基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺.pdf

本发明公开了一种基于超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，沿煤层走向由后向前分多个开采节段对所述急倾斜特厚煤层进行开采，对一个开采节段进行开采时，过程如下：一、巷道施工；二、顶煤超前预爆弱化，过程如下：201、需爆破煤层确定；202、炮孔钻取：采用钻机从进风巷钻取炮孔；203、装药及封孔；204、第一次爆破；205、第二次爆破；三、煤层开采；四、下一个开采节段开采；五、多次重复步骤四，直至完成所述急倾斜特厚煤层的全部开采过程。本发明工艺步骤简单、设计合理且开采效率高、工作面回采率高、使用效果好，能解决现有采煤工艺存在的工艺复杂、工作面回采率较低、安全隐患多、开采效率低等问题。

1.  一种基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，所开采的急倾斜特厚煤层为煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层，其特征在于：沿煤层走向由后向前分多个开采节段对所述急倾斜特厚煤层进行开采，多个所述开采节段的开采方法均相同且其沿煤层走向上的长度均为L，其中L＝30m～50m；对所述急倾斜特厚煤层的一个开采节段进行开采时，过程如下：
步骤一、巷道施工：在当前开采节段的下部左右两侧分别施工一个通风巷道，两个所述通风巷道分别为进风巷(3)和回风巷(4)；
步骤二、顶煤超前预爆弱化：对当前开采节段进行顶煤超前预爆弱化，过程如下：
步骤201、需爆破煤层确定：根据预先设计的当前开采节段回采过程中所留护顶煤层(5)的厚度和工作面回采高度，对当前开采节段的需爆破煤层(9)的顶底部高度分别进行确定；
当前开采节段的回采工作面上方的顶煤由下至上分为护顶煤层(5)、需爆破煤层(9)和工作面保护煤层(10)三个煤层，所述需爆破煤层(9)位于护顶煤层(5)与工作面保护煤层(10)之间；其中，当前开采节段的回采工作面为当前回采工作面(11)；
步骤202、炮孔钻取：先沿工作面推进方向在当前回采工作面(11)前方的需爆破煤层(9)上选取多个爆破面，多个所述爆破面由前至后布设且其均为与工作面推进方向呈垂直布设的平面，相邻两个所述爆破面之间的间距为3m～5m；多个所述爆破面包括多个第一爆破面和多个第二爆破面，所述第一爆破面与所述第二爆破面呈交错布设；之后，采用钻机从步骤一中施工完成的进风巷(3)，由后向前在每个所述第一爆破面上钻取多个第一炮孔(7)，并由后向前在每个所述第二爆破面上钻取多个第二炮孔(8)，多个所述第一炮孔(7)呈扇形布设且其沿逆时针方向由后向前进行布设，多个所述第二炮孔(8)呈扇形布设且其沿逆时针方向由后 向前进行布设；所述第一炮孔(7)和第二炮孔(8)均为从后向前逐渐向上倾斜的炮孔；
步骤203、装药及封孔：向步骤202中所有第一炮孔(7)和所有第二炮孔(8)的内侧上部均装填炸药，所述第一炮孔(7)和第二炮孔(8)内装填炸药的节段均为装药段；装药完成后，对各第一炮孔(7)和各第二炮孔(8)分别进行封孔；
所述第一炮孔(7)和第二炮孔(8)的装药段均位于需爆破煤层(9)内；
步骤204、第一次爆破：沿工作面推进方向，由后向前起爆多个所述第一爆破面上的第一炮孔(7)，对当前开采节段的需爆破煤层(9)进行第一次爆破；
步骤205、第二次爆破：沿工作面推进方向，由后向前起爆多个所述第二爆破面上的第二炮孔(8)，对当前开采节段的需爆破煤层(9)进行第二次爆破；
步骤三、煤层开采：按照放顶煤开采方法且沿煤层走向由前向后对当前开采节段进行回采，直至完成当前开采节段的开采过程；
步骤四、下一个开采节段开采：按照步骤一至步骤三中所述的方法，对下一个开采节段进行开采；
步骤五、多次重复步骤四，直至完成所述急倾斜特厚煤层的全部开采过程。

2.  按照权利要求1所述的基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征在于：步骤202中所述第一炮孔(7)和第二炮孔(8)的孔径均为Φ100mm～Φ120mm。

3.  按照权利要求1或2所述的基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征在于：步骤202中进行炮孔钻取时，采用ZDY-800型 钻机进行钻孔；步骤203中进行装药及封孔时，采用BCJ－5型装药机进行正向装药，采用BQF-100封孔器进行封孔。

4.  按照权利要求1或2所述的基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征在于：步骤201中进行需爆破煤层位置确定之前，先对当前开采节段的超前预爆区域进行确定；
对当前开采节段的超前预爆区域进行确定时，根据当前回采工作面(11)的采动影响范围对所述超前预爆区域的前后端位置进行确定；
所述超前预爆区域位于当前回采工作面(11)前方且其沿工作面推进方向上的长度L0＝L-l₀，所述超前预爆区域的前后端与当前回采工作面(11)的距离分别为L和l₀；其中，l₀为当前回采工作面(11)的采动影响范围沿工作面推进方向上的长度；
步骤202中多个所述爆破面均位于所述超前预爆区域内。

5.  按照权利要求4所述的基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征在于：步骤三中由前向后对当前开采节段进行开采时，所述进风巷(3)和回风巷(4)的内侧均留有一个护巷煤柱(6)，所述超前预爆区域位于两个所述护巷煤柱(6)之间；
对当前开采节段的超前预爆区域进行确定时，还需根据预先设计的进风巷(3)和回风巷(4)内侧所留护巷煤柱(6)的宽度，对所述超前预爆区域的两侧边界线进行确定；所述超前预爆区域的两侧边界线分别为边界线L1和边界线L2，其中边界线L1为靠近进风巷(3)一侧的边界线，边界线L2为靠近回风巷(4)一侧的边界线。

6.  按照权利要求4所述的基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征在于：对当前回采工作面(11)的采动影响范围进行确定时，先对当前回采工作面(11)前方煤体的支承压力进行监测，并根据监 测结果对采动影响范围进行确定；所述超前预爆区域为支承压力变化平稳且支承压力变化幅度小于0.5MPa的应力平衡区域，所述采动影响范围为支承压力变化剧烈且支承压力变化幅度不小于0.5MPa的区域；
对当前回采工作面(11)前方煤体的支承压力进行监测时，通过布设在当前回采工作面(11)前方煤体内的多个顶板压力监测器进行监测。

7.  按照权利要求4所述的基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征在于：所述的l₀＝8m～12m。

8.  按照权利要求5所述的基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征在于：步骤202中多个所述第一爆破面上钻取的第一炮孔(7)的数量和各第一炮孔(7)的布设位置与结构均相同，多个所述第二爆破面上钻取的第二炮孔(8)的数量和各第二炮孔(8)的布设位置与结构均相同，所述第一爆破面上钻取的第一炮孔(7)与所述第二爆破面上钻取的第二炮孔(8)呈交错布设；
每个所述第一爆破面上钻取第一炮孔(7)的数量均为四个，四个所述第一炮孔(7)沿逆时针方向由后向前分别为1#炮孔、3#炮孔、5#炮孔和7#炮孔，所述1#炮孔、3#炮孔、5#炮孔和7#炮孔与水平面之间的夹角分别为A1、A3、A5和A7；
每个所述第二爆破面上钻取第二炮孔(8)的数量均为四个，四个所述第二炮孔(8)沿逆时针方向由后向前分别为2#炮孔、4#炮孔、6#炮孔和8#炮孔，所述2#炮孔、4#炮孔、6#炮孔和8#炮孔与水平面之间的夹角分别为A2、A4、A6和A8；其中，A1＞A2＞A3＞A4＞A5＞A6＞A7＞A8。

9.  按照权利要求8所述的基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征在于：所述的1#炮孔、2#炮孔、3#炮孔、4#炮孔、5#炮孔和6#炮孔的顶端均与需爆破煤层(9)的顶部相平齐，所述1#炮孔、2#炮 孔、3#炮孔、4#炮孔、5#炮孔、6#炮孔和7#炮孔的装药段均位于所述超前预爆区域的两侧边界线之间，1#炮孔的装药段顶端位于2#炮孔的装药段底端前侧，2#炮孔的装药段顶端位于3#炮孔的装药段底端前侧，3#炮孔的装药段顶端位于4#炮孔的装药段底端前侧，4#炮孔的装药段顶端位于5#炮孔的装药段底端前侧，5#炮孔的装药段顶端位于6#炮孔的装药段底端前侧，6#炮孔的装药段顶端位于7#炮孔的装药段底端前侧；1#炮孔的装药段底端与边界线L1平齐，8#炮孔的装药段顶端与边界线L2相平齐，7#炮孔的装药段顶端位于需爆破煤层(9)的顶部下方且其位于回风巷(4)内侧所留的护巷煤柱(6)内。

10.  按照权利要求1或2所述的基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征在于：步骤202中多个所述第一爆破面上钻取的第一炮孔(7)的数量和各第一炮孔(7)的布设位置与结构均相同，多个所述第二爆破面上钻取的第二炮孔(8)的数量和各第二炮孔(8)的布设位置与结构均相同，所述第一爆破面上钻取的第一炮孔(7)与所述第二爆破面上钻取的第二炮孔(8)呈交错布设。

基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺
技术领域
本发明涉及一种采煤工艺，尤其是涉及一种基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺。
背景技术
放顶煤采煤法是在开采厚煤层时，沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个采高为2m～3m的采煤工作面，用综合机械化方式进行回采，利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，并由刮板运输机运出工作面。结合图1-1和图1-2，目前对急倾斜特厚煤层(煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层)进行开采时，所采用的采煤工艺如下：首先，采煤工作面1-1停止生产，并利用岩石电钻在所采用工作面支架1的上方打眼；之后，人工利用炮棍装填乳化炸药，并利用炮棍人工封孔；然后，起爆并进行爆破；最后，待炮烟散去后工作面恢复采煤、放煤，这样便完成一个采煤工作循环，采煤工作面1-1向前推进，此处采煤工作面1-1为采用采煤机1-2开采的机采工作面；然后，按照上述打眼、装药、封孔、爆破、采煤和放煤的工序完成下一个采煤工作循环。但采用现有采煤工艺进行放顶煤开采时，通常是在采煤工作面布设前后两排炮眼，每排炮眼均包括多个由左至右布设的炮眼，两排炮眼呈交错布设且二者分别为前排炮眼2-1和位于所述前排炮眼后侧的后排炮眼2-2，其中后排炮眼2-2位于工作面支架1上方，前排炮眼2-1位于工作面支架1的前侧上方；各炮眼内均采用乳化炸药，装药结构采用反向装药，六节大药为一组，配一节引药，每节引药装一发雷管，引药雷管线采用并联方式连接；封孔采用与药卷同规格黄土卷；实际进行起爆时，由左向右每3个炮眼串联起爆，起爆方式为 打孔装药后推进一刀后放炮。实际施工过程中，上述采煤工艺存在以下问题：第一、工作面回采率较低，安全隐患多，煤炭资源损失大；第二、生产工序错杂，无法保障生产的持续性和推进速度；第三、生产工序没有完全实现机械化，作业效率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其工艺步骤简单、设计合理且开采效率高、工作面回采率高、使用效果好，能解决现有采煤工艺存在的工艺复杂、工作面回采率较低、安全隐患多、开采效率低等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，所开采的急倾斜特厚煤层为煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层，其特征在于：沿煤层走向由后向前分多个开采节段对所述急倾斜特厚煤层进行开采，多个所述开采节段的开采方法均相同且其沿煤层走向上的长度均为L，其中L＝30m～50m；对所述急倾斜特厚煤层的一个开采节段进行开采时，过程如下：
步骤一、巷道施工：在当前开采节段的下部左右两侧分别施工一个通风巷道，两个所述通风巷道分别为进风巷和回风巷；
步骤二、顶煤超前预爆弱化：对当前开采节段进行顶煤超前预爆弱化，过程如下：
步骤201、需爆破煤层确定：根据预先设计的当前开采节段回采过程中所留护顶煤层的厚度和工作面回采高度，对当前开采节段的需爆破煤层的顶底部高度分别进行确定；
当前开采节段的回采工作面上方的顶煤由下至上分为护顶煤层、需爆破煤层和工作面保护煤层三个煤层，所述需爆破煤层位于护顶煤层与工作面保护煤层之间；其中，当前开采节段的回采工作面为当前回采工作面；
步骤202、炮孔钻取：先沿工作面推进方向在当前回采工作面前方的需爆破煤层上选取多个爆破面，多个所述爆破面由前至后布设且其均为与工作面推进方向呈垂直布设的平面，相邻两个所述爆破面之间的间距为3m～5m；多个所述爆破面包括多个第一爆破面和多个第二爆破面，所述第一爆破面与所述第二爆破面呈交错布设；之后，采用钻机从步骤一中施工完成的进风巷，由后向前在每个所述第一爆破面上钻取多个第一炮孔，并由后向前在每个所述第二爆破面上钻取多个第二炮孔，多个所述第一炮孔呈扇形布设且其沿逆时针方向由后向前进行布设，多个所述第二炮孔呈扇形布设且其沿逆时针方向由后向前进行布设；所述第一炮孔和第二炮孔均为从后向前逐渐向上倾斜的炮孔；因而，所述第一炮孔7和第二炮孔8均为从进风巷3由后向前钻入需爆破煤层9的炮孔；
步骤203、装药及封孔：向步骤202中所有第一炮孔和所有第二炮孔的内侧上部均装填炸药，所述第一炮孔和第二炮孔内装填炸药的节段均为装药段；装药完成后，对各第一炮孔和各第二炮孔分别进行封孔；
所述第一炮孔和第二炮孔的装药段均位于需爆破煤层内；
步骤204、第一次爆破：沿工作面推进方向，由后向前起爆多个所述第一爆破面上的第一炮孔，对当前开采节段的需爆破煤层进行第一次爆破；
步骤205、第二次爆破：沿工作面推进方向，由后向前起爆多个所述第二爆破面上的第二炮孔，对当前开采节段的需爆破煤层进行第二次爆破；
步骤三、煤层开采：按照放顶煤开采方法且沿煤层走向由前向后对当前开采节段进行回采，直至完成当前开采节段的开采过程；
步骤四、下一个开采节段开采：按照步骤一至步骤三中所述的方法，对下一个开采节段进行开采；
步骤五、多次重复步骤四，直至完成所述急倾斜特厚煤层的全部开采过程。
上述基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征是：步骤202中所述第一炮孔和第二炮孔的孔径均为Φ100mm～Φ120mm。
上述基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征是：步骤202中进行炮孔钻取时，采用ZDY-800型钻机进行钻孔；步骤203中进行装药及封孔时，采用BCJ－5型装药机进行正向装药，采用BQF-100封孔器进行封孔。
上述基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征是：步骤201中进行需爆破煤层位置确定之前，先对当前开采节段的超前预爆区域进行确定；
对当前开采节段的超前预爆区域进行确定时，根据当前回采工作面的采动影响范围对所述超前预爆区域的前后端位置进行确定；
所述超前预爆区域位于当前回采工作面前方且其沿工作面推进方向上的长度L0＝L-l₀，所述超前预爆区域的前后端与当前回采工作面的距离分别为L和l₀；其中，l₀为当前回采工作面的采动影响范围沿工作面推进方向上的长度；
步骤202中多个所述爆破面均位于所述超前预爆区域内。
上述基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征是：步骤三中由前向后对当前开采节段进行开采时，所述进风巷和回风巷的内侧均留有一个护巷煤柱，所述超前预爆区域位于两个所述护巷煤柱之间；
对当前开采节段的超前预爆区域进行确定时，还需根据预先设计的进风巷和回风巷内侧所留护巷煤柱的宽度，对所述超前预爆区域的两侧边界线进行确定；所述超前预爆区域的两侧边界线分别为边界线L1和边界线L2，其中边界线L1为靠近进风巷一侧的边界线，边界线L2为靠近回风巷一侧的边界线。
上述基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征是：对当前回采工作面的采动影响范围进行确定时，先对当前回采工作面前方煤体的支承压力进行监测，并根据监测结果对采动影响范围进行确定；所 述超前预爆区域为支承压力变化平稳且支承压力变化幅度小于0.5MPa的应力平衡区域，所述采动影响范围为支承压力变化剧烈且支承压力变化幅度不小于0.5MPa的区域；
对当前回采工作面前方煤体的支承压力进行监测时，通过布设在当前回采工作面前方煤体内的多个顶板压力监测器进行监测。
上述基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征是：所述的l₀＝8m～12m。
上述基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征是：步骤202中多个所述第一爆破面上钻取的第一炮孔的数量和各第一炮孔的布设位置与结构均相同，多个所述第二爆破面上钻取的第二炮孔的数量和各第二炮孔的布设位置与结构均相同，所述第一爆破面上钻取的第一炮孔与所述第二爆破面上钻取的第二炮孔呈交错布设；
每个所述第一爆破面上钻取第一炮孔的数量均为四个，四个所述第一炮孔沿逆时针方向由后向前分别为1#炮孔、3#炮孔、5#炮孔和7#炮孔，所述1#炮孔、3#炮孔、5#炮孔和7#炮孔与水平面之间的夹角分别为A1、A3、A5和A7；
每个所述第二爆破面上钻取第二炮孔的数量均为四个，四个所述第二炮孔沿逆时针方向由后向前分别为2#炮孔、4#炮孔、6#炮孔和8#炮孔，所述2#炮孔、4#炮孔、6#炮孔和8#炮孔与水平面之间的夹角分别为A2、A4、A6和A8；其中，A1＞A2＞A3＞A4＞A5＞A6＞A7＞A8。
上述基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征是：所述的1#炮孔、2#炮孔、3#炮孔、4#炮孔、5#炮孔和6#炮孔的顶端均与需爆破煤层的顶部相平齐，所述1#炮孔、2#炮孔、3#炮孔、4#炮孔、5#炮孔、6#炮孔和7#炮孔的装药段均位于所述超前预爆区域的两侧边界线之间，1#炮孔的装药段顶端位于2#炮孔的装药段底端前侧，2#炮孔的装药段顶端位于3#炮孔的装药段底端前侧，3#炮孔的装药段顶端位于4#炮孔的装药段底端前侧，4#炮孔的装药段顶端位于5#炮孔的装药段底端前侧，5# 炮孔的装药段顶端位于6#炮孔的装药段底端前侧，6#炮孔的装药段顶端位于7#炮孔的装药段底端前侧；1#炮孔的装药段底端与边界线L1平齐，8#炮孔的装药段顶端与边界线L2相平齐，7#炮孔的装药段顶端位于需爆破煤层的顶部下方且其位于回风巷内侧所留的护巷煤柱内。
上述基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，其特征是：步骤202中多个所述第一爆破面上钻取的第一炮孔的数量和各第一炮孔的布设位置与结构均相同，多个所述第二爆破面上钻取的第二炮孔的数量和各第二炮孔的布设位置与结构均相同，所述第一爆破面上钻取的第一炮孔与所述第二爆破面上钻取的第二炮孔呈交错布设。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、工艺步骤简单、设计合理且实现方便，投入成本较低。
2、开采效率高，能有效缩短施工工期。
3、所采用超前预爆网的结构设计合理、钻孔方便且使用效果好，将超前预爆区域划分为多个爆破面，多个爆破面由前至后布设且其均为与工作面推进方向呈垂直布设的平面，并将多个爆破面划分为第一爆破面和第二爆破面两种类型，第一爆破面与第二爆破面呈交错布设；每个第一爆破面上钻取多个第一炮孔，每个第二爆破面上钻取多个第二炮孔，第一钻孔和第二钻孔均采用采用钻机从施工完成的进风巷向内钻取而成，多个第一炮孔呈扇形布设且其沿逆时针方向由后向前进行布设，多个第二炮孔呈扇形布设且其沿逆时针方向由后向前进行布设，且第一炮孔和第二炮孔均为从后向前逐渐向上倾斜的炮孔。这样，不仅钻孔施工方便，并且分两次先后进行爆破，在保证顶煤预裂效果的同时，能有效减少炮孔数量，节约时间和人力物力成本，并能大幅加快开采效率。同时，由于炮孔数量减少，相邻两个一次炮孔之间以及相邻两个二次炮孔之间的间距相应增大，能有效减小钻孔炮孔对进风巷的损坏。
4、所采用的顶煤超前预爆弱化方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，各工序设计合理，并且顶煤超前预爆弱化的全部工序均在进 风巷中实施，不仅施工方便，而且施工设备移位简便、省工省时，施工进度快。并且，顶煤超前预爆弱化过程中所采用的施工设备少且操作简便，能全面实现机械化连续操作。
5、顶煤超前预爆弱化之前，先对超前预爆区域的位置进行确定，具体是在高度方向上(即与工作面推进方向垂直的方向)、工作面推进方向上和工作面长度方向上分别对超前预爆区域的边界线进行确定，其中超前预爆区域高度方向上的边界线与需爆破煤层的顶底部高度一致。并且，对超前预爆区域的位置进行确定时，所采用的方法合理且实现方便，使用效果好。
6、开采过程安全可靠，存在的安全隐患少，符合国家安全生产规范—2006年国家安全生产监督管理总局和国家煤矿安全监察局公布施行修改的《煤矿安全规程》第68条的规定。
7、整体开采工艺简单且设计合理，沿工作面推进方向由后向前多个开采节段对急倾斜特厚煤层进行开采，每个开采节段均包括巷道施工、顶煤超前预爆弱化和煤层开采三个工序，因而对现有急倾斜特厚煤层采煤工艺进行整体优化，并对现有的急倾斜特厚煤层采煤工艺进行实质性调整，提高了工作面生产的持续性，加快了工作面推进速度，并且实现了各个工序的全面机械化操作及不间断实施，能有效解决现有采煤工艺存在的工作面回采率较低、安全隐患多、煤炭资源损失大、生产工序错杂、无法保障生产的持续性和推进速度等问题。同时，工作面回采率高，并能有效降低工作面粉尘浓度，保障作业人员的身体健康，并且提高了生产产量，大幅降低了生产成本。
8、使用效果好且实用价值高、推广应用前景广泛，主要体现在以下几个方面：第一、爆破成本明显降低：由于炮孔数量少且各炮孔位置及装药量设计合理，爆破材料消耗大幅减少，吨煤成本消耗从最高的4.469元下降到1.731元。爆破材料消耗较采用架前爆破减少了13.4％；第二、施工效率大幅度提升，实现了全面机械化操作；第三、生产时间和推进进度 得到提高：由于整体开采工艺得到优化，生产工序互不干扰，生产时间均衡性和连续性有所改善，日推进度由2.4米上升到3.0米，推进度提高25％。生产时间明显提升，提高20％以上；第四、工人劳动强度也得到了明显降低。因而，本发明具有材料消耗少、工艺设计合理、推进度与生产持续性显著提高，综合成本、采出率等主要经济技术指标均明显改善，经济与社会效益显著，具有重大的推广应用价值。
综上所述，本发明工艺步骤简单、设计合理且开采效率高、工作面回采率高、使用效果好，能解决现有采煤工艺存在的工艺复杂、工作面回采率较低、安全隐患多、开采效率低等问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1-1为现有放顶煤开采工艺采用的炮眼布设位置示意图。
图1-2为图1-1的A-A剖视图。
图2为本发明的工艺流程框图。
图3为本发明钻取第一炮孔和第二炮孔在垂直工作面推进方向上的布设位置示意图。
图4为本发明钻取第一炮孔和第二炮孔的装药段在工作面推进方向上的平面位置示意图。
图5为本发明采用顶板压力监测器监测出的当前回采工作面前方煤体的支承压力变化图。
附图标记说明:
1—工作面支架；       1-1—采煤工作面；       1-2—采煤机；
2-1—前排炮眼；       2-2—后排炮眼；         3—进风巷；
4—回风巷；           5—护顶煤层；           6—护巷煤柱；
7—第一炮孔；         8—第二炮孔；           9—需爆破煤层；
10—工作面保护煤层；  11—当前回采工作面；    12-1—装药孔段；
12-2—封孔孔段。
具体实施方式
如图2所示的一种基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺，所开采的急倾斜特厚煤层为煤层倾角45°以上且煤层厚度8m以上的煤层；对所述急倾斜特厚煤层进行开采时，沿煤层走向由后向前分多个开采节段对所述急倾斜特厚煤层进行开采，多个所述开采节段的开采方法均相同且其沿煤层走向上的长度均为L，其中L＝30m～50m；对所述急倾斜特厚煤层的一个开采节段进行开采时，过程如下：
步骤一、巷道施工：在当前开采节段的下部左右两侧分别施工一个通风巷道，两个所述通风巷道分别为进风巷3和回风巷4。
步骤二、顶煤超前预爆弱化：对当前开采节段进行顶煤超前预爆弱化，过程如下：
步骤201、需爆破煤层确定：根据预先设计的当前开采节段回采过程中所留护顶煤层5的厚度和工作面回采高度，对当前开采节段的需爆破煤层9的顶底部高度分别进行确定；
当前开采节段的回采工作面上方的顶煤由下至上分为护顶煤层5、需爆破煤层9和工作面保护煤层10三个煤层，所述需爆破煤层9位于护顶煤层5与工作面保护煤层10之间；其中，当前开采节段的回采工作面为当前回采工作面11，并且当前回采工作面11上支设有工作面支架1。当前开采节段的回采工作面上方的顶煤，是指当前开采节段中位于当前回采工作面11与顶板之间的煤层且其为当前开采节段中位于当前回采工作面11上方的煤层。
本实施例中，步骤201中待需爆破煤层9的顶底部高度确定后，便能得出需爆破煤层9的顶部边界线L3和底部边界线L4。其中，顶部边界线L3也称为护顶煤线，底部边界线L4也称为工作面保护煤线，顶部边界线L3和底部边界线L4均为水平线。
本实施例中，所述工作面保护煤层10的厚度为3m～5m，所述护顶煤层5的厚度为3m～5m。
因而，所述需爆破煤层9的底部距当前回采工作面11顶部之间的间距为3m～4m。
步骤202、炮孔钻取：先沿工作面推进方向在当前回采工作面11前方的需爆破煤层9上选取多个爆破面，多个所述爆破面由前至后布设且其均为与工作面推进方向呈垂直布设的平面，相邻两个所述爆破面之间的间距为3m～5m；多个所述爆破面包括多个第一爆破面和多个第二爆破面，所述第一爆破面与所述第二爆破面呈交错布设；之后，采用钻机从步骤一中施工完成的进风巷3，由后向前在每个所述第一爆破面上钻取多个第一炮孔7，并由后向前在每个所述第二爆破面上钻取多个第二炮孔8，多个所述第一炮孔7呈扇形布设且其沿逆时针方向由后向前进行布设，多个所述第二炮孔8呈扇形布设且其沿逆时针方向由后向前进行布设；所述第一炮孔7和第二炮孔8均为从后向前逐渐向上倾斜的炮孔，详见图3和图4。图3和图4中，黑色加粗段为装药段。
本实施例中，相邻两个所述爆破面之间的间距为4m，相应地，相邻两个所述第一爆破面之间以及相邻两个所述第二爆破面之间的间距均为8m。
实际施工时，可根据具体需要，对相邻两个所述爆破面之间的间距进行相应调整。
步骤203、装药及封孔：向步骤202中所有第一炮孔7和所有第二炮孔8的内侧上部均装填炸药，所述第一炮孔7和第二炮孔8内装填炸药的节段均为装药段；装药完成后，对各第一炮孔7和各第二炮孔8分别进行封孔；
所述第一炮孔7和第二炮孔8的装药段均位于需爆破煤层9内。也就是说，所有第一炮孔7和所有第二炮孔8的装药段顶端高度均不高于需爆破煤层9的顶部高度且其底端高度均高于需爆破煤层9的底部高度。
本实施例中，对第一炮孔7或第二炮孔8装药完成后，均进行安放雷 管、导线等工序，再进行封孔。并且，每个炮孔内装4发雷管。
实际进行封孔时，封孔材料为黄泥，所述第一炮孔7和第二炮孔8中除装药段之外的孔段全封。也就是说，所述第一炮孔7和第二炮孔8均分成一个装药孔段12-1和一个封孔孔段12-2。
步骤204、第一次爆破：沿工作面推进方向，由后向前起爆多个所述第一爆破面上的第一炮孔7，对当前开采节段的需爆破煤层9进行第一次爆破。
步骤205、第二次爆破：沿工作面推进方向，由后向前起爆多个所述第二爆破面上的第二炮孔8，对当前开采节段的需爆破煤层9进行第二次爆破。
步骤三、煤层开采：按照放顶煤开采方法且沿煤层走向由前向后对当前开采节段进行回采，直至完成当前开采节段的开采过程。实际进行煤层开采时，从当前回采工作面11开始进行回采。
步骤四、下一个开采节段开采：按照步骤一至步骤三中所述的方法，对下一个开采节段进行开采。
步骤五、多次重复步骤四，直至完成所述急倾斜特厚煤层的全部开采过程。
本实施例中，由于对当前开采节段进行开采时，采用的是回采工作面。众所周知，矿的开采为了安全一般是从前向后采，先打通巷道进入计划开采面积的远处，正式开采时的工作面称回采工作面。因而，回采时，煤层走向与回采工作面的工作面推进方向相反。
实际进行开采之前，按照多个开采节段的布设位置，沿煤层走向由后向前对多个所述开采节段进行开采。而对各开采节段进行开采时，从该开采节段的回采工作面开始且沿煤层走向由前向后开采；就工作面推进方向而言，从回采工作面开始由后向前对该开采节段进行开采。
因而，步骤202中选取的多个所述爆破面位于沿工作面推进方向位于当前回采工作面11前方的需爆破煤层9上；就煤层走向而言，选取的多 个所述爆破面位于当前回采工作面11的后侧。
本实施例中，步骤202中所述第一炮孔7和第二炮孔8的孔径均为Φ100mm～Φ120mm。
步骤203中所述第一炮孔7和第二炮孔8内装填的炸药均为乳胶基质。
实际施工时，可根据具体需要，对第一炮孔7和第二炮孔8的孔径进行相应调整。并且，所述第一炮孔7和第二炮孔8内装填的炸药也可以是其它类型的矿用炸药。
本实施例中，步骤202中进行炮孔钻取时，采用ZDY-800型钻机进行钻孔；步骤203中进行装药及封孔时，采用BCJ－5型装药机进行正向装药，采用BQF-100封孔器进行封孔。
采用ZDY-800型钻机进行钻孔时，每个炮孔的平均钻孔时间约为1.13分，与现有通用钻机相比，钻孔时间减少了50％，大大提高了打钻速度；同时，钻孔过程中的卸杆时间(即钻杆的拆卸时间)也有所减少，与现有通用钻机相比，卸杆时间减少了14％左右。另外，现有通用钻机钻出的孔偏差较大，遇夹矸时钻杆易出现歪斜；而ZDY-800型钻机的钻杆无变形，定位准确，成孔直，精确度高，改善了钻孔施工效果，尤其适用于煤矿超前钻孔施工。
现如今，对炮孔进行装药时主要是人工利用炮棍进行填装，使用BCJ－5型装药机进行装药后的装药时间大幅减少，装药时间仅是人工装药时间的8.86％。对比发现，相对于人工装药，使用装药机装药速度快、安全、快捷，乳胶基质的爆破效果也优于乳化炸药。
实际施工时，也可以采用其它型号的钻机、装药机和封孔器。
本实施例中，步骤201中进行需爆破煤层位置确定之前，先对当前开采节段的超前预爆区域进行确定。
对当前开采节段的超前预爆区域进行确定时，根据当前回采工作面11的采动影响范围对所述超前预爆区域的前后端位置进行确定。
所述超前预爆区域位于当前回采工作面11前方且其沿工作面推进方 向上的长度L0＝L-l₀，所述超前预爆区域的前后端与当前回采工作面11的距离分别为L和l₀；其中，l₀为当前回采工作面11的采动影响范围沿工作面推进方向上的长度。此处，所述超前预爆区域位于当前回采工作面11前方，是指沿工作面推进方向所述超前预爆区域位于当前回采工作面11的前方。
步骤202中多个所述爆破面均位于所述超前预爆区域内。
本实施例中，对当前回采工作面11的采动影响范围进行确定时，先对当前回采工作面11前方煤体的支承压力进行监测，并根据监测结果对采动影响范围进行确定；所述超前预爆区域为支承压力变化平稳且支承压力变化幅度小于0.5MPa的应力平衡区域，所述采动影响范围为支承压力变化剧烈且支承压力变化幅度不小于0.5MPa的区域。
对当前回采工作面11前方煤体的支承压力进行监测时，通过布设在当前回采工作面11前方煤体内的多个顶板压力监测器进行监测。此处，当前回采工作面11前方煤体，是指工作面推进方向位于当前回采工作面11前方的煤体。
并且，为布设方便，所述顶板压力监测器布设在通风巷道上方的煤体上。
按照《煤矿安全规程》第68条规定，爆破位置应避开采动影响区。为此，首先在当前回采工作面11进行矿压监测，掌握超前支承压力的变化规律，分析确定工作面采动影响范围，进而确定超前预爆区域的具体位置。
如图5所示，所述顶板压力监测器的监测结果反映了当前回采工作面的通风巷道上煤体支承压力的动态演化规律。由图5明显看出，从当前回采工作面的煤壁开始，在0～10.0m范围内，煤体支承压力变化剧烈，峰值达到2.0MPa左右；在10m～50m范围内，煤体支承压力在0.2MPa～0.5MPa范围内，基本保持平稳，从而确定当前回采工作面11的采动影响范围长度为10m，按照《煤矿安全规程》规定，即超前预爆区域至少在当前回采 工作面11的煤壁10m后的位置。
本实施例中，步骤三中由前向后对当前开采节段进行开采时，所述进风巷3和回风巷4的内侧均留有一个护巷煤柱6，所述超前预爆区域位于两个所述护巷煤柱6之间；
对当前开采节段的超前预爆区域进行确定时，还需根据预先设计的进风巷3和回风巷4内侧所留护巷煤柱6的宽度，对所述超前预爆区域的两侧边界线进行确定；所述超前预爆区域的两侧边界线分别为边界线L1和边界线L2，其中边界线L1为靠近进风巷3一侧的边界线，边界线L2为靠近回风巷4一侧的边界线。
本实施例中，所述护巷煤柱6的宽度为3m～6m。其中，边界线L1为进风巷3内侧所留护巷煤柱6的内边界线，边界线L2为回风巷4内侧所留护巷煤柱6的内边界线。
实际施工时，可根据将l₀设定为8m～12m。施工过程中，可具体需要，对l₀的取值大小进行相应调整。
其中，L0和l₀的单位均为m。所述采动影响范围为当前回采工作面11前方且长度为l₀的范围。
本实施例中，步骤202中多个所述第一爆破面上钻取的第一炮孔7的数量和各第一炮孔7的布设位置与结构均相同，多个所述第二爆破面上钻取的第二炮孔8的数量和各第二炮孔8的布设位置与结构均相同，所述第一爆破面上钻取的第一炮孔7与所述第二爆破面上钻取的第二炮孔8呈交错布设。
每个所述第一爆破面上钻取第一炮孔7的数量均为四个，四个所述第一炮孔7沿逆时针方向由后向前分别为1#炮孔、3#炮孔、5#炮孔和7#炮孔，所述1#炮孔、3#炮孔、5#炮孔和7#炮孔与水平面之间的夹角分别为A1、A3、A5和A7。
每个所述第二爆破面上钻取第二炮孔8的数量均为四个，四个所述第二炮孔8沿逆时针方向由后向前分别为2#炮孔、4#炮孔、6#炮孔和8#炮 孔，所述2#炮孔、4#炮孔、6#炮孔和8#炮孔与水平面之间的夹角分别为A2、A4、A6和A8；其中，A1＞A2＞A3＞A4＞A5＞A6＞A7＞A8。
实际施工时，可根据具体需要，对每个所述第一爆破面上钻取第一炮孔7的数量和各第一炮孔7的布设位置以及每个所述第二爆破面上钻取第二炮孔8的数量和各第二炮孔8的布设位置进行相应调整。
本实施例中，所述的1#炮孔、2#炮孔、3#炮孔、4#炮孔、5#炮孔、6#炮孔、7#炮孔和8#炮孔的中心线均相交于同一点O，点O位于进风巷3的中部。
本实施例中，将当前回采工作面11前方的爆破面分为第一爆破面和第二爆破面两种，并且将第一炮孔7和第二炮孔8呈交错布设，这样分两次先后进行爆破，在保证顶煤预裂效果、对需爆破煤层9进行有效爆破的同时，能有效减少炮孔数量，节约时间和人力物力成本，并能大幅加快开采效率；同时，由于炮孔数量减少，相邻两个一次炮孔7之间以及相邻两个二次炮孔8之间的间距相应增大，能有效减小钻孔炮孔对进风巷3的损坏。
本实施例中，所述的1#炮孔、2#炮孔、3#炮孔、4#炮孔、5#炮孔和6#炮孔的顶端均与需爆破煤层9的顶部相平齐，所述1#炮孔、2#炮孔、3#炮孔、4#炮孔、5#炮孔、6#炮孔和7#炮孔的装药段均位于所述超前预爆区域的两侧边界线之间，1#炮孔的装药段顶端位于2#炮孔的装药段底端前侧，2#炮孔的装药段顶端位于3#炮孔的装药段底端前侧，3#炮孔的装药段顶端位于4#炮孔的装药段底端前侧，4#炮孔的装药段顶端位于5#炮孔的装药段底端前侧，5#炮孔的装药段顶端位于6#炮孔的装药段底端前侧，6#炮孔的装药段顶端位于7#炮孔的装药段底端前侧；1#炮孔的装药段底端与边界线L1平齐，8#炮孔的装药段顶端与边界线L2相平齐，7#炮孔的装药段顶端位于需爆破煤层9的顶部下方且其位于回风巷4内侧所留的护巷煤柱6内。
综上，步骤二中顶煤超前预爆弱化的全部工序均在进风巷3中实施， 不仅施工方便，而且施工设备移位简便、省工省时，施工进度快。并且，顶煤超前预爆弱化过程中所采用的施工设备少且操作简便，能全面实现机械化连续操作。
本实施例中，所述第一爆破面与所述第二爆破面的数量相同，相邻两个所述爆破面划分为一组，且每组所述爆破面中均包括一个所述第一爆破面和与该第一爆破面相邻的一个第二爆破面，每组所述爆破面中的所有第一炮孔7和所有第二炮孔8形成一个炮孔组，该炮孔组贯穿整个需爆破煤层9，实现单个炮孔组超前预爆破。
本实施例中，4个所述第一炮孔7和4个所述第二炮孔8的布置参数详见表1：
表1              炮孔布置参数表

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。