大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法的制造方法与工艺

本发明属于煤矿开采技术领域，尤其是涉及一种大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法。

背景技术：
大倾斜特厚煤层是指倾角α＝55°～75°且厚度为4.5m以上的煤层，在俄罗斯、乌克兰、波兰等国家和我国西部赋存较多，特别是新疆储量较大，开采难度极大。长期以来，开采此类煤层的小型煤矿普遍采用的是传统落后的非机械化采煤法，如落垛、仓储、台阶、巷放等，存在劳动强度大、作业环境差、安全事故多、产量效率低等缺陷。上世纪70年代以来，中型煤矿在此类煤层中逐步试验并推广钢丝绳锯和伪俯斜面倾柔性掩护支架采煤法(简称柔掩采煤法)，作业环境和安全状况有所改善，但钢丝绳锯夹死处理难度大，柔掩支架不适应煤层厚度变化且下放困难、初采与末采工艺复杂，仍然存在劳动强度大、产量效率低等突出问题。随后，有些中小煤矿针对柔掩采煤法不适应煤层厚度变化的缺陷进行改造，提出并试验了分段密集采煤法和斜台阶采煤法，尽管此种采煤法对煤层厚度变化适应性有所改善，但依然存在劳动强度大、产量效率低等同样问题。上世纪80年代后期，特别是90年代以来，一些中小型煤矿试验了大倾斜特厚煤层水平分段滑移支架或网格支架放顶煤法，劳动强度有所降低，安全状况和工作环境有所改善；特别是大中型煤矿试验成功了大倾斜特厚煤层水平分段综合机械化放顶煤采煤法(简称综放采煤法)，劳动强度显著降低，安全状况和工作环境明显改善。但与大倾角(α＝35°～55°)厚煤层走向长壁(80m以上)采煤法相比，掘进率高、产量效率低。水平分段采煤法存在的主要问题是工作面长度受煤层厚度和倾角的双重制约，忽长忽短，工作面被迫频繁增减支架，无法正常推进。近年来，有的煤矿为了提高大倾斜特厚煤层水平分段综放工作面产量，试验加大分段高度(即大段高)以加大顶煤厚度的方法，尽管产量效率增加幅度较大，但由于“跨层拱”的形成，分段高度增加受到制约，工作面产量增加依然受限。近十多年来，大倾角中厚煤层长壁综采技术日趋成熟，取得了良好的安全与经济效益，其中大倾角中厚煤层指的是倾角α＝35°～55°且层厚为1.3m～3.5m的煤层，长壁指的是工作面长度为80m～150m。同时，层厚为3.5m～4.5m的大倾角厚煤层长壁大采高综采技术也相继取得了成功。层厚为4.5m以上的大倾角特厚煤层倾斜分层长壁综放技术初见成效，但随着煤层倾角增大和工作面加长，顶煤控制难度大，支架易失稳倒架的问题尤为严重。特别是煤层松散时，顶煤漏冒加剧并沿工作面倾斜向上迅速扩展，导致支架群滑群倒，工作面生产瘫痪，处理冒顶和倒架事故难度极大，安全隐患剧增，恢复生产异常困难。由于冒落顶煤滑滚并大量堆积在工作面下部采空区而无法放出，导致顶煤放出率极低。由于长壁工作面长度一般为80m以上，工作面操控与管理难度极大，且随着长度的加大，难度异常之大，经常造成工作面无法正常生产。由此可见，大倾斜特厚煤层的安全高效开采一直是悬而未决的技术难题。

技术实现要素：
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，提供一种大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法，其方法简单、设计合理、施工简便且开采效率高、开采过程安全可靠，能有效解决大倾斜特厚煤层开采过程中存在的开采难度大、安全系数低、不能实现高效开采等问题。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法，其特征在于：所开采大倾斜特厚煤层的同一阶段内由上至下布置有多个采煤区段，上下相邻两个所述采煤区段之间留设有用于保护或隔离的区段保护煤柱，每个所述采煤区段的上下部沿大倾斜特厚煤层的煤层走向分别设置有回风平巷和运输平巷；多个所述采煤区段的采煤工作面结构均相同且其段高H均相同，所述采煤区段的段高H为该采煤区段的垂直高度；对大倾斜特厚煤层进行开采时，由上至下依次对多个所述采煤区段分别进行开采；对大倾斜特厚煤层中一个阶段进行开采时，开采过程如下：步骤一、采煤工作面确定：对当前所开采阶段内所述采煤区段的采煤工作面进行确定；所述采煤工作面为高段走向壁式工作面，所述高段走向壁式工作面为俯斜工作面且其为所述采煤区段的实际开采工作面；所述采煤工作面分为下段工作面和位于所述下段工作面上方的上段工作面，所述下段工作面布置为折线段工作面，所述上段工作面为直线段工作面；所述采煤工作面的长度L＝L1+L2且L≥80m，其中L1为上段工作面的长度，L2为所述下段工作面的长度；所述采煤工作面与水平面之间的夹角为伪俯斜面倾角β且β≤55°，所述采煤工作面与大倾斜特厚煤层的煤层走向之间的夹角为走向夹角γ，其中α为大倾斜特厚煤层的倾角；所述下段工作面由多个工作面节段从下至上拼接而成，多个所述工作面节段均为直线段工作面且其沿由前至后进行布设，所述工作面节段的长度为5m～20m，所述下段工作面的长度L2为多个所述工作面节段的长度之和；多个所述工作面节段与水平面之间的夹角由前至后逐渐增大；所述大倾斜特厚煤层的煤层厚度越大，所述工作面节段的长度越大；所述伪俯斜面倾角β越大，所述下段工作面的长度越小；多个所述工作面节段中位于最下部的工作面节段为底部工作面节段，多个所述工作面节段中位于最上部的工作面节段为顶部工作面节段，所述底部工作面节段位于所述顶部工作面节段前侧；所述运输平巷位于所述底部工作面节段的底部，所述回风平巷位于所述上段工作面的顶部；步骤二、段高确定：根据步骤一中所确定的所述采煤区段的采煤工作面结构，对当前所开采阶段内所述采煤区段的段高H进行确定；其中，H＝H1+H2，H1为所述上段工作面的竖直高度且H1＝L1×sinβ，H2为所述下段工作面的竖直高度且H2＝L2×sinβ；步骤三、煤层开采：由上至下对当前所开采阶段内的多个所述采煤区段分别进行开采，过程如下：步骤301、第一采煤区段开采：以步骤一中所确定的采煤工作面为实际开采工作面且以大倾斜特厚煤层的煤层走向为推进方向，对当前所开采阶段内位于最上部的第一采煤区段进行开采；对当前所开采的采煤区段进行开采时，将大倾斜特厚煤层的倾角α转变为伪俯斜面倾角β；且开采过程中，采用工作面支架对实际开采工作面进行同步支护；步骤302、下一个采煤区段开采：按照步骤301中所述的方法，对当前所开采阶段内的下一个所述采煤区段进行开采；步骤303、重复步骤302，直至完成当前所开采阶段内所有采煤区段的开采过程。上述大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法，其特征是：步骤一中每个所述工作面节段的倾角均为该工作面节段与水平面之间的夹角，所述底部工作面节段的倾角为5°～15°，所述顶部工作面节段的倾角比伪俯斜面倾角β小5°～15°，所述下段工作面中除所述顶部工作面节段之外的各工作面节段的倾角均比其后侧相邻工作面节段的倾角小5°～15°。上述大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法，其特征是：步骤一中所述下段工作面中所包括工作面节段的数量不小于三个；所述伪俯斜面倾角β越大，所述下段工作面中所包括工作面节段的数量越少。上述大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法，其特征是：步骤一中所述运输平巷沿大倾斜特厚煤层的顶板进行布设，所述回风平巷沿大倾斜特厚煤层的底板进行布设，且运输平巷和回风平巷均位于大倾斜特厚煤层内。上述大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法，其特征是：步骤301中对所述第一采煤区段进行开采时和步骤302中对下一个所述采煤区段进行开采时，采煤机均沿所述采煤工作面自上向下割煤且自下向上空刀返回；开采过程中，采用工作面支架对实际开采工作面进行同步支护时，按照自下向上的顺序进行移架与推溜。上述大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法，其特征是：步骤301中对所述第一采煤区段进行开采时，过程如下：步骤3011、巷道打通：在所述第一采煤区段的上下部，分别打通回风平巷和运输平巷；步骤3012、工作面上下端头支护：步骤3011中所述回风平巷和运输平巷打通过程中，采用工作面端头液压支架同步对所述第一采煤区段的采煤工作面上下端头分别进行支护；步骤3013、煤层回采：采用常规的煤层开采方法，对所述第一采煤区段进行回采。上述大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法，其特征是：步骤302中对下一个所述采煤区段进行开采时，采用全部垮落法进行放顶煤。上述大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法，其特征是：步骤302中对下一个所述采煤区段进行开采时，过程如下：步骤3021、巷道打通：在当前所开采采煤区段的上下部，分别打通回风平巷和运输平巷；步骤3022、工作面上下端头支护：步骤3021中所述回风平巷和运输平巷打通过程中，采用工作面端头液压支架同步对当前所开采采煤区段的采煤工作面上下端头分别进行支护；步骤3023、煤层回采：采用常规的煤层开采方法，对当前所开采采煤区段进行回采；步骤3024、放顶煤开采：对当前所开采采煤区段进行放顶煤开采，开采过程中区段保护煤柱全部跨落，使得当前所开采采煤区段后方的采空区与其上方相邻采煤区段的采空区相互连通。上述大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法，其特征是：步骤301中对所述第一采煤区段进行开采时，不放顶煤或者在工作面支架不出现倾倒、下滑或咬架的前提下进行控制性放顶煤。上述大倾斜特厚煤层高段走向壁式综放采煤法，其特征是：步骤301中所述工作面支架为放顶煤液压支架。本发明与现有技术相比具有以下优点：1、方法步骤简单、设计合理且施工简便，实现方便。2、采煤工作面结构设计合理，分为上段工作面和下段工作面；并且，采煤工作面按伪俯斜面倾工作面进行布置，将所开采大倾斜特厚煤层的开采工作面由真倾角α的理论工作面转换为伪俯斜面倾角β的伪俯斜面倾工作面后，将大倾斜特厚煤层大幅减小，有效减小了工作面坡度，缓解顶煤冒落下滑，从而大幅度降低了大倾斜特厚煤层的开采难度，大幅度降低了大倾斜特厚煤层开采过程中所存在的危险系数。其中，上段工作面为直线段工作面且其与水平面之间的夹角为伪俯斜面倾角β。下段工作面为折线段工作面，该折线段工作面能充分利用煤层特厚的条件，将传统的工作面下段由直线段改为折线段，各工作面节段的倾角由0°逐渐增大至工作面坡度(即伪俯斜面倾角β)，折线段工作面的上端与上段工作面相连且其下端为工作面下端头，这种折线段结构极大地简化了工作面下段直线布置形式的下端头综放设备选型配套的复杂性，同时能提供工作面倾斜段支架稳定的下部基点，并能缓冲滚石坠物速度确保下部安全出口不受威胁。3、高段走向壁式工作面沿伪俯斜面倾方向布置且具有以下优势：一方面既可避免水平分段综放工作面的长度受煤层厚度和倾角的双重制约导致频繁增减支架的困难，又能消除大段高顶煤形成的“跨层拱”，为加大段高降低掘进率奠定了基础，同一阶段内各采煤区段的段高大；另一方面避免了倾斜分层放顶煤法下分层开采受上分层采空区冒落破碎顶板和残余动压(有时强度很大持续时间长)的威胁。4、采煤方法简单，采用常规采煤方法，采煤机沿工作面自上向下割煤，自下向上空刀返回；自下...