一种采煤巷道的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种采煤巷道，包括工作面、位于煤层的煤层底板上的回风巷和位于煤层顶板和煤层底板之间的运输巷，工作面包括缓倾工作面段、过渡圆弧工作面段和倾斜工作面段，其中工作面在纵向上倾斜设置，缓倾工作面段和倾斜工作面段通过过渡圆弧工作面段平滑地连接在一起，缓倾工作面段位于过渡圆弧工作面段的斜下方，并与运输巷相贯通；倾斜工作面段布置在煤层底板上，且倾斜工作面段位于过渡圆弧工作面段的斜上方，并与回风巷相贯通；缓倾工作面段与水平面之间具有缓倾夹角α，倾斜工作面段与水平面之间具有倾斜夹角β，且缓倾夹角α小于倾斜夹角β。其能够改善大倾角综放工作面端头支架及排头支架的受力状况，控制工作面支架下滑、采煤效率高。
【专利说明】一种采煤巷道
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤炭开采【技术领域】，尤其涉及煤层倾角在25°以上的煤层开采中所使用的一种采煤巷道。
【背景技术】
[0002]煤矿开采中综合机械化放顶煤采煤法具有掘进率低、效率高、适应性强及易于实现高产等明显的优势，在我国得到了越来越广泛的发展。它已成为厚煤层开采最为有效的方法之一，同时也是矿井实现高产高效的重要途径。综合机械化放顶煤采煤法的实质就是沿煤层(或分段)底部布置一个采高2?3m的综合机械化长臂工作面，用常规的方法进行回采，利用矿山压力或辅以人工松动方法，使支架上方的顶煤破碎成散体后由支架后方(或上方)放出，并经由刮板输送机运出工作面。
[0003]大多数矿区应用综采放顶煤采煤法，都是在缓倾斜厚煤层中布置的工作面，近些年来对于倾角在25°以上的大倾角厚煤层也普遍采用综采放顶煤采煤法，开采效果很好，例如:甘肃靖远煤电股份有限公司王家山煤矿、兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿、神华宁夏煤业公司羊场湾煤矿等。大倾角综合机械化放顶煤工作面巷道布置应简化回采工艺，为提高生产能力，保证工作面安全生产创造条件。目前大多数大倾角综放工作面(切眼)的巷道布置普遍为其运输、回风巷均沿煤层底板布置，工作面(切眼)一般也沿煤层底板布置，下端头与工作面直接由大斜坡向水平面过渡，这种布置方式存在的如下问题:
[0004]1、工作面下端头的端头支架与基本支架(或过渡支架)形成较大的顶梁台阶，造成行人、运煤、运料的不畅通；
[0005]2、由于工作面倾角大，下端头及排头支架受沿倾斜方向的倾向力较大，端头支架与排头支架之间易出现挤架、咬架等现象，不仅移架困难，支架侧护板损坏严重，而且极易造成倒架；
[0006]3、由于工作面倾角大，刮板运输机易下滑、下窜，对整个工作面设备的防倒、防滑是很不利的；
[0007]4、工作面冒落或从刮板输送机上滚落的大块煤矸很容易到达下出口，安全隐患大；
[0008]5、下端头顶部三角区域应力集中，难支护、易垮落。
【发明内容】
[0009]本发明的发明目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种能够改善大倾角综放工作面端头支架及排头支架的受力状况，控制工作面支架下滑、采煤效率高的采煤巷道。
[0010]本发明技术方案提供一种采煤巷道，包括工作面、位于煤层的煤层底板上的回风巷和位于所述煤层的煤层顶板和所述煤层底板之间的运输巷，所述工作面包括缓倾工作面段、过渡圆弧工作面段和倾斜工作面段，其中所述工作面在纵向上倾斜设置，所述缓倾工作面段和所述倾斜工作面段通过所述过渡圆弧工作面段平滑地连接在一起，所述缓倾工作面段位于所述过渡圆弧工作面段的斜下方，并与所述运输巷相贯通；所述倾斜工作面段布置在所述煤层底板上，且所述倾斜工作面段位于所述过渡圆弧工作面段的斜上方，并与所述回风巷相贯通；所述缓倾工作面段与水平面之间具有缓倾夹角α，所述倾斜工作面段与所述水平面之间具有倾斜夹角β，且缓倾夹角α小于倾斜夹角β。
[0011]进一步地，所述运输巷布置在靠近所述煤层顶板的区域。
[0012]进一步地，所述过渡圆弧工作面段的过渡圆弧工作面上端邻接所述煤层底板，其过渡圆弧工作面下端位于所述煤层底板与所述煤层顶板之间，所述缓倾工作面段倾斜地布置在所述煤层底板与所述煤层顶板之间；所述缓倾工作面段的缓倾工作面下端与所述运输巷相贯通，所述缓倾工作面段的缓倾工作面上端与所述过渡圆弧工作面段的过渡圆弧工作面下端相连接；所述倾斜工作面段的倾斜工作面下端与所述过渡圆弧工作面段的过渡圆弧工作面上端相连接，所述倾斜工作面段的倾斜工作面上端与所述回风巷相贯通。
[0013]进一步地，缓倾夹角α≤12。。
[0014]进一步地，所述过渡圆弧工作面段的下方具有三角形底煤。
[0015]进一步地，设过渡圆弧工作面段的夹角为θ = β -α，弧长为K，半径为R，位于工作面上的刮板输送机的中部槽的垂直弯曲度为a，中部槽个数为b，中部槽的长度为C，销排的最大垂直偏角为d=e-f，销排个数为g，销排长为h，则，K= π R Θ /180，则过渡圆弧工作面段的半径与弧长比为:R/K=2.292，中部槽个数b= Θ /a，则最短弧长Kl=bXc，销排个数g= Θ /e，则最长弧长K2=gXh。
[0016]进一步地，所述倾斜夹角β为35°，所述缓倾夹角α为10°，所述缓倾工作面段的长度为14.Sm,所述倾斜工作面段的长度为285m，所述过渡圆弧工作面段的弧长K介于12m-19m 之间。
[0017]采用上述技术方案，具有如下有益效果:
[0018]通过过渡圆弧工作面段平滑地将缓倾工作面段和倾斜工作面段连接在一起，能够有效防止工作面上的支架下滑。且“缓倾工作面段-过渡圆弧工作面段-倾斜工作面段”的布置，改善了端头支护及排头支架受力状况，有利于此处顶板稳定，保证排头支架支护强度，为工作面中部及机尾段支架提供侧向反作用力，起到一个抵戗、导向作用，防止整个工作面液压支架下滑。其还有助于改善刮板机运行状态，解决工作面刮板运输机与运输巷转载机搭接不合理的问题，防止工作面刮板输送机下滑。其减小了工作面的下端头支护与基本支架(或过渡支架)形成较大的顶梁台阶，便于工作面行人、运煤、运料，便于工作面与运输巷交汇处的维护。其减小了工作面冒落或从刮板输送机上滚落的大块煤矸对下安全出口的威胁。其提高了采煤效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明提供的一种采煤巷道布置在煤层中的示意图；
[0020]图2为图1所示的采煤巷道的示意图；
[0021]图3为回风巷、运输巷和工作面的连接示意图；
[0022]图4为安装在过渡圆弧工作面段中的刮板输送机的中部槽的垂直弯曲度和销排的最大起伏角度的示意图。
[0023]附图标记对照表:[0024]1-工作面；
[0025]11-倾斜工作面段；
[0026]12-过渡圆弧工作面段；
[0027]13-缓倾工作面段；
[0028]111-倾斜工作面上端；
[0029]112-倾斜工作面下端；
[0030]121-过渡圆弧工作面上端；
[0031]122-过渡圆弧工作面下端；
[0032]131-缓倾工作面上端；
[0033]132-缓倾工作面下端；
[0034]2-煤层；
[0035]21-煤层顶板；
[0036]22-煤层底板；
[0037]23-二角形底煤；
[0038]3-运输巷；
[0039]4-回风巷；
[0040]5-中部槽；
[0041]6-销排；
[0042]7-销轴；
[0043]8_齿轨座；
[0044]9-哑铃销子。
【具体实施方式】
[0045]下面结合附图来进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0046]本发明提供的一种采煤巷道主要应用于煤层倾角大于或等于25°的煤层开采中。本发明中涉及的综放工作面为综合机械化放顶煤回采工作面，即在足够厚煤层的普通综采工作面的基础上再从液压支架后面架设一部大功率刮板输送机，以便用来将煤运走。综放即为各设备综合放置在普通综采工作面上。综采工作面为煤矿井下装备综合机械化设备的回采工作面。
[0047]如图1-3所示，本发明提供一种采煤巷道，包括工作面1、位于煤层2的煤层底板22上的回风巷4和位于煤层2的煤层顶板21和煤层底板22之间的运输巷3，上述工作面I包括缓倾工作面段13、过渡圆弧工作面段12和倾斜工作面段11，其中工作面I在纵向上倾斜设置，该缓倾工作面段13和倾斜工作面段11通过过渡圆弧工作面段12平滑地连接在一起，缓倾工作面段13位于过渡圆弧工作面段12的斜下方，并与所述运输巷3相贯通；倾斜工作面段11布置在煤层底板22上，且倾斜工作面段11位于过渡圆弧工作面段12的斜上方，并与回风巷4相贯通；缓倾工作面段13与水平面之间具有缓倾夹角α，倾斜工作面段11与所述水平面之间具有倾斜夹角β，且缓倾夹角α小于倾斜夹角β。
[0048]上述回风巷4为矿井回风风流所经过的巷道。上述运输巷3为运输开采的煤炭的巷道。上述工作面I也称为“切眼”，是在运输巷3和回风巷4之间顺煤层2掘进一条巷道，使其形成一套独立的回风系统，回风系统形成后才能布置采面采煤。本发明中涉及的纵向为与水平面相垂直的方向，如图1所示，工作面I在纵向上倾斜设置，即为在垂直方向上，工作面I的一端低，另一端高，称之为纵向上倾斜设置。
[0049]本发明提供一种采煤巷道，其工作面I包括缓倾工作面段13、过渡圆弧工作面段12和倾斜工作面段11。工作面I主要沿着煤层底板22倾斜或伪倾斜布置。缓倾工作面段13与水平面之间具有缓倾夹角α，倾斜工作面段11与所述水平面之间具有倾斜夹角β，缓倾夹角α小于倾斜夹角β。上述“缓倾”是指缓倾工作面段13的缓倾夹角α小于倾斜工作面段11的倾斜夹角β，其在纵向上倾斜程度比倾斜工作面段11在纵向上倾斜的程度小。有利于减小了工作面冒落或从刮板输送机上滚落的大块煤矸对下安全出口的威胁。
[0050]上述缓倾工作面段13和倾斜工作面段11通过过渡圆弧工作面段12平滑地连接在一起，在该工作面I上工作的行人或进行运煤、运料畅通通过该过渡圆弧工作面段12 ;并且避免了排头支架之间易出现挤架、咬架等现象；由于工作面倾角的减小，有利于防滑。
[0051]如图1所示，上述运输巷3布置在靠近煤层顶板21的区域。回风巷3施工沿煤层底板22布置，运输巷3在煤层中施工沿煤层顶板21或接近煤层顶板21水平直线布置，工作面I (切眼)下部从下端头运输巷3处往上，施工一定距离的缓坡斜巷(缓倾工作面段13)后，施工圆弧过渡段(过渡圆弧工作面段12)，见煤层底板22后，沿煤层底板22施工工作面I (切眼)的剩下部分(倾斜工作面段11)，并与回风巷4贯通。
[0052]如图1-3所示，上述过渡圆弧工作面段12的过渡圆弧工作面上端121邻接煤层底板22，其过渡圆弧工作面下端122位于煤层底板22与煤层顶板21之间，缓倾工作面段13倾斜地布置在煤层底板22与煤层顶板21之间；缓倾工作面段13的缓倾工作面下端132与运输巷3相贯通，缓倾工作面段13的缓倾工作面上端131与过渡圆弧工作面段12的过渡圆弧工作面下端122相连接；倾斜工作面段11的倾斜工作面下端112与过渡圆弧工作面段12的过渡圆弧工作面上端121相连接，倾斜工作面段11的倾斜工作面上端111与回风巷4相贯通。
[0053]上述缓倾夹角α < 12°。上述过渡圆弧工作面段12的下方具有三角形底煤23。
[0054]缓倾工作面段13的确定:煤层底板22对金属的摩擦因数一般为0.35?0.40，相对应的摩擦角为18°?20°。由工作面常有淋水以及降尘洒水，可使摩擦因数进一步降低，致使煤层2的倾角在12°时就有可能由于输送机和支架的自重引起下滑。倾角在12°以下的煤层2是机采的最有利条件，设备不会因自重而下滑。因此确定缓倾工作面段13的缓倾夹角α <12°，当然也可根据支架与煤层底板22的摩擦力等情况适当扩大缓坡段的坡度。
[0055]过渡圆弧工作面段12的确定:过渡圆弧工作面段12是连接缓倾工作面段13与倾斜工作面段11的过渡阶段，起到缓解大倾角与缓坡之间的陡坡，连接、过渡作用，其长度不能太大，以减少过渡圆弧工作面段12底部的三角形底煤23的留设量。过渡圆弧工作面段12也不能太小，防止因工作面坡度忽然放大，出现挤架、咬架等现象。
[0056]过渡圆弧工作面段12底板上安装有刮板输送机用于运输开采的煤炭，刮板输送机上具有多个中部槽5，由于刮板输送机安设的巷道底板不可能是平坦的，而是有起伏的，所以刮板输送机有起伏量，且刮板输送机中部槽5是一节一节对接上的，并通过哑铃销子9固定在一起，由于固定哑铃销子的孔径比哑铃销子9的直径大，中部槽5与中部槽5之间必定有一定的间隙，所以刮板输送机有一定的(垂直)可弯曲性，这个可弯曲性即表现为中部槽与中部槽之间的夹角，也称之为中部槽5的垂直弯曲度a。
[0057]刮板输送机的侧面，用螺栓固定一排U型断面的齿轨座8。销排6两端的耳子插入齿轨座8，并用销轴7固定住。由于刮板输送机有一定的(垂直)可弯曲性，所以当中部槽5(垂直)偏转一定角度时，销排必定在的垂直(起伏)方向上也偏转一定角度，这个角度即为销排6垂直(起伏)偏角d。
[0058]过渡圆弧工作面段12弧长的计算:设过渡圆弧工作面段的夹角为Θ，即为缓倾工作面段13与倾斜工作面段11之间的转角，θ =β -α，弧长为K，半径为R，位于工作面上的刮板输送机的中部槽5的垂直弯曲度为a，中部槽个数为b，中部槽的长度为C，销排6最大垂直偏角为d=e-f,销排个数为g,销排长为h,
[0059]M, K=Ji R Θ /180,
[0060]则过渡圆弧工作面段的半径与弧长比为:R/K=2.292，
[0061]为了保证排头支架的稳定，减少工作面I端部三角形底煤23的留设量，弧长K不易太大。根据工作面刮板输送机中部槽5垂直弯曲度土a、缓倾工作面段13与倾斜工作面段11之间的转角Θ，推导出过渡圆弧工作面段12最短弧长。首先根据中部槽5垂直弯曲度土a,计算出中部槽个数b= Θ /a,则最短弧长Kl=bXc= Θ Xc/a。
[0062]另根据工作面I中采煤机适应销排6的最大垂直(起伏)偏角d=e-f，为安全起见，销排6的最大垂直偏角取小值。则销排个数g= Θ /e，则最长弧长K2=gXh= Θ Xh/e。
[0063]因此弧长K应为:K1≤K≤K2，即弧长是一个范围，选择K=[K1，K2]的任意值都是合理的。根据选择的弧长K，可计算出圆弧段的半径R=2.292K。
[0064]较佳地，上述倾斜夹角β为35。，缓倾夹角α为10。，缓倾工作面段13的长度为14.8m，倾斜工作面段11的长度为285m，过渡圆弧工作面段12的弧长K介于12m_19m之间。
[0065]“缓倾工作面段-过渡圆弧工作面段-倾斜工作面段”布置方式可成功开采工作面I的大倾角阶段。
[0066]例如，工作面的走向1768m、倾向308m。O-1500m的煤层赋存稳定,煤层走向N35° E，煤层倾角为13° -35°之间，平均倾角为24°。1500-1768m处的煤层发生变化，倾角增大到32° -38°，煤层平均厚度8.5m，含矸5-7层，结构复杂，煤体普氏硬度为f=l.5。该工作面采用综合机械化放顶煤开采，其配套设备如下:
[0067]1、采煤机-型号:MG450/1020-WD ;特性:无链电牵引齿轨销排式；使用地点:工作面。
[0068]2、刮板输送机-型号:SGZ960/2X700 ;特性:中双链、双速；使用地点:工作面前
及后部。
[0069]工作面I从下端头往上，选取缓倾工作面段13的缓倾夹角α为10°，长度为14.Sm (有10部排头支架)，工作面排头支架几乎不下滑。
[0070]选取倾斜工作面段11为285m，沿煤层底板22掘进。
[0071]确定过渡圆弧工作面段12的弧长K:转角，θ=β-α=35° -10° =25°，K= Ji R Θ /180，则过渡圆弧工作面段的半径与弧长比为:R/K=2.292。
[0072]为了保证排头支架的稳定，减少工作面端部三角形底煤23的留设量，弧长K不易太大。根据工作面SGZ960/2X700型刮板输送机中部槽垂直弯曲度a=±3°、缓倾工作面段13与倾斜工作面段11之间的转角θ=25°，推出最短过渡段的长度，中部槽个数b=0/a - 8, Kl=bXc=8X 1.5m (1.5m为每节中部槽长度)=12m，此为圆弧过渡段长度下限值。
[0073]另根据MG450/1020-WD型采煤机其适应销排的最大垂直(起伏)偏角d=1.0?1.5°，所以销排个数g=0/d=25 (为安全起见，销排的最大垂直偏角取小值)，K2=gXh=25X0.75m - 19m (0.75m为每根销排的长)，19m即为圆弧过渡段长度上限值。
[0074]大倾角综放工作面I的过渡圆弧工作面段12的弧长K取19m，则半径R=2.292K=45m。通过该“缓倾工作面段-过渡圆弧工作面段_倾斜工作面段”布置方式，工作面的支架不发生下滑，同时选取弧长在12?19m时，对于支架防倒防滑效果明显，并有利于刮板输送机的稳定。
[0075]以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种采煤巷道，包括工作面、位于煤层的煤层底板上的回风巷和位于所述煤层的煤层顶板和所述煤层底板之间的运输巷，其特征在于，所述工作面包括缓倾工作面段、过渡圆弧工作面段和倾斜工作面段，其中所述工作面在纵向上倾斜设置，所述缓倾工作面段和所述倾斜工作面段通过所述过渡圆弧工作面段平滑地连接在一起，所述缓倾工作面段位于所述过渡圆弧工作面段的斜下方，并与所述运输巷相贯通；所述倾斜工作面段布置在所述煤层底板上，且所述倾斜工作面段位于所述过渡圆弧工作面段的斜上方，并与所述回风巷相贯通；所述缓倾工作面段与水平面之间具有缓倾夹角α，所述倾斜工作面段与所述水平面之间具有倾斜夹角β，且缓倾夹角α小于倾斜夹角β。
2.根据权利要求1所述的一种采煤巷道，其特征在于，所述运输巷布置在靠近所述煤层顶板的区域。
3.根据权利要求2所述的一种采煤巷道，其特征在于，所述过渡圆弧工作面段的过渡圆弧工作面上端邻接所述煤层底板，其过渡圆弧工作面下端位于所述煤层底板与所述煤层顶板之间，所述缓倾工作面段倾斜地布置在所述煤层底板与所述煤层顶板之间；所述缓倾工作面段的缓倾工作面下端与所述运输巷相贯通，所述缓倾工作面段的缓倾工作面上端与所述过渡圆弧工作面段的过渡圆弧工作面下端相连接；所述倾斜工作面段的倾斜工作面下端与所述过渡圆弧工作面段的过渡圆弧工作面上端相连接，所述倾斜工作面段的倾斜工作面上端与所述回风巷相贯通。
4.根据权利要求3所述的一种采煤巷道，其特征在于，缓倾夹角α<12°。
5.根据权利要求4所述的一种采煤巷道，其特征在于，所述过渡圆弧工作面段的下方具有三角形底煤。
6.根据权利要求5所述的一种采煤巷道，其特征在于，设过渡圆弧工作面段的夹角为θ=β-α ,弧长为K，半径为R，位于工作面上的刮板输送机的中部槽的垂直弯曲度为a，中部槽个数为b,中部槽的长度为c,销排的最大垂直偏角为d=e?f,销排个数为g，销排长为h,贝丨J，K= Ji R Θ /180，则过渡圆弧工作面段的半径与弧长比为:R/K=2.292，中部槽个数b= Θ /a,则最短弧长Kl=bXc,销排个数g= Θ /e，则最长弧长K2=gXh。
7.根据权利要求6所述的一种采煤巷道，其特征在于，所述倾斜夹角β为35。，所述缓倾夹角α为10。，所述缓倾工作面段的长度为14.Sm，所述倾斜工作面段的长度为285m，所述过渡圆弧工作面段的弧长K介于12m-19m之间。
【文档编号】E21D9/14GK103437777SQ201310376413
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】高海亮, 王洪武, 李大政 申请人:神华集团有限责任公司, 神华乌海能源有限责任公司