[0019] 圖3為本實用新型采煤工作面與巷道沿煤層走向的布設位置示意圖。
[0020] 圖4為本實用新型采煤工作面的結構示意圖。
[0021] 附圖標記說明：
[0022] 丨一區段保護煤柱； 2-回風平巷； 3-運輸平巷；
[0023] 4 一上段工作面； 5-工作面節段； 6-大傾斜特厚煤層；
[0024] 7-首采煤區段； 8-第二采煤區段。
【具體實施方式】
[0025]如圖1、圖2及圖3所示，本實用新型包括位于所開采大傾斜特厚煤層6同一階段內 的多個采煤區段，多個所述采煤區段由上至下進行布設，上下相鄰兩個所述采煤區段之間 留設有用于保護或隔離的區段保護煤柱1，每個所述采煤區段的上下部沿大傾斜特厚煤層6 的煤層走向分別設置有回風平巷2和運輸平巷3。多個所述采煤區段的采煤工作面結構均相 同且其段高H均相同，所述采煤區段的段高H為該采煤區段的垂直高度;每個所述采煤區段 的所述采煤工作面均為高段走向壁式工作面，所述高段走向壁式工作面為俯斜工作面且其 為所述采煤區段的實際開采工作面。結