基于顶煤超前预爆弱化的急倾斜特厚煤层采煤工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 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：
[0005] 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；
[0006] 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：
[0007] 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；
[0008] 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；
[0009] 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；
[0010] 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；
[0011] 所述第一炮孔和第二炮孔的装药段均位于需爆破煤层内；
[0012] 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；
[0013] 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；
[0014] 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；
[0015] 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；
[0016] 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。
[0017] 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①100mm~①120mm。
[0018] 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。
[0019] 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；
[0020] 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；
[0021] 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-L，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U其中，1 ^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；
[0022] 步骤202中多个所述爆破面均位于所述超前预爆区域内。
[0023] 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；
[0024]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。
[0025] 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 压力变化幅度小于〇? 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〇? 5MPa的区域；
[0026]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。
[0027] 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。= 8m~12m〇
[0028] 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；
[0029] 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Al、A3、A5和A7 ;
[0030] 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，Al>A2 >A3 >A4 >A5 > A6 >A7 >A8。
[0031] 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