一种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法与流程

1.本发明涉及煤矿加工技术领域，尤其是指—种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法。


背景技术：

2.当所开采的煤层顶板为坚硬岩层、或者一定高度内赋存有大厚度完整坚硬岩层、或者煤层顶煤厚度大且坚硬时，在工作面初采及工作面正常回采时，会出现煤层上方坚硬顶板在采空区上方悬顶不冒、顶煤难放的现象，这时采空区周围煤体内积聚了大量弹性能量，不仅影响采空区附近煤体中巷道的稳定性，而且一旦冒落，极易压坏支架，造成井下风流紊乱，形成飓风，地面突然大面积塌陷，甚至引起人员伤亡。例如某矿浅埋煤层，顶板属亚坚硬顶板，但分层厚度大，工作面推进70m时发生初次来压，出现由工作面到地表的覆岩全厚切落，工作面支柱被压弯，出现飓风，风流逆行，从副平硐冒出黑烟，在地表形成地堑。
3.公知的煤层坚硬顶板控制放顶方法有在煤层坚硬顶板上施工钻孔，然后在钻孔中实施水力压裂或装入炸药进行爆破或装入化学膨胀剂进行静态爆破等。这些方法能在一定条件下取得一些效果，但也存在不足，如水力压裂所形成的裂缝受地应力控制，因此，水力压裂时需考虑切顶位置与地应力间的空间关系；装药爆破方法存在动力大，可控性差，有污染等问题，不适用于瓦斯含量高的煤层和岩层，如采空区或高瓦斯煤层等；静态爆破主要存在可控性差、成本高等缺点。


技术实现要素：

4.本发明是提供—种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法，利于定量初次跨落步距与拉槽深度的关系式，使坚硬顶板控制更加科学化、定量化、准确化和简单化，可广泛应用于各种类型煤矿开采中坚硬顶板放顶控制中。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法，包括以下步骤：
7.一、定距，确定坚硬顶板初次断裂的极限垮落步距、合理控制方式以及周期放顶合理悬顶长度；
8.二、布巷，沿煤层顶板掘进顶板巷，在所述顶板巷安设风水管路、进回液高压管路，布置通讯系统，铺设刮板运输机；
9.三、采煤，挪顶板巷刮板运输机机尾；移动工作面的刮板运输机；拆顶板巷梯形支架；
10.四、排煤，支撑坚硬顶板，辅助落煤。
11.进一步地，布巷：沿煤层顶板掘进顶板巷，在所述顶板巷安设风水管路、进回液高压管路，布置通讯系统，铺设刮板运输机；所述顶板巷作为进风巷、运输巷及安全出口使用。
12.进一步地，在回采工作面后方沿煤层底板留底板巷，使回采工作面形成两个安全出口，所述底板巷作为回风巷及安全出口使用，使所述进风巷和回风巷分开；所述顶板巷的支护使用梯形支架支护；所述底板巷的支护使用八字形柔掩支架和金属立撑，所述八字形
柔掩支架和所述金属立撑间距0.35m。
13.进一步地，还包括设置超前支护：对工作面的顶板巷的超前20m范围内的巷道使用铰接梁和单体柱加强支护，在0-10.0m范围内加打双排柱，间距为1.0m，排距为1.0m，在10-20.0m范围内加打单排柱；对工作面的底板巷的超前10m范围内的巷道使用铰接梁和单体柱加强支护，0-10.0m范围内加打单排柱，单体柱间距1.0m。
14.进一步地，挪顶板巷刮板运输机机尾包括：工作前将所述刮板运输机的开关打到零位，并检查支护情况；拆除机尾，取掉最后一块溜槽板后，再安装上所述机尾，拆除多余链条及刮棒，最后打上压盘撑。
15.进一步地，移动工作面的刮板运输机包括：清理工作面的浮煤，使用倒链移动所述刮板运输机，先移机头、机尾，然后拉动倒链移所述刮板运输机的中部，以确保机头、溜槽板平稳安放在硬底上。
16.进一步地，所述刮板运输机移到位后，在机头、机尾部分分别使用两根单柱做压盘撑固定好，所述压盘撑打在悬移支架上；将所述刮板运输机启动/停止按钮固定在顺槽机尾处，且错开工作面的所述刮板运输机的机尾。
17.进一步地，拆顶板巷梯形支架包括：巷梯形支架横梁、顶板侧立撑，不进行拆除；煤壁侧立撑在推采前进行拆除。
18.进一步地，采用矿制八字型柔掩支架支护，所述支架延至托梁，所述支架间距为0.35m，所述拆顶板巷梯形支架上设有纵向排煤通道，所述排煤通道呈l形，所述排煤通道的开口端设有纵向伸缩的气缸，所述气缸的顶端连接安装撑板，所述撑板的顶部设有插入煤层的爆破炸药。
19.进一步地，坚硬顶板初次断裂后，随着工作面的向前推进，岩梁一端固支在工作面前方煤壁上，另一端悬在采空区之上，形成悬臂岩梁结构；坚硬顶板悬臂岩梁上有三种载荷分布形式，即均布载荷、非均布载荷和集中载荷三种，其中以均布载荷分布最为常见；设工作面支架对顶板的设计支护强度为[p]，支架所承受的悬臂岩梁的长度为l，l＝l k+l s，考虑悬臂岩梁在最危险的情况下断裂，即从煤壁上方切断，得
[0020]
式中[p]——工作面支架对顶板的设计支护强度；
[0021]
l k——支架控顶距；
[0022]
l s——支架后岩梁悬顶长度；
[0023]
l——为支架所承受的悬臂岩梁长度
[0024]
控制放顶的目的是使顶板周期断裂时对支架的支护强度p不大于支架的设计支护强度[p]，即得基于支架的设计支护强度[p]确定的坚硬顶板合理悬顶长度l
[0025]
最后，按照常规方法沿工作面开切眼全长背向工作面一侧布置炮眼，确定炮眼与水平面夹角、孔径、单孔装药量、装药长度、孔距及封孔长度，梁端离开炮眼1m后实施爆破。
[0026]
本发明的有益效果：
[0027]
定量初次跨落步距与拉槽深度的关系式，使坚硬顶板控制更加科学化、定量化、准确化和简单化，可广泛应用于各种类型煤矿开采中坚硬顶板放顶控制中。
附图说明
[0028]
图1为本对煤层坚硬顶板控制放顶方法的安装结构示意图；
[0029]
附图标记说明：
[0030]
1、巷梯形支架横梁；2、顶板侧立撑；3、排煤通道；4、气缸；5、撑板；6、爆破炸药。
具体实施方式
[0031]
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
[0032]
如图1所示，一种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法，包括以下步骤：
[0033]
一、定距，确定坚硬顶板初次断裂的极限垮落步距、合理控制方式以及周期放顶合理悬顶长度；
[0034]
二、布巷，沿煤层顶板掘进顶板巷，在顶板巷安设风水管路、进回液高压管路，布置通讯系统，铺设刮板运输机；
[0035]
三、采煤，挪顶板巷刮板运输机机尾；移动工作面的刮板运输机；拆顶板巷梯形支架；
[0036]
四、排煤，支撑坚硬顶板，辅助落煤。
[0037]
本实施例中，布巷：沿煤层顶板掘进顶板巷，在顶板巷安设风水管路、进回液高压管路，布置通讯系统，铺设刮板运输机；顶板巷作为进风巷、运输巷及安全出口使用。
[0038]
本实施例中，在回采工作面后方沿煤层底板留底板巷，使回采工作面形成两个安全出口，底板巷作为回风巷及安全出口使用，使进风巷和回风巷分开；顶板巷的支护使用梯形支架支护；底板巷的支护使用八字形柔掩支架和金属立撑，八字形柔掩支架和金属立撑间距0.35m。
[0039]
本实施例中，还包括设置超前支护：对工作面的顶板巷的超前20m范围内的巷道使用铰接梁和单体柱加强支护，在0-10.0m范围内加打双排柱，间距为1.0m，排距为1.0m，在10-20.0m范围内加打单排柱；对工作面的底板巷的超前10m范围内的巷道使用铰接梁和单体柱加强支护，0-10.0m范围内加打单排柱，单体柱间距1.0m。
[0040]
本实施例中，挪顶板巷刮板运输机机尾包括：工作前将刮板运输机的开关打到零位，并检查支护情况；拆除机尾，取掉最后一块溜槽板后，再安装上机尾，拆除多余链条及刮棒，最后打上压盘撑。
[0041]
本实施例中，移动工作面的刮板运输机包括：清理工作面的浮煤，使用倒链移动刮板运输机，先移机头、机尾，然后拉动倒链移刮板运输机的中部，以确保机头、溜槽板平稳安放在硬底上。
[0042]
本实施例中，刮板运输机移到位后，在机头、机尾部分分别使用两根单柱做压盘撑固定好，压盘撑打在悬移支架上；将刮板运输机启动/停止按钮固定在顺槽机尾处，且错开工作面的刮板运输机的机尾。
[0043]
本实施例中，拆顶板巷梯形支架包括：巷梯形支架横梁1、顶板侧立撑2，不进行拆除；煤壁侧立撑在推采前进行拆除。
[0044]
本实施例中，采用矿制八字型柔掩支架支护，支架延至托梁，支架间距为0.35m，拆顶板巷梯形支架上设有纵向排煤通道3，排煤通道3呈l形，排煤通道3的开口端设有纵向伸缩的气缸4，气缸4的顶端连接安装撑板5，撑板5的顶部设有插入煤层的爆破炸药6；具体来讲，撑板5为中空结构，便于煤顺利流至排煤通道3处。
[0045]
本实施例中，坚硬顶板初次断裂后，随着工作面的向前推进，岩梁一端固支在工作面前方煤壁上，另一端悬在采空区之上，形成悬臂岩梁结构；坚硬顶板悬臂岩梁上有三种载荷分布形式，即均布载荷、非均布载荷和集中载荷三种，其中以均布载荷分布最为常见；设工作面支架对顶板的设计支护强度为[p]，支架所承受的悬臂岩梁的长度为l，l＝l k+l s，考虑悬臂岩梁在最危险的情况下断裂，即从煤壁上方切断，得
[0046]
式中[p]——工作面支架对顶板的设计支护强度；
[0047]
l k——支架控顶距；
[0048]
l s——支架后岩梁悬顶长度；
[0049]
l——为支架所承受的悬臂岩梁长度
[0050]
控制放顶的目的是使顶板周期断裂时对支架的支护强度p不大于支架的设计支护强度[p]，即
[0051]
由此得到基于支架的设计支护强度[p]确定的坚硬顶板合理悬顶长度l
[0052]
最后，按照常规方法沿工作面开切眼全长背向工作面一侧布置炮眼，确定炮眼与水平面夹角、孔径、单孔装药量、装药长度、孔距及封孔长度，梁端离开炮眼1m后实施爆破，通过气缸4控制支撑板5的升降，带动爆破炸药6伸入指定深度的煤矿层内，并通过设置的排煤通道3供落煤，有效快速排煤；定量初次跨落步距与拉槽深度的关系式，使坚硬顶板控制更加科学化、定量化、准确化和简单化，可广泛应用于各种类型煤矿开采中坚硬顶板放顶控制中。
[0053]
本实施例中的所有技术特征均可根据实际需要而进行自由组合。
[0054]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0055]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
[0056]
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，还包括其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。