单一急倾斜中厚煤层放顶煤开采留巷方法

1.本发明涉及煤矿煤层开采留巷技术领域，具体涉及一种单一急倾斜中厚煤层放顶煤开采留巷方法。


背景技术：

2.急倾斜中厚煤层在我国煤炭总储量中占很小一部分，且急倾斜煤炭资源很大程度上属于优质煤炭资源。急倾斜中厚煤层存在开采难度大的技术问题，在开采急倾斜煤层时，由于煤层角度大于45
°
，其采准巷道布置方式和采煤方法明显不同于缓倾斜煤层。
3.目前，有关急倾斜中厚煤层开采的主要方法有：倒台阶采煤法、斜台阶采煤法、伪倾斜柔性掩护支架采煤法等。但是，其还存在一定的技术问题：
4.其一、现有急倾斜中厚煤层采煤工作面仍与水平面有一定的角度，呈非水平状态，工作面中的设备极易翻倒、滑移；
5.其二、开采后形成的采空区中的煤，容易发生自燃；
6.其三、急倾斜中厚煤层开采后，引起煤层上方岩层跨落和移动，导致应力场重新分布，由此造成顶板巷道维护困难；此外，在急倾斜中厚煤层开采时，通常需要掘两条巷道，其巷道掘进工作量大。
7.综上所述，上述现有技术还有待于进一步改进。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种单一急倾斜中厚煤层放顶煤开采留巷方法，其在掘进一条巷道的基础上，结合在对急倾斜中厚煤层水平放顶煤前、后对巷道的布设以及对采空区内风向的改变，可避免采空区中煤发生自燃，此外，还减少了巷道的掘进量，可免于采空区上覆岩层对巷道的冲击，并且可保证工作面全风压通风。
9.为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
10.一种单一急倾斜中厚煤层放顶煤开采留巷方法，依次包括以下步骤：
11.s1、沿急倾斜中厚煤层倾斜方向将煤层划分为若干分段，每个分段仅布设一条巷道；
12.s2、沿急倾斜中厚煤层真厚度水平方向进行巷道掘进，掘进后的巷道的断面形状为直角梯形，具体包括以下子步骤：
13.s21、沿急倾斜中厚煤层的顶板水平向急倾斜中厚煤层的底板推进a米；
14.s22、接步骤s21，继续沿着水平方向向急倾斜中厚煤层的底板岩石中推进b米，形成直角梯形的上等边，边长即为a+b米；
15.s23、垂直向下推进c米；
16.s24、再水平向急倾斜中厚煤层的顶板方向推进a+c/tanα+b米，直至巷道断面形状为直角梯形，α为煤层倾角；
17.s3、巷道成型后，对其进行临时支护；
18.s4、巷道从运输上山向回风上山方向持续掘进，直至巷道贯通运输上山和回风上山；
19.s5、巷道掘进完成后，通过布置液压支架对其进行支护，并在巷道底板上固定设置用于防止采空区跨落的矸石进入巷道的挡矸帘；
20.s6、沿着巷道中心线推进，推进后形成的采空区内布置注浆管，所述的注浆管自上而下布置，分别在采空区的上部、中部以及下部形成注浆区，注浆后在采空区中形成挡风帷幕；
21.s7、在所述的挡矸帘内侧悬挂挡风物，使得岩层中的巷道保留下来，形成回风通道。
22.上述技术方案直接带来的有益技术效果为：
23.通过在进行急倾斜中厚煤层水平放顶煤前对巷道进行布设，在进行急倾斜中厚煤层水平放顶煤后，在工作面后方留设回风巷道，这样的留巷方式可以有效保证单一急倾斜中厚煤层放顶煤工作面后方巷道的留设，保证工作面有两个安全出口，保证工作面全风压通风，减少了巷道掘进量。
24.作为本发明的一个优选方案，在巷道成型后，对巷道的上等边中的煤层部分和岩层部分分别铺设a米、b米宽的金属网，位于煤层巷道中的金属网采用锚杆固定在煤层中；位于岩层巷道中的金属网的下方设置有桁支架，所述的桁支架的两端分别由锚索进行固定，锚索的另一端均固定在岩层中。
25.作为本发明的另一个优选方案，所述的锚索与桁支架的夹角为α/2～2α/3。
26.进一步的，步骤s5中，所述的液压支架位于煤层巷道中，在放煤前提前拆卸所述液压支架顶部的金属网。
27.进一步的，在所述的采空区的上部、中部以及下部分别设置一根注浆管，相邻的注浆管的间隔为5～10米。
28.进一步的，注浆时，首先向采空区上部的注浆管注浆，其次向采空区中部的注浆管注浆，最后向采空区下部的注浆管注浆。
29.进一步的，所述的挡风物为挡风帆布。
30.进一步的，每根注浆管上设置有若干个出浆口。
31.与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果:
32.本发明提出的一种单一急倾斜中厚煤层放顶煤开采留巷方法，沿急倾斜中厚煤层真厚度水平方向进行巷道掘进，掘进后的巷道成直角梯形。巷道中的煤层掘进后，继续沿着煤层底板方向掘进预留巷道空间。预留巷道顶板设置有桁支架，桁支架两端分别采用长锚索锚固在煤层底板岩层中。预留巷道的两帮，一帮为岩层，另一帮为挡风帆布。挡风帆布的上端固定在顶板的桁支架，下端固定在巷道底板，从而形成回风通道。挡风帆布外侧设置有挡矸帘，防止采空区的矸石进入预留巷道。为了防止风进入采空区，采空区中设置注浆管，注浆管分别设置在采空区的上、中、下三个空间位置，每根注浆管设置有多个出浆口。水泥浆注入采空后形成隔风帷幕，从而改变进入采空区的风向，使工作面后方的污风沿着预留巷道排出。
33.本发明充分利用急倾斜中厚煤层底板岩层的自然安息角，预留巷道布置在岩层中安全稳定。
34.本发明采用桁支架和锚索配合的方式可以维护预留巷道，便于施工、巷道成型效果好。
35.与相同条件下传统急倾斜中厚煤层开采方法相比，本发明提出的一种单一急倾斜中厚煤层放顶煤开采留巷方法，少掘一条岩巷，具有掘进量小、投资少、经济效益佳的优点。
36.本发明采空区采用挡风帷幕和挡风帆布改变风向，避免了新鲜风流进入采空区，防止遗留煤炭自燃，避免漏风现象。
附图说明
37.下面结合附图对本发明做进一步说明：
38.图1为本发明巷道断面布置示意图；
39.图2为本发明工作面布置示意图；
40.图3主要示出了本发明挡风帷幕的结构示意图；
41.图4主要示出了本发明注浆管的结构示意图；
42.图中：
43.1、煤层顶板，2、急倾斜中厚煤层，3、煤层底板，4、锚索，5、桁支架，6、锚杆，7、注浆管，8、挡矸帘，9、挡风帆布，10、煤层倾角α，11、运输上山，12、回风上山，13、巷道，14、工作面推进方向，15、挡风帷幕，16、采空区，17、新鲜风流风向，18、污风风流风向，19、出浆孔。
具体实施方式
44.本发明提出了一种单一急倾斜中厚煤层放顶煤开采留巷方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
45.本发明技术构思，利用急倾斜中厚煤层开采后的煤层角度α来构建直角梯形巷道，通过对直角梯形巷道的各个边长进行合理设置，在工作面推进后形成的采空区布设注浆管进一步形成挡风帷幕，这两方面结合，可实现以煤层底板为基础的留巷方法，并且其可以达到的优点为：减少巷道的掘进量(仅有一条巷道，与本发明留巷方法结合，即可以实现现有技术中两条巷道的作用)、可免于采空区上覆岩层对巷道的冲击、可保证工作面全风压通风以及防止采空区的煤发生自燃。
46.本发明所述及的向注浆管中的注入的浆液的配方以及制备方法，本领域技术人员借鉴现有技术即可实现。
47.如图1所示，本发明巷道断面示意图，示出了煤层顶板1、急倾斜中厚煤层2、煤层底板3、锚索4、桁支架5、锚杆6、注浆管7、挡矸帘8、挡风帆布9以及煤层倾角α10；其中，锚索、桁支架和锚杆用于支护巷道，注浆管位于采空区，挡矸帘和挡风帆布的主要作用是用于阻挡矸石和挡风，其结构借鉴现有技术即可。
48.如图2所示，本发明工作面布置示意图，示出了运输上山11、回风上山12、巷道13、工作面推进方向14、挡风帷幕15、采空区16、新鲜风流风向17、污风风流风向18。
49.下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
50.一种单一急倾斜中厚煤层放顶煤开采留巷方法，包括以下步骤：
51.步骤一、沿急倾斜中厚煤层倾斜方向将煤层划分为若干分段，每个分段仅布设一条巷道；通过仅设置一条巷道，该巷道与后面的直角梯形巷道、挡风帷幕相互配合，既有进
风口，也有出风口，保证工作面全风压通风，并减少巷道掘进量；
52.步骤二、沿急倾斜中厚煤层真厚度水平方向进行巷道掘进，掘进后的巷道的断面形状为直角梯形，具体包括以下子步骤：
53.沿急倾斜中厚煤层的顶板水平向急倾斜中厚煤层的底板推进a米；
54.继续沿着水平线向急倾斜中厚煤层的底板岩石推进b米，形成直角梯形的上等边，边长即为a+b米；
55.垂直向下推进c米；
56.水平向急倾斜中厚煤层的顶板方向推进a+c/tanα+b米，直至巷道断面形状为直角梯形，α为煤层倾角；
57.步骤三、巷道成型后，对其进行临时支护，对巷道的上等边中的煤层部分和岩层部分分别铺设a米、b米宽的金属网，位于巷道中的金属网采用锚杆固定在煤层中；位于岩层巷道中的金属网的下方设置有桁支架，所述的桁支架的两端分别由锚索进行固定，锚索的另一端均固定在岩层中，锚索与桁支架的夹角为α/2～2α/3；
58.步骤四、巷道从运输上山向回风上山方向持续掘进，直至巷道贯通运输上山和回风上山；
59.步骤五、巷道掘进完成后，通过布置液压支架对其进行支护，液压支架位于煤层巷道的上等边的底部，在放煤前提前拆卸所述的液压支架与位于巷道上等边煤层部分的金属网；并在巷道底板上固定设置用于防止采空区跨落的矸石进入巷道的挡矸帘；
60.步骤六、沿着巷道中心线推进，推进后形成的采空区内布置注浆管，所述的注浆管自上而下布置，分别在采空区的上部、中部以及下部形成注浆区，注浆时，首先向采空区上部的注浆管注浆，其次向采空区中部的注浆管注浆，最后向采空区下部的注浆管注浆，相邻的注浆管的间隔为5～10米，注浆后在采空区中形成挡风帷幕；
61.步骤七、在所述的挡矸帘内侧悬挂挡风物，使得岩层中的巷道保留下来，形成回风通道。
62.在上述的每根注浆管上设置有若干个出浆孔19。
63.下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
64.实施例1：
65.结合图1至图3所示，本发明单一急倾斜中厚煤层放顶煤开采留巷方法，沿急倾斜中厚煤层真厚度水平方向进行巷道掘进，掘进后的巷道成直角梯形。巷道中的煤层掘进后，继续沿着煤层底板方向掘进预留巷道。预留巷道顶板设置桁支架5，桁支架两端分别采用长锚索4锚固在煤层底板3岩层中。预留巷道的两帮，一帮为岩层，另一帮为挡风帆布9。挡风帆布的上端固定在顶板的桁支架，下端固定在巷道底板，从而形成回风通道。挡风帆布外侧设置挡矸帘8，防止采空区的矸石进入预留巷道。为了防止风进入采空区，采空区中每隔5～10米设置有注浆管7，注浆管分别设置在采空区的上、中、下三个空间位置，每根注浆管设置有多个出浆孔19。水泥浆注入采空后形成隔风帷幕，从而改变进入采空区的风向，使工作面后方的污风沿着预留巷道排出。
66.所述直角梯形巷道的上底边长度为a+b，a为急倾斜中厚煤层真厚度水平距离，b为预留巷道顶板宽度；直角梯形巷道的高度为c；直角梯形的下底长度为a+c/tanα+b，α为煤层倾角。
67.长锚索与水平面的夹角为α/2～2α/3，预留巷道在煤层底板，可免于采空区上覆岩层的冲击。
68.具体步骤：
69.步骤一：沿急倾斜中厚煤层倾斜方向将煤层划分为若干分段，每个分段仅布设一条巷道；
70.步骤二：沿急倾斜中厚煤层真厚度水平方向在煤、岩中进行巷道掘进，掘进巷道形状呈直角梯形；
71.步骤三：沿煤层顶板水平向煤层底板推进a米；然后，继续沿着水平线向煤层底板岩石中推进b米，形成直角梯形的上等边(a+b米)；然后，垂直向下推进c米；水平向顶板方向推进a+c/tanα+b米，直至巷道断面呈直角梯形；
72.步骤四：巷道成型后，上等边中的煤层部分和岩层部分分别铺设a、b米宽的金属网。煤层巷道中的金属网采用锚杆固定在煤层中，进行临时支护；岩层巷道中的金属网下方同时设置桁支架，桁支架两端分别由锚索固定，锚索另一端固定在岩层中，锚索与桁支架夹角为α/2～2α/3；
73.步骤五：直角梯形巷道从运输上山向回风上山方向持续掘进，直至直角梯形巷道贯通运输上山11和回风上山12；
74.步骤六：直角梯形巷道掘进完毕后，煤层巷道的上等边下部布置高位放顶煤液压支架，放煤前提前拆卸支架前方且铺设在煤层顶板的临时金属网。同时，超前在桁支架的一端悬挂挡矸帘，挡矸帘固定在巷道底板中，优选采用将挡矸帘通过锚固的方式固定在巷道底板中；
75.步骤七：按照工作面推进方向14进行推进，工作面推进后，每隔5～10米采用注浆管对采空区进行高位、中位、低位注浆，形成挡风帷幕15；
76.步骤八：挡风帷幕形成后，在挡矸帘内侧悬挂挡风帆布，挡风帆布固定在巷道底板；从而使岩层中的巷道保留下来，形成回风通道。
77.综上所述，本发明可以防止新鲜风流进入采空区，防止煤炭发生自燃。
78.本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。
79.需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。