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1、10申请公布号CN104088638A43申请公布日20141008CN104088638A21申请号201410289650222申请日20140625E21C41/16200601E21D23/12200601E21D23/06200601F42D3/04200601E21D11/1020060171申请人西安科技大学地址710054陕西省西安市碑林区雁塔中路58号72发明人伍永平李方立解盘石黄国春贠东风陈建杰王红伟尤国俊74专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所普通合伙11350代理人汤东凤54发明名称大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术57摘要本发明公开了一种大倾角煤层长壁。
2、大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术，煤层开采现场采取支架工作阻力控制技术和煤壁超前预加固技术保证工作面煤壁稳定性；采取顶板耦合爆破放顶技术解决坚硬顶板条件下工作面开采；采取小仰伪斜角度工作面布置方法保证伪斜角处于控制范围内，采取全时动态工作面矿压监测技术掌握工作面顶板来压规律，保证准确地对不同阶段煤壁片帮可能性进行预报。本发明的有益之处在于有效改善了大倾角煤矿的片帮和冒顶发生次数。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图4页10申请公布号CN104088638ACN104088638A1/2页21大倾角煤层长壁大。
3、采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术，其特征在于煤层开采现场采取支架工作阻力控制技术和煤壁超前预加固技术保证工作面煤壁稳定性；采取顶板耦合爆破放顶技术解决坚硬顶板条件下工作面开采；采取小仰伪斜角度工作面布置方法保证伪斜角处于控制范围内；采取全时动态工作面矿压监测技术掌握工作面顶板来压规律，保证准确地对不同阶段煤壁片帮可能性进行预报。2按照权利要求1所述大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术，其特征在于所述支架工作阻力控制技术为提高支架的实际初撑力和工作阻力，提高泵站的供液压力，采用初撑力保持阀提高初撑力，使初撑力达到支架工作阻力的80，即5200KN；及时带压移架，使支架顶梁顶住煤壁；在。
4、机组割煤移架后，立即打开护帮板护帮，在机组割煤前，提前于采煤机12架再将护帮板收起，使工作面煤壁始终在扩帮板支撑下；改造支架柔性顶梁结构，将柔性顶梁与固定顶梁刚性固定在一起，减小顶梁对煤壁的控制距离，防止柔性顶梁低头现象发生；利用推溜杆侧调作用，保证支架对溜子下滑的控制，以减小俯伪斜角度。3按照权利要求1所述大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术，其特征在于所述顶板耦合爆破放顶技术包括巷道走向切顶和工作面倾向切顶方案1两巷走向切顶方案回采巷道切顶孔布置在回风巷和运输巷距煤壁50100M范围内布置超前单排孔切顶，其中，回风巷垂直于顶板布置，运输巷炮孔采用与竖直方向夹角20布置，钻孔间距。
5、300MM，钻孔直径38MM，钻孔长度1015M，爆破孔装药采用间隔装药；2工作面倾向切顶方案在工作面前方每隔100M的位置，分别在回风巷和运输巷向顶板掘进水平巷道，并在水平巷道向工作面方向顶板布置一排平行顶板的切断孔，孔深45M，孔间距300MM，钻孔直径45MM，采用间隔装药。4按照权利要求1所述大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术，其特征在于所述煤壁超前预加固技术包括采面走向孔加固方案和采面倾向钻孔加固方案1采面走向孔加固方案用电煤钻在采煤面煤壁布孔双排错位注浆孔，孔深810M，孔径42MM，孔间距35M，注浆压力24MPA；走向孔加固工艺停产及安全防护，煤壁打孔，注浆孔全长。
6、PVC插管，封孔，带压注浆8小时保压凝固，安检及复产，每走向推进6M进行1次加固；2采面倾向钻孔加固方案在采煤面的机、风巷用钻机沿煤层倾向布置单排注浆孔和利用的现有瓦斯抽采钻孔，超前煤壁38M采用单孔注浆带压加固方式，要求上、下钻孔均距煤层顶板215M、孔间距40M，孔的长度覆盖工作煤壁易垮落的片帮区，孔口封孔长度大于8M，钻孔孔径75MM，钻孔下PVC管的深度为仰孔不小于孔深50、俯孔不小于孔深80，封孔压力40MPA；倾向钻孔加固工艺安全防护，煤层倾向打孔或利用已有的瓦斯抽放孔，注浆孔PVC插管，封孔，带压注浆8小时保压凝固，工作面倾向单孔加固最小安全煤柱3M。5按照权利要求1所述大倾角煤。
7、层长壁大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术，其特征在于所述小仰伪斜角度工作面布置方法为降低工作面仰伪斜角度，并严格控制工作面伪斜角度小于3。6按照权利要求1所述大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术，其特征在于所述全时动态工作面矿压监测技术为布置智能矿压监测仪，对工作面矿压进行权利要求书CN104088638A2/2页3了全方位连续动态监测，对工作面周期来压进行实时跟踪观测统计，包括来压步距、来压强度、持续周期等参数，掌握来压规律，保证准确地对不同阶段煤壁片帮可能性进行预报。权利要求书CN104088638A1/5页4大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术技术领域0001本发。
8、明属于煤层开采技术领域，涉及大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术。背景技术0002大倾角煤层是指埋藏倾角为3555的煤层，在我国各大矿区均有赋存。研究与实践表明，大倾角煤层实现机械化开采以来，煤层厚度达到35M以上的大倾角煤层均采用长壁综放开采，开采效率低、工艺复杂等问题一直未能得到完善地解决。新疆焦煤集团下属矿区大部赋存有大倾角煤层，自建矿以来，一直从事大倾角煤层机械化开采实践与攻关，现2130矿井工作面5煤层为主焦煤，是我国稀缺煤种，煤层厚度358977M，平均厚度577M，属特厚煤层，现在若采用原走向长壁综放开采，势必导致顶煤回收率低、该类稀缺资源浪费严重等问题。众所周知，一。
9、般倾角条件下，煤壁片帮是大采高工作面开采的技术难题，片帮增加了冒顶的概率，严重威胁安全和影响生产。而大倾角大采高开采条件更为复杂，煤壁片帮影响因素众多，安全开采难度更大，结合现场试验工作面实际，研究多因素条件下大倾角煤层大采高工作面煤壁片帮机理，优化开采技术参数，可为防止工作面煤壁片帮防治提供理论与技术支持，进而实现大倾角大采高工作面安全生产。0003大倾角煤层长壁大采高开采过程中，工作面煤壁片帮具有如下特点1频次高片帮现象频繁，几乎每班开采均有不同程度的片帮发生。2范围大片帮范围大，一般可影响到工作面长度的1/3。3分区域片帮主要发生在工作面长度方向的中部区域，上部次之，最后为下部区域。一般。
10、煤壁上部煤体首先发生片帮，易形成台阶状煤壁。同时，除具有与一般倾角煤层片帮相同的特征，大倾角煤层大采高工作面还具有如下新特征00041蔓延性片帮具有从工作面下方向工作面上方扩展的特征，即小范围发生片帮后，会继续向倾斜上方煤体扩散。00052滑冒特征即当小范围煤壁煤体冒落后，其冒落空间倾斜上方的煤体具有煤壁外侧和下方冒落空间两个自由面，即有两个方向处于无约束状态，此时，在该范围煤体在顶板压力、重力沿倾斜向下的分力作用下发生小范围滑移、片冒，随后逐渐扩展，形成从该范围向上部逐渐延伸的滑冒现象。发明内容0006本发明提供大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术，解决了大倾角煤层开采过程中的片。
11、帮和冒顶的问题。0007本发明采用的技术方案是煤层开采现场采取支架工作阻力控制技术和煤壁超前预加固技术保证工作面煤壁稳定性；采取顶板耦合爆破放顶技术解决坚硬顶板条件下工作面开采；采取小仰伪斜角度工作面布置方法保证伪斜角处于控制范围内，采取全时动态工作面矿压监测技术掌握工作面顶板来压规律，保证准确地对不同阶段煤壁片帮可能性进行预报。说明书CN104088638A2/5页50008本发明的技术特点还在于支架工作阻力控制技术为提高支架的实际初撑力和工作阻力，提高泵站的供液压力，采用初撑力保持阀提高初撑力，使初撑力达到支架工作阻力的80，即5200KN；及时带压移架，使支架顶梁顶住煤壁；在机组割煤移架。
12、后，立即打开护帮板护帮，在机组割煤前，提前于采煤机12架再将护帮板收起，使工作面煤壁始终在扩帮板支撑下；改造支架柔性顶梁结构，将柔性顶梁与固定顶梁刚性固定在一起，减小顶梁对煤壁的控制距离，防止柔性顶梁低头现象发生；利用推溜杆侧调作用，保证支架对溜子下滑的控制，以减小俯伪斜角度。顶板耦合爆破放顶技术包括巷道走向切顶和工作面倾向切顶方案00091两巷走向切顶方案0010回采巷道切顶孔布置在回风巷和运输巷距煤壁50100M范围内布置超前单排孔切顶，其中，回风巷垂直于顶板布置，运输巷炮孔采用与竖直方向夹角20布置，钻孔间距300MM，钻孔直径38MM，钻孔长度1015M，爆破孔装药采用间隔装药；001。
13、12工作面倾向切顶方案0012在工作面前方每隔100M的位置，分别在回风巷和运输巷向顶板掘进水平巷道，并在水平巷道向工作面方向顶板布置一排平行顶板的切断孔，孔深45M，孔间距300MM，钻孔直径45MM，采用间隔装药。煤壁超前预加固技术包括采面走向孔加固方案和采面倾向钻孔加固方案00131采面走向孔加固方案0014用电煤钻在采煤面煤壁布孔双排错位注浆孔，孔深810M，孔径42MM，孔间距35M，注浆压力24MPA；走向孔加固工艺停产及安全防护，煤壁打孔，注浆孔全长PVC插管，封孔，带压注浆8小时保压凝固，安检及复产，每走向推进6M进行1次加固；00152采面倾向钻孔加固方案0016在采煤面的机。
14、、风巷用钻机沿煤层倾向布置单排注浆孔和利用的现有瓦斯抽采钻孔，超前煤壁38M采用单孔注浆带压加固方式，要求上、下钻孔均距煤层顶板215M、孔间距40M，孔的长度覆盖工作煤壁易垮落的片帮区，孔口封孔长度大于8M，钻孔孔径75MM，钻孔下PVC管的深度为仰孔不小于孔深50、俯孔不小于孔深80，封孔压力40MPA；倾向钻孔加固工艺安全防护，煤层倾向打孔或利用已有的瓦斯抽放孔，注浆孔PVC插管，封孔，带压注浆8小时保压凝固，工作面倾向单孔加固最小安全煤柱3M。小仰伪斜角度工作面布置方法为降低工作面仰伪斜角度，并严格控制工作面伪斜角度小于3。全时动态工作面矿压监测技术为布置智能矿压监测仪，对工作面矿压进。
15、行了全方位连续动态监测，对工作面周期来压进行实时跟踪观测统计，包括来压步距、来压强度、持续周期等参数，掌握来压规律，保证准确地对不同阶段煤壁片帮可能性进行预报。0017本发明的有益之处在于有效改善了大倾角煤矿的片帮和冒顶发生次数。附图说明0018图1是本发明大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术两巷切顶示意图；0019图2是本发明工作面切顶方案示意图；0020图3是本发明采空区老顶压裂试验方案示意图；说明书CN104088638A3/5页60021图4是本发明采面走向孔加固试验方案示意图；0022图5是本发明采面倾向钻孔加固试验方案示意图。具体实施方式0023下面结合附图和具体实施方。
16、式对本发明进行详细说明。0024大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁片帮及冒顶控制技术通过对大倾角煤层大采高工作面煤壁片帮、冒顶进行深入分析，现场需采取以下主要技术措施支架工作阻力控制技术措施，科学合理的支架工作阻力和和严格的支架操控技术是保证工作面煤壁稳定性的关键00251提高支架的实际初撑力和工作阻力，尽可能提高泵站的供液压力，采用初撑力保持阀提高实际初撑力。一般情况下，初撑力应达到支架工作阻力的80，即5200KN。00262及时带压移架，使支架顶梁顶住煤壁，及时调整工作面的支架下滑导致的歪倒、陷底、挤架等现象。00273加强支架受损部件排查，及时更换损坏立柱、不合格管路和密封胶圈、失效安全阀。
17、等，保证支架在正常阻力状态下运行。00284提高护帮板的使用率，在机组割煤移架后，立即打开护帮板护帮，在机组割煤前，提前于采煤机12架再将护帮板收起，使工作面煤壁始终在扩帮板支撑下。00295改造支架柔性顶梁结构，将柔性顶梁与固定顶梁刚性固定在一起，减小顶梁对煤壁的控制距离，防止柔性顶梁低头现象发生。00306充分利用推溜杆侧调作用，保证支架对溜子下滑的控制，以减小俯伪斜角度。00317加强工人支架操作的培训与管理，严格执行支架每个操控细节，严禁违反操作工序操控支架如护帮板插入煤壁等，保证每个工序高质量完成。0032顶板耦合爆破放顶技术优化0033顶板预爆破弱化是解决坚硬顶板条件下工作面开采的。
18、关键技术问题，因地制宜地对炮孔布置参数进行动态优化才可保证良好的放顶效果，也可有效地防止工作面部分区域阻力过高导致的煤壁片帮。及时准确的观测工作面顶板分层、厚度变化、裂隙分布、倾角变化情况，有针对性的调整回风巷、运输巷循环放顶炮孔的布置角度、装药量及装药分段数等参数，保证不同炮孔之间耦合效果达到最优。同时，根据现场实际情况，在原有放顶方案基础上，增加巷道走向切顶和工作面倾向切顶方案00341两巷走向切顶方案0035回采巷道切顶孔布置针对工作面顶板弱化效果不好，增加切顶方法对顶板进行弱化，即在回风巷和运输巷距煤壁50100M范围内布置超前单排孔切顶，其中回风巷垂直于顶板布置，运输巷炮孔采用与竖直。
19、方向夹角20布置，钻孔间距300MM，钻孔直径38MM，钻孔长度1015M，爆破孔装药采用间隔装药，如图1所示。00362工作面倾向切顶方案0037在工作面前方每隔100M的位置，分别在回风巷和运输巷向顶板掘进水平巷道，并在水平巷道向工作面方向顶板布置一排平行顶板的切断孔，孔深45M左右，孔间距300MM，钻孔直径45MM，采用间隔装药，如图2所示。00383采空区老顶压裂试验方案说明书CN104088638A4/5页70039为了检验采空区上方老顶破坏与否，在回风巷距煤壁1015M顶板处，向采空区布置一个俯孔，长度40M，保证封孔长度超过支架后方，封孔长度20M，钻孔直径75MM，如图3所示。
20、。0040煤壁超前预加固技术0041煤体节理裂隙发育，因而对煤壁进行加固是保证煤壁稳定性的有效手段，采用廉价、实用的加固方法和材料，在工作面上、下端头超前钻孔或充分利用报废的瓦斯抽放孔对煤壁进行超前加固，既不影响工作面正常推进，又起到了控制煤壁的作用。当工作面遇到断层等异常带或煤体很破碎时，可采用注浆加固的方法直接对煤壁加固，以提高煤壁的强度，防止片帮、冒顶。00421采面走向孔加固试验方案0043用电煤钻在采煤面煤壁布孔双排错位注浆孔，孔深810M，孔径42MM，孔间距35M可根据实际情况调节，注浆压力24MPA，布孔方式如图4所示。走向加固工艺停产及安全防护煤壁打孔注浆孔全长PVC插管封孔。
21、带压注浆8小时保压凝固安检及复产，每走向推进6M进行1次加固，安全防护措施由矿另定。00442采面倾向钻孔加固试验方案0045在采煤面的机、风巷用钻机沿煤层倾向布置单排注浆孔和利用的现有瓦斯抽采钻孔，超前煤壁38M采用单孔注浆带压加固方式，要求上、下钻孔均距煤层顶板215M、孔间距40M，孔的长度覆盖工作煤壁易垮落的片帮区，孔口封孔长度大于8M，钻孔孔径75MM，钻孔下PVC管的深度为仰孔不小于孔深50、俯孔不小于孔深80，封孔压力40MPA，布孔方式如图5所示；倾向加固工艺安全防护煤层倾向打孔或利用已有的瓦斯抽放孔注浆孔PVC插管封孔带压注浆8小时保压凝固安检，工作面倾向单孔加固最小安全煤柱。
22、3M，安全防护措施由矿另定。0046小仰伪斜角度工作面布置00471降低工作面仰伪斜角度，并严格控制工作面伪斜角度小于3，降低采面仰伪斜布置导致煤壁片帮的可能性。00482布置专人对工作面伪斜角度进行实时跟踪观测，保证伪斜角处于控制范围内。0049全时动态工作面矿压监测技术00501及时布置智能矿压监测仪，对工作面矿压进行了全方位连续动态监测，结合理论计算，预测预报工作面顶板来压时间，并在工作面来压期间采取有效措施减少片帮程度，如加强支架支撑力、确保支架稳定性及加强管理等。00512指定专人对工作面周期来压进行实时跟踪观测统计，包括来压步距、来压强度、持续周期等参数，以便掌握来压规律，保证准确。
23、地对不同阶段煤壁片帮可能性进行预报。0052其他控制措施0053除以上列举的措施可以防止片帮发生，在保证安全的前提下，也可采用适当提高工作面推进速度大于3M/D、适时降低工作面采高35M左右来降低片帮冒顶的概率。0054实施效果00552013年6月至2013年11月，根据本发明大倾角煤层大采高综采煤壁片帮控制技术，进行了片帮治理现场试验，效果表明说明书CN104088638A5/5页800561有效地解决了大倾角大采高工作面安全开采的核心技术，工作面中上部区域煤壁片帮明显改善，频次明显减小，每班最多23次片帮，未发生较大片帮，保证了工作面正常推进；00572由片帮引起的瓦斯超限是煤壁片帮的衍。
24、生灾害之一，综合控制技术实施后，有效地控制了因煤壁片帮导致的瓦斯超限，减少了工作面瓦斯超限次数；00583煤壁片帮联合控制措施同时降低了煤壁片帮冒顶后的修复成本，改善了工人作业环境，也保证了工作面的安全。00594煤壁片帮联合控制技术有效地保证了工作面支架和及其他装备良好的运行情况，降低了工作面伪仰斜角度，改善了顶板预爆破弱化效果，完备了工作面矿山压力监测手段，使工作面处于良性循环状态。说明书CN104088638A1/4页9图1说明书附图CN104088638A2/4页10图2说明书附图CN104088638A103/4页11图3说明书附图CN104088638A114/4页12图4图5说明书附图CN104088638A12。