一种综采工作面的预掘回撤通道断面结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及煤矿综采工作面快速搬家【技术领域】，提供了特大采高(≥5m)综采工作面的预掘回撤通道断面结构，包括：第一断面结构区域，沿停采线自煤层顶板掘进形成贯通工作面两侧顺槽的通道，并具有支护；第二断面结构区域，在通道靠近工作面一帮，沿通道的长度方向掘进多个煤房，形成控顶煤柱，并具有煤房顶板及控顶煤柱支护；第二断面结构区域的下部为底煤柱；第三断面结构区域，沿停采线将通道向下拉底扩展，形成工作面部分回撤通道，并具有刷扩部分两帮支护，且其底板为硬化处理。与现有技术相比，本实用新型通过留底煤护帮与煤柱控顶，取消了以往的工作面与回撤通道贯通期间需安装的垛式支架及其他临时支护，实现了特大采高综采工作面重型设备的安全可靠撤出，且大大降低了回撤成本。
【专利说明】一种综采工作面的预掘回撤通道断面结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿综采工作面快速搬家【技术领域】，尤其涉及一种特大采高(> 5m)综采工作面的预掘回撤通道断面结构。
【背景技术】
[0002]目前，特厚(>5m)煤层是我国实现高产高效的主力开采煤层，特厚煤层开采技术水平决定着煤炭产业的科技进步与整体实力的提升。众所周知，综采工作面的快速回撤不仅是矿井实现安全生产的重要环节，而且也直接制约着综采工作面单产水平的提高；其中，实现综采工作面快速回撤的基础是大断面回撤通道的围岩控制方法。
[0003]现有技术中，国内外综采工作面回撤通道的控制主要有三种模式:
[0004]第一种是利用采煤机作为掘进设备，其主要系统及工艺为:
[0005](I)常规搬家回撤通道的形成
[0006]回采工作面采至停采线处，液压支架停止前移，工作面采煤机及刮板运输机继续推进4?6个循环，从而形成回撤空间，并与材料顺槽形成回撤系统；
[0007](2)常规搬家工作面收尾
[0008]在综采工作面推采至距停采线22m处挂单层网，8?1m挂双层网；回撤空间内打设锚杆，锚杆4?6排布置，间、排距0.75X0.875m,同时在支架顶梁上加设挑梁加强支护，
最后清理浮煤；
[0009]该方法在形成回撤空间的过程中，需要将支架与刮板输送机之间的连接摘开，由采煤机往返割煤同时对顶板进行锚杆支护，由于煤帮高度大，在顶板支护时容易发生片帮，施工的危险度比较大，而且通道施工速度慢，不利于工作面的快速回撤。
[0010]另一种是预掘双回撤通道，掘进专用的安装和回撤通道与工作面回采空间形成搬家系统，搬家设备为专用设备，其主要系统及工艺为:
[0011](I)双回撤通道的形成
[0012]在回采工作面停采线处掘两顺槽的同时，掘出两条平行于回采工作面倾向的辅助通道，靠工作面侧的通道称为回撤通道，另一通道称为回撤辅巷，在两条通道之间掘4?6个联络巷，形成辅巷多通道搬家巷道布置系统；与回采工作面相贯通的回撤通道采取锚网支护。回撤通道还配以单体液压支柱、矿用工字梁、垛式液压支架；回撤辅巷采用锚杆支护，联络巷采用锚杆及单层金属网联合支护。回撤支架的回撤辅巷和联络巷均采用砼固化底板。
[0013](2)双回撤通道工作面收尾
[0014]在综采工作面推采至距回撤通道16m处，开始悬挂高强聚酯纤维网或金属网，4m?0.Sm开始挂钢丝绳，两道钢丝绳间隔800mm，共需挂钢丝绳5道。贯通后进行连网与挑梁，最后清理浮煤；工作面全断面贯通后工作面矿山压力显现非常剧烈，常常出现大面积来压，工作面需采取补强支护，工作面回撤通道补强支护一般采用抬棚加垛式支架支护方式。
[0015]双通道搬家技术，事先掘出回撤通道，扩大了搬家空间，实现回撤通道的形成与工作面回采平行作业；但由于回撤通道断面大，通道支护费用大，需要大量单体支柱铁棚与垛式支架进行超前支护，支护投入大，并且增加了回撤期间的运输工作量。
[0016]由于煤炭市场竞争的加剧，煤矿企业对工作面搬家或回撤产生的经济损失和资源回收率的降低愈来愈重视，特别是在大采高、重装备、高产高效工作面中显得尤其重要。因此对工作面搬家技术提出新的要求，在一定的搬家时间前提下，降低搬家费用。
[0017]第三种是预掘单通道搬家方式，其主要系统及工艺为:
[0018](I)在综采工作面停采线处掘进一条垂直于工作面两顺槽的矩形断面回撤通道，形成单通道回撤通道布置系统，并对回撤通道进行支护；(2)当综采工作面超前回撤通道38m?42m时，将综采工作面调斜，使得综采工作面与回撤通道夹角为6°?8° ;当综采工作面超前回撤通道8m?12m时，完成调斜工作，进行综采工作面与回撤通道的逐段贯通，具体做法是每循环有6?7架液压支架贯通，控顶面积为55m2?62m2 ； (3)综采工作面收尾时，在液压支架顶梁上铺设金属网和半圆木；综采工作面与回撤通道贯通后，在每个液压支架上设置插梁，插梁一端支设在液压支架的顶梁上，另一端支设在回撤通道的单体支柱上；
(4)待综采工作面与回撤通道全面贯通后，形成工作面设备回撤空间。
[0019]该方式相对于传统回撤空间形成方法具有速度快，相对于双回撤通道法具有降低设备使用费，减少煤柱损失的优点。但是，在工作面末采期间需要对工作面进行调斜，且工作面与回撤通道逐段贯通，施工速度较慢；回撤通道的超前支护采用单体液压支柱进行补强，单体支柱稳定性较差；预掘回撤通道断面小，不利于特大采高、重型设备的撤出。
[0020]有鉴于此，亟需提供一种特大采高综采工作面的预掘回撤通道断面结构，以克服现有回撤通道控制方法各自存在的缺陷。
【发明内容】
[0021 ](一)要解决的技术问题
[0022]本发明要解决的技术问题是解决现有综采工作面大断面回撤通道维护费用高、效果差的问题。
[0023]( 二 )技术方案
[0024]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种综采工作面的预掘回撤通道断面结构，所述预掘回撤通道断面结构包括:
[0025]第一断面结构区域，沿停采线自煤层顶板掘进形成贯通工作面两侧顺槽的通道，并具有支护；
[0026]第二断面结构区域，在所述通道靠近工作面一帮，沿所述通道的长度方向掘进多个煤房，形成控顶煤柱，并具有煤房顶板及控顶煤柱支护；且所述第二断面结构区域的下部为底煤柱；
[0027]第三断面结构区域，沿停采线将所述通道向下拉底扩展，形成工作面部分回撤通道，并具有刷扩部分两帮支护，且其底板为硬化处理。
[0028]优选的，所述煤房的掘进方向与所述通道的长度方向之间具有夹角。
[0029]优选的，所述夹角为30°?60°
[0030]优选的，所述通道与工作面平行布置。
[0031]优选的，所述通道的顶板及其停采线一侧的侧帮的支护为永久支护。
[0032]优选的，所述煤房顶板及控顶煤柱上方顶板的预支护为永久支护。
[0033]优选的，所述通道的掘进宽度为3m?4m，高度为2m?2.5m ;所述煤房的掘进长度为4m?5m,宽度为3m?4m,高度为2m?2.5m ;向下拉底扩展至所述通道的高度为5m?5.5m。
[0034]优选的，所述通道的掘进宽度为3.5m,高度为2.5m ;所述煤房的掘进长度为5m，宽度为4m，高度为2.5m ；向下拉底扩展至所述通道的高度为5.5m。
[0035](三)有益效果
[0036]本发明的上述技术方案具有如下优点:
[0037]首先，通过留底护帮与控顶煤柱相结合，降低了侧帮高度，同时利用侧帮煤房对回撤通道顶板进行了预支护，由煤柱和顶板支护实现了对回撤通道顶板的有效控制，可有效降低通道的掘进费用和支护费用，缩短回撤通道形成时间，通道的维护安全性更好。
[0038]其次，通过侧帮煤房顶板预支护和控顶煤柱相结合的方式，有效地控制了回撤通道的顶板，取消了单体支柱、钢梁及垛式液压支架等传统支护形式，降低了回撤费用。
[0039]再次，利用侧帮煤房对采煤机自采部分通道提前预支护，解决了动压影响下产生的顶板离层问题，并有效降低通道的掘进和支护费用。
[0040]与现有技术相比，本发明采用分次掘进所形成的一种由煤柱、煤房与贯通工作面两顺槽的通道组成的回撤通道断面结构，特别有利于特大采高(> 5m)工作面大断面回撤通围岩控制，通过留底煤护帮与煤柱控顶，安全可靠地实现了特大采高、重型设备的撤出，且大大地降低了回撤成本，为实现工作面快速搬家提供了可靠的保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1是本发明【具体实施方式】中所述综采工作面的预掘回撤通道断面结构的工序流程图；
[0042]图2是图1中所示步骤SI的俯视结构图；
[0043]图3为图2的A-A剖视图；
[0044]图4为图1中所示步骤S2的俯视结构图；
[0045]图5为图4的B-B剖视图；
[0046]图6为图4的C-C剖视图；
[0047]图7为图4的D-D剖视图；
[0048]图8为【具体实施方式】所述综采工作面的预掘回撤通道断面结构的通过控顶煤柱的剖视图；
[0049]图9为【具体实施方式】所述综采工作面的预掘回撤通道断面结构的通过煤房的剖视图。
[0050]图中:综采工作面1、停采线2、煤层顶板3、巷道4、通道5、煤房6、控顶煤柱7、底煤柱8、刷扩部分9、护巷煤柱10、工作面煤壁11。
【具体实施方式】
[0051]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0052]基于常规搬家技术回撤通道形成时间长、煤壁稳定性差，单通道回撤空间相对狭小，不利于特大采高、重型设备的撤出；以及现有双通道搬家回撤技术搬家费用高、投入大、煤柱损失多的缺点，本实施方式提供了一种全新的综采工作面的回撤通道围岩控制方法。需要明确的是，所谓“回撤通道”是指综采工作面停采后，为确保工作面设备安全、顺利回撤而提前预留的回撤空间。其主要作用是确保在回撤工作面液压支架及采煤机时有足够的回撤空间。
[0053]如图1所示，本发明实施例所述综采工作面的预掘回撤通道断面结构的工序流程图。
[0054]该流程包括下述步骤:
[0055]S1、沿综采工作面I的停采线2，自煤层顶板3掘进形成贯通工作面两侧顺槽4的通道5，形成回撤通道的第一部分断面，并进行支护；请一并参见图2和图3。
[0056]这里，通道5作为回撤通道的预掘区域，优选的，该通道5与综采工作面平行布置，以便利于井下整体规划作业。
[0057]S2、在通道5靠近工作面I 一侧，沿通道5的长度方向掘进多个煤房6，并对煤房顶板及控顶煤柱进行支护；请一并参见4、图5、图6和图7。
[0058]基于煤房6的掘进形成控顶煤柱7和底煤柱8，也就是说，在首次预掘通道3的基础上，进行再次掘进。如此设置，通过留底煤护帮与控顶煤柱7相结合，降低了侧帮高度，同时利用侧帮煤房对回撤通道顶板进行了预支护。完成煤房6的掘进后，对煤房6的顶板及煤帮进行永久支护，可以采用锚杆和/或锚索完成相应的支护作业。
[0059]S3、沿停采线，将通道5向下拉底扩展，使通道达到回撤通道设计高度，并浇筑混凝土硬化底板，形成回撤通道的部分断面；相当于第三次预掘，并对刷扩部分两帮进行支护；请一并参见图8，该图的剖切位置与C-C的剖切位置相同，即通过控顶煤柱7。优选的，采用锚网索带支护。
[0060]需要说明的是，在该预掘回撤通道断面结构的基础上，工作面向前推进，切割当前工作面至通道5综采工作面的停采线2之间的剩余部分煤柱，使工作面与前述通道贯通，形成综采工作面回撤通道，从而获得回撤的有利条件。实际操作时，当工作面推进到支架进入煤房6预定距离时，停止移架；此时，利用推溜千斤顶推移输送机与采煤机，以将剩余部分煤柱进行切割，完成最终回撤通道的建立。这里，“预定距离”是指支架伸入煤房6的一定深度尺寸，根据不同作业设备的差别会有不同，而非限制为特定的尺寸深度。
[0061]具体地，根据回撤通道岩层条件，进行针对性研究确定支护参数。下面详细说明上述工序中所涉及的具体锚固方式。
[0062]首先，步骤SI完成预掘后，对通道3的顶板及其停采线一侧的侧帮的支护为永久支护，且邻近停采线2的顶锚索斜向延伸至护巷煤柱10上方，具体可以采用锚杆、锚索、金属网、钢带联合支护该通道5的顶板及煤帮。具体如图3所示，通道5的顶板和及其停采线一侧的侧帮均设置有锚杆a，其顶板设置有顶锚索b，其及其停采线一侧的侧帮设置有帮锚索c ;相对应的，通道5近工作面一侧的侧帮设置有玻璃钢锚杆d，形成临时支护。
[0063]接下来，步骤S2完成煤房6的掘进后，需要对煤房6的顶板进行永久支护，具体可以采用锚杆、锚索、金属网、钢带联合支护该煤房6的顶板及两侧煤帮。如图6和图7所示，邻近工作面I的顶锚索b斜向延伸至工作面煤壁11上方，如图5所示，邻近两侧控顶煤柱7的顶锚索b斜向延伸至相应控顶煤柱7的上方，且每个控制煤柱7两侧的锚索在其上方斜交。此外，煤房6的近工作面一侧的煤帮设置有玻璃钢锚杆d，形成临时支护。
[0064]进一步地，步骤S3完成下拉底扩展后，对刷扩部分9的停采线2 —侧的侧帮的支护为永久支护，如图8所示，这与步骤SI中通道5的该侧侧帮的支护形式大致相同；同样地，需要在刷扩部分9的底煤柱8侧的侧帮上设置有玻璃钢锚杆d。
[0065]为了便于进行煤房6的掘进操作，以及掘进施工机械的可适应性。进一步如图4所示，步骤S3中，煤房6的掘进方向与通道3的长度方向的夹角σ为30°?60°，形成相关充分的操作空间，由此可大大提高掘进施工的可操作性。
[0066]另外，为了进一步提升本方法的安全可靠性，可以针对步骤S3的支护作业作进一步的改进。具体地，在煤房6内进行支护操作时，每个煤房6两侧的邻近控顶煤柱7的位置处，其支护用的锚索10斜向延伸至相应控顶煤柱7的上方，且每个控制煤柱7两侧的锚索在其上方斜交，形成稳固的顶板锚固，从而为后续切割部分煤柱贯通回撤通道提供了可靠的安全保障。当然，建立前述斜交锚固的构件也可以为锚杆，只要能够满足控制煤柱7上方顶板可靠锚固的需要均可。
[0067]本实施方式所述综采工作面的预掘回撤通道断面结构，所述预掘回撤通道断面结构包括三个区域:第一断面结构区域，沿停采线2自煤层顶板3掘进形成贯通工作面两侧顺槽的通道5，并具有支护；第二断面结构区域，在通道5靠近工作面一帮，沿通道的长度方向掘进多个煤房6，形成控顶煤柱7，并具有煤房顶板及控顶煤柱支护；且第二断面结构区域的下部为底煤柱8 ;第三断面结构区域，沿停采线2将通道5向下拉底扩展，形成工作面部分回撤通道，并具有刷扩部分9两帮支护，且其底板为硬化处理。具体请结合图8和图9，其中，图8为通过控顶煤柱的剖视图(剖切位置可参见图4中的C-C)，图9为通过煤房的剖视图(剖切位置可参见图4中的D-D)。
[0068]此外，对于特大采高(> 5m)工作面大断面回撤通道来说，可通过理论计算和现场试验确定可行的施工尺寸。具体地，步骤SI中，通道3的掘进宽度W为3m?4m，高度h为2m?2.5m ;最佳掘进断面的大小为3.5mX 2.5m。步骤S2中，煤房6的掘进长度L为4m?5m,宽度w为3m?4m,高度T为2m?2.5m ;最佳断面大小为4.0mX 2.5m。步骤S3中，向下拉底扩展至通道3的高度H为5m?5.5m,最高可达5.5m。
[0069]综上所述，本发明采用分次掘进所形成的一种由煤柱、煤房与贯通工作面两顺槽的通道组成的回撤通道断面结构，特别有利于特大采高(> 5m)工作面大断面回撤通围岩控制。本发明既解决了回撤通道全断面一次掘进带来工作面与回撤通道贯通前和贯通期间维护的困难，同时利用侧帮煤房对顶板(包括煤柱上方)进行提前预支护，避免了采煤机自掘部分通道时对顶板进行即时支护所带来的安全隐患，通过侧帮煤房间经过加固的煤柱控顶，避免了工作面与回撤通道贯通期间顶板的下沉，取消了垛式液压支架等被动支护形式，实现了回撤通道的快速形成，取得了创新性的研究成果和显著的效益。
[0070]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种综采工作面的预掘回撤通道断面结构，其特征在于，所述预掘回撤通道断面结构包括: 第一断面结构区域，沿停采线自煤层顶板掘进形成贯通工作面两侧顺槽的通道，并具有支护； 第二断面结构区域，在所述通道靠近工作面一帮，沿所述通道的长度方向掘进多个煤房，形成控顶煤柱，并具有煤房顶板及控顶煤柱支护；且所述第二断面结构区域的下部为底煤柱； 第三断面结构区域，沿停采线将所述通道向下拉底扩展，形成工作面部分回撤通道，并具有刷扩部分两帮支护，且其底板为硬化处理。
2.根据权利要求1所述的综采工作面的预掘回撤通道断面结构，其特征在于，所述煤房的掘进方向与所述通道的长度方向之间具有夹角。
3.根据权利要求2所述的综采工作面的预掘回撤通道断面结构，其特征在于，所述夹角为30。?60。。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的综采工作面的预掘回撤通道断面结构，其特征在于，所述通道与工作面平行布置。
5.根据权利要求1所述的综采工作面的预掘回撤通道断面结构，其特征在于，所述通道的顶板及其停采线一侧的侧帮的支护为永久支护。
6.根据权利要求1所述的综采工作面的预掘回撤通道断面结构，其特征在于，所述煤房顶板及控顶煤柱上方顶板的预支护为永久支护。
7.根据权利要求1所述的综采工作面的预掘回撤通道断面结构，其特征在于，所述通道的掘进宽度为3m?4m,高度为2m?2.5m ;所述煤房的掘进长度为4m?5m,宽度为3m?4m,高度为2m?2.5m ;向下拉底扩展至所述通道的高度为5m?5.5m。
8.根据权利要求7所述的综采工作面的预掘回撤通道断面结构，其特征在于，所述通道的掘进宽度为3.5m,高度为2.5m ;所述煤房的掘进长度为5m，宽度为4m，高度为2.5m ;向下拉底扩展至所述通道的高度为5.5m。
【文档编号】E21F17/00GK204041114SQ201420381159
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】刘锋珍, 陈军, 李长磊 申请人:中泰德恒（北京）矿业科技有限公司, 山东科技大学, 山东中惠拓矿业支护研发科技有限公司