基于N00工法的极薄煤层长壁开采方法与流程

本公开涉及采矿技术领域，具体而言，涉及一种基于n00工法的极薄煤层长壁开采方法。

背景技术：

煤作为主要能源之一被广泛应用于生活及工业生产中。随着科技的发展，人们对于煤炭资源的需求日益增长，高效的开采煤炭资源尤为重要。

极薄煤层是一种常见的煤层分布形式，通常采用高档普采对拉工作面回采工艺对极薄煤层进行开采，在开采之前，需要提前掘进多个巷道，并通过在各巷道中留设煤柱的方式对巷道进行支撑。且为了保证极薄煤层中的煤层完全露出，极薄煤层所掘的巷道均为半煤岩巷道，巷道掘进难度较大，掘进时间较长，采煤效率较低，成本较高；同时，煤柱留设于巷道内无法回收，造成煤炭资源浪费。

技术实现要素：

本公开的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于n00工法的极薄煤层长壁开采方法，可避免提前掘进巷道，降低采煤成本，提高采煤效率，避免资源浪费。

根据本公开的一个方面，提供一种基于n00工法的极薄煤层长壁开采方法，包括：

沿垂直于工作面的方向对所述工作面进行超前作业形成第一巷道，并对所述第一巷道进行支护形成第一顺槽；

在所述第一顺槽内对所述工作面的煤壁进行超前作业，形成超前工作区；

采用采煤机在所述超前工作区内沿平行于所述工作面的方向向所述第一顺槽的两侧同时采煤，并将所采煤体输送至刮板输送机；

在位于所述第一顺槽的一侧的采煤机运行到第一预设位置时，对所述工作面进行超前爆破形成第二巷道，对所述第二巷道进行支护形成第二顺槽；在位于所述第一顺槽的另一侧的采煤机运行到第二预设位置时，对所述工作面进行超前爆破形成第三巷道，对所述第三巷道进行支护形成第三顺槽。

在本公开的一种示例性实施例中，所述对所述第一巷道进行支护形成第一顺槽包括：

采用临时支护系统对所述第一巷道进行临时支护，所述临时支护系统包括单体支柱；

采用永久支护系统对的所述第一巷道的侧壁和顶板进行永久支护以形成第一顺槽，所述永久支护系统包括锚索支护及u型钢支护。

在本公开的一种示例性实施例中，所述开采方法还包括：

采用四梁八柱加尾梁支护系统对所述第一巷道与工作面交接处进行支护；

将转载机设置于所述超前工作区内，并与所述刮板输送机的端部连通，所述转载机用于接收所述刮板输送机输送的煤体；

将皮带输送机一端与所述转载机连接，另一端延伸至所述第一顺槽外部，用于将所述煤体输送至所述第一顺槽外。

在本公开的一种示例性实施例中，所述开采方法还包括：

在所述采煤机采煤过程中采用单体支护系统对所述采煤机远离所述工作面的煤壁的一侧进行实时支护。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一顺槽与所述第二顺槽之间为采空区，所述开采方法还包括：

采用混凝土对所述第一顺槽靠近所述采空区的侧壁进行封闭；

采用混凝土对所述第二顺槽靠近所述采空区的侧壁进行封闭。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一顺槽与所述第三顺槽之间为采空区，所述开采方法还包括：

采用混凝土对所述第一顺槽靠近所述采空区的侧壁进行封闭；

采用混凝土对所述第三顺槽靠近所述采空区的侧壁进行封闭。

在本公开的一种示例性实施例中，所述开采方法还包括：

采用所述临时支护系统及所述永久支护系统对所述第二巷道的侧壁和顶部进行临时支护，以形成所述第二顺槽；

采用所述临时支护系统及所述永久支护系统对所述第三巷道的侧壁和顶部进行临时支护，以形成所述第三顺槽。

在本公开的一种示例性实施例中，所述在所述第一顺槽内对所述工作面的煤壁进行超前作业，形成超前工作区包括：

采用爆破技术对所述第一顺槽内的工作面煤壁进行爆破，生成具有预设长度的超前工作区。

在本公开的一种示例性实施例中，所述预设长度的取值范围为1.6m~2.0m。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一预设位置与所述第一顺槽的间距等于所述第二预设位置与所述第一顺槽的间距。

本公开的基于n00工法的极薄煤层长壁开采方法，可在对工作面及煤层掘进的过程中形成第一顺槽、第二顺槽及第三顺槽，避免提前掘进巷道，也无需留设煤柱，节约人力、物力及时间成本，从而避免资源浪费，降低采煤成本，提高采煤效率。在此过程中，只需对第一顺槽进行超前作业，以保证采煤机能够进入第一顺槽，掘进工程量小，掘进所需时间较短；还可在第一顺槽内进行超前作业形成超前工作区，在作业过程中可将工作面及第一顺槽侧壁掉落的矸石填充于第一顺槽周围的采空区，实现工作面零矸石排放，消除矸石的运输成本，还可利用矸石的自支撑力，降低巷道顶板来压强度，降低巷道的支护成本。采煤机所采煤体可输送至刮板输送机，从而可通过刮板输送机将煤体运出。此外，由于第一顺槽、第二顺槽及第三顺槽相互连通，可通过第二顺槽及第三顺槽进行通风，解决矿区通风问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中极薄煤层开采示意图。

图2为相关技术中矿区示意图。

图3为本公开实施方式基于n00工法的极薄煤层长壁开采方法的流程图。

图4为本公开实施方式基于n00工法的极薄煤层长壁开采的示意图。

图5为图4中沿a-a方向的截面示意图。

图6为图4中沿b-b方向的截面示意图。

图7为图4中沿c-c方向的截面示意图。

图8为图4中沿d-d方向的截面示意图。

图中：100、工作面材料巷道；200、刮板机；300、液压支架；400、采煤机；500、工作面共用运输巷道；600、采区；601、回风下山通道；602、轨道下山通道；603、皮带下山通道；1、第一顺槽；11、超前工作区；12、临时支护系统；13、四梁八柱加尾梁支护系统；14、单体支护系统；15、第一预设位置；16、煤层；17、煤层顶板；2、刮板输送机；21、转载机；22、皮带运输机；23、矸石；24、锚杆；3、采煤机；4、第二顺槽；5、第三顺槽；6、采空区；7、混凝土。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。用语“第一”、“第二”和“第三”仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

在相关技术中，如图1所示，在极薄煤层开采时，需要预先掘进两条工作面材料巷道100和一条工作面共用运输巷道500，且三条巷道中相邻巷道间均为工作面，并以位于中间部未的工作面共用运输巷道500作为共用巷道。开采过程中，在每个工作面材料巷道100内均设有采煤机400、刮板机200及液压支架300，进而使得两个工作面能够同时采煤。但是，为了保证工作面均为煤壁，提前掘进的两条工作面材料巷道100需均为半煤岩巷道，该巷道掘进效率极低，且在掘进过程中需要留设煤柱对巷道进行支撑，从而造成大量煤炭资源的浪费。

如图2所示，在另一种开采方法中，在一个矿区至少包括一个采区600，在工作面开采前，采区600需要提前掘进回风下山通道601、轨道下山通道602和皮带下山通道603，用于满足工作面通风、行人和运输等功能，导致巷道提前掘进量较大，煤炭生产前期准备时间过长，增加了煤炭生产的成本，浪费大量的人力、物力和时间，且巷道掘进过程中易导致安全事故。

本公开实施方式提供了一种基于n00工法的极薄煤层长壁开采方法，如图3所示，该开采方法可以包括：

步骤s110，沿垂直于所述工作面的方向对所述工作面进行超前作业形成第一巷道，并对所述第一巷道进行支护形成第一顺槽；

步骤s120，在所述第一顺槽内对所述工作面的煤壁进行超前作业，形成超前工作区；

步骤s130，采用采煤机在所述超前工作区内沿平行于所述工作面的方向向所述第一顺槽的两侧同时采煤，并将所采煤体输送至刮板输送机；

步骤s140，在位于所述第一顺槽的一侧的采煤机运行到第一预设位置时，对所述工作面进行超前爆破形成第二巷道，对所述第二巷道进行支护形成第二顺槽；在位于所述第一顺槽的另一侧的采煤机运行到第二预设位置时，对所述工作面进行超前爆破形成第三巷道，对所述第三巷道进行支护形成第三顺槽。

本公开的基于n00工法的极薄煤层长壁开采方法，可在对工作面及煤层掘进的过程中形成第一顺槽、第二顺槽及第三顺槽，避免提前掘进巷道，也无需留设煤柱，节约人力、物力及时间成本，从而避免资源浪费，降低采煤成本，提高采煤效率。在此过程中，只需对第一顺槽进行超前作业，以保证采煤机能够进入第一顺槽，掘进工程量小，掘进所需时间较短；还可在第一顺槽内进行超前作业形成超前工作区，在作业过程中可将工作面及第一顺槽侧壁掉落的矸石填充于第一顺槽周围的采空区，实现工作面零矸石排放，消除矸石的运输成本，还可利用矸石的自支撑力，降低巷道顶板来压强度，降低巷道的支护成本。采煤机所采煤体可输送至刮板输送机，从而可通过刮板输送机将煤体运出。此外，由于第一顺槽、第二顺槽及第三顺槽相互连通，可通过第二顺槽及第三顺槽进行通风，解决矿区通风问题。

下面对本公开实施方式基于n00工法的极薄煤层长壁开采方法的各步骤进行详细说明：

如图3所示，在步骤s110中，沿垂直于工作面的方向对工作面进行超前作业形成第一巷道，并对第一巷道进行支护形成第一顺槽。

工作面可以是开采煤矿或岩石时开始进行掘进工作的地方，其可以随着掘进进度的变化而移动。工作面可以是平面，也可以是曲面，在此不做特殊限定。如图4所示，可沿垂直于工作面的方向对工作面进行超前作业形成第一巷道，同时可对第一巷道的侧壁及顶部进行支护以形成第一顺槽1。第一顺槽1可用于煤体的运输，其宽度可以是3m~4m。举例而言，其可以是3m、3.2m、3.4、3.6、3.8或4m，当然，也可以根据实际工程需要设置其他宽度，在此不做特殊限定。

举例而言，如图8所示，可采用临时支护系统12对第一巷道进行临时支护，以防止矸石23掉落，对工作人员造成伤害。在一实施方式中，临时支护系统12可以包括单体支柱，其一端可顶低于第一巷道的底板，另一端可支撑于第一巷道顶板上，可防止第一巷道顶部岩体掉落。单体支柱可以有多个，且多个单体支柱可按照预设间距均匀分布于第一巷道内。举例而言，单体支柱可以是液压柱，当然，也可以是其他可用于支撑的柱体，在此不做特殊限定。

同时，可采用永久支护系统对的第一巷道的侧壁和顶板进行永久支护以形成第一顺槽1，永久支护系统可以包括锚杆支护及u型钢支护，具体而言，可在第一巷道顶部设置顶板，用于防止第一巷道顶部矸石23掉落，同时可在巷道顶板的两侧按照预先设定的间距等间距并排设置多个锚杆24，可通过锚杆24顶抵于第一巷道顶板固定。当然，也可以采用支架将顶板固定于第一巷道顶部，在此不对第一巷道顶板的固定方式做特殊限定。同时，可将u型钢铺顶抵于第一巷道顶板与第一巷道底板之间，并可将u型钢贴合于第一巷道的侧壁，进而防止矸石23或第一巷道侧壁中的煤层顶板17由第一巷道侧壁掉落于第一巷道内，从而避免掉落物对工作人员造成意外伤害。

需要说明的是，掘进的长度可以是采煤机3机身的长度，以保证采煤机3能够顺利进入第一顺槽1内，举例而言，其掘进长度可以是2m，当然，也可以是其他长度，只要能容纳采煤机3即可，在此不再一一列举。可通过采煤机3进行掘进，也可通过其他采掘装置进行掘进，在此不做特殊限定。

如图3所示，在步骤s120中，在第一顺槽内对工作面的煤壁进行超前作业，形成超前工作区。

可在第一顺槽1内沿垂直于工作面的方向对工作面煤壁进行超前作业，形成超前工作区11。举例而言，可采用爆破技术对第一顺槽1内的工作面煤壁进行爆破，从而生成超前工作区11。可通过合理设置爆破材料的用量及爆破角度控制爆破区域的长度，使得超前工作区11具有预设长度，如图5所示，该预设长度的超前工作区11可用于容纳转载机及皮带运输机，在一实施方式中，预设长度的取值范围可以为1.6m~2.0m，举例而言，其可以是1.6m、1.7m、1.8m、1.9m或2.0m，当然，还可以是其他预设长度，只要能够容纳转载机及皮带运输机即可。

可将超前作业过程中产生的矸石23填充于第一顺槽1侧壁外的采空区6内，实现工作面零矸石23排放，既可消除矸石23的运输成本，也可最大程度的降低矸石23对地表环境的污染。同时，将矸石23填充于采空区6，可利用矸石23的支撑力，降低第一巷道顶板来压强度，使得第一顺槽1易于支护，从而可以适当减弱对第一巷道的支护强度，降低支护成本。

为了保证超前工作区11内工作人员的安全，可对超前工作区11进行支护，以防止超前工作区11内矸石23掉落，如图6所示，可采用四梁八柱加尾梁支护系统13对超前工作区11进行支护。四梁八柱加尾梁支护系统13至少可以包括四个支撑梁和八个支撑柱，且每个支撑梁均可由两个支撑柱支撑，且两个支撑柱可分别位于支撑梁的两端，可用于将支撑梁顶抵于超前工作区11的顶板上，为了对支撑梁进行加固还可在支撑梁的端部添加尾梁作为支撑，以保证超前工作区11顶板不会掉落，进而防止矸石23掉落，保证各种机器正常工作，保证工作人员安全。

如图3所示，在步骤s130中，采用采煤机在超前工作区内沿平行于工作面的方向向第一顺槽的两侧同时采煤，并将所采煤体输送至刮板输送机。

超前工作区11的侧壁能够露出极薄煤层及煤层顶板17，从而可采用采煤机3在超前工作区11内沿平行于工作面的方向以斜切进刀的方式进行采煤工作，为了提高采煤效率，可采用两台采煤机3由超前工作区11向第一顺槽1的两侧同时采煤。刮板输送机2可置于采煤机3远离工作面煤壁的一侧，并可随着采煤机3的运行状态不断前移，采煤机3所采煤体可实时掉落到刮板输送机2上，以便通过刮板输送机2将煤体实时运出。且在采煤机3采煤的同时可在滞后采煤机3一定距离处对刮板输送机2进行实时推溜，即：推溜过程与采煤机3的采煤过程同时进行，采煤机3每前进一段距离，刮板输送机2即可在滞后于采煤机3一定距离处进行相应距离的推溜。

需要说明的是，可在刮板输送机2运行过程中进行推溜，推溜步距可为一个割煤步距；可以沿同一方向对刮板输送机2进行推溜，即可从机头向机尾或可从机尾向机头推溜。

如图5所示，采煤机3采煤过程中可采用单体支护系统14对采煤机3远离工作面煤壁的一侧进行实时支护，并可根据采煤机3的运行状态，实时进行追机移架。举例而言，在采煤机3运行过程中，可在滞后于采煤机3侧采用单体支护系统14对采煤机3的采掘巷道进行实时支护，以避免矸石23掉落，保证采掘巷道在回踩过程中可重复利用。

单体支护系统14可以包括多个支杆，各支杆均可顶抵于采掘巷道的顶板上，防止采掘巷道顶端矸石23掉落。在一实施方式中，各支杆可沿采掘巷道的宽度方向并排设置，且采煤机3每向前掘进一个预设距离，各支杆每增加一排，举例而言，预设距离可以是5m、6m、7m、8m、9m或10m，当然，也可以是其他预设距离，在此不再一一列举。

在一实施方式中，可将转载机21设置于第一巷道与工作面交接处，并可采用四梁八柱加尾梁支护系统对第一巷道与工作面交接处进行支护，从而防止矸石23掉落，保证各种机器正常工作，保证工作人员安全。转载机21可与刮板输送机2的端部连通，可用于接收刮板输送机2输送的煤体。具体而言，转载机21一端可与工作面的刮板输送机2搭接，另一端可与皮带输送机的机尾相连，可用于将由刮板机运出的煤体转送到皮带运输机22上。

皮带运输机22一端可与转载机21连接，其另一端可沿第一顺槽1的延伸方向向远离转载机21的一侧延伸，并可延伸至第一顺槽1外部，可用于将煤体输送至第一顺槽1外。

如图3所示，在步骤s140中，在位于第一顺槽的一侧的采煤机运行到第一预设位置时，对工作面进行超前爆破形成第二巷道，对第二巷道进行支护形成第二顺槽；在位于第一顺槽的另一侧的采煤机运行到第二预设位置时，对工作面进行超前爆破形成第三巷道，对第三巷道进行支护形成第三顺槽。

如图7所示，当位于第一顺槽1一侧的采煤机3运行到第一预设位置15时，可采用爆破技术对工作面进行超前破顶板爆破形成巷道空间，并可待工作面推过之后形成第二巷道，同时可采用临时支护系统12及永久支护系统对第二巷道的侧壁及顶部进行支护以形成第二顺槽4，以防止矸石23掉落，对工作人员造成伤害。

当位于第一顺槽1另一侧的采煤机3运行到第二预设位置时，可采用爆破技术对工作面进行超前破顶板爆破形成巷道空间，并可待工作面推过之后形成第三巷道，同时可采用临时支护系统12及永久支护系统对第三巷道的侧壁及顶部进行临时支护以形成第三顺槽5，以防止矸石23掉落，对工作人员造成伤害。临时支护系统12及永久支护系统的具体细节已在上述第一顺槽1的支护过程中详细示出，在此不再赘述。

在一实施方式中，第一预设位置15与第一顺槽1的间距可等于第二预设位置与第一顺槽1的间距，可根据实际工程需要设定该间距。举例而言，该间距可以是100m、150m、200m、250m或300m。当然，第一预设位置15与第一顺槽1的间距也可不等于第二预设位置与第一顺槽1的间距，在此不做特殊限定。第二顺槽4和第三顺槽5可作为通风通道，可用于保证矿道良好通风，避免独头通风。第二顺槽4的宽度可等于第三顺槽5的宽度，且可小于第一顺槽1的宽度。举例而言，第二顺槽4与第三顺槽5的宽度取值范围可以为2m~3m，举例而言，其可以是2m、2.2m、2.4m、2.6m、2.8m或3.0m，当然，第二顺槽4与第三顺槽5的宽度还可以是其他，在此不再一一列举。

第二顺槽4远离第一顺槽1的侧壁为煤层16，其与第一顺槽1之间可为采空区6，在超前作业过程中在临时支护系统12的掩护下可将超前作业产生的矸石23直接填充至采空区6内，实现工作面零矸石23排放，消除矸石23的运输成本，还可利用矸石23的自支撑力，降低巷道顶板来压强度，降低巷道的支护成本。可采用混凝土7对第一顺槽1靠近采空区6的侧壁进行封闭，避免矸石23掉落至第一顺槽1内。同时，可采用混凝土7对第二顺槽4靠近采空区6的侧壁进行封闭，避免矸石23掉落至第二顺槽4内，保证工作人员安全。

第三顺槽5远离第一顺槽1的侧壁为煤层16，其于第一顺槽1之间可为采空区6，在超前作业过程中在临时支护系统12的掩护下可将超前作业产生的矸石23分别填充至第一顺槽1与第二顺槽4之间的采空区6及第一顺槽1与第三顺槽5之间的采空区6内，从而既可实现工作面零矸石23排放，又可降低巷道的支护成本。可采用混凝土7对第一顺槽1靠近采空区6的侧壁进行封闭，避免矸石23掉落至第一顺槽1内。同时，可采用混凝土7对第三顺槽5靠近采空区6的侧壁进行封闭，避免矸石23掉落至第三顺槽5内，保证工作人员安全。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。