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一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法

阅读:422发布:2020-05-12

专利汇可以提供一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,首先将 煤 层进行支护,然后在工作面中央的顶板处,钻设切顶孔,并且爆破形成切缝面,将顶板切割成三 角 形区域,在推采后自行垮落。本发明通过在综采工作面中央放顶,避免了在工作面前方施工联络巷,极大降低了采掘工作量,且针对压 力 较大区域进行爆破,节约了爆破工作量;通过使用 单体 液压支柱和铰接梁进行支护,爆破时可以起到限制顶板位移边界,保持顶板表面完整特性,增强孔内爆破效果;通过在坚硬顶板内形成两排切缝面和三角形 破碎 区域,从结构受力上分析,及利于此区域顶板垮落,从而切断顶板 应力 传递路径,减轻了综采 支架 的受力强度,解决了工作面中央顶板压力较大的问题。,下面是一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法专利的具体信息内容。

1.一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、当开采到工作面中央时,综采支架(5)的护帮板(51)向层开采前端伸出,顶至顶板(1)上,并对煤层(2)是施工煤层支护;
b、回收护帮板(51),并对护帮板(51)支撑的顶板(1)区域进行支护,形成支护区;
c、在支护区的顶板(1)上开设有若干向上延伸且高度相同的第一排切顶孔(61)和第二排切顶孔(62),相邻第一排切顶孔(61)在沿开采方向的上投影间距相同,相邻第二排切顶孔(62)在沿开采方向的上投影间距相同,在垂直于开采方向和高度方向的方向上,第一排切顶孔(61)的投影和第二排切顶孔(62)的投影在孔底处相交;
d、将炸药放入第一排切顶孔(61)和第二排切顶孔(62)内,并同时实施爆破,形成顶部相交的第一切缝面(71)和第二切缝面(72),并敲击顶板(1),将第一排切顶孔(61)孔口和第二排切顶孔(62)孔口的碎石击落;
e、撤回支护区内的支护和煤层支护,同时将护帮板(51)升起顶至支护区;
f、进行推采。
2.根据权利要求1所述的工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,其特征在于:在进行d工序时,调整护帮板(51)的度使护帮板的延伸方向垂直于顶板(1)。
3. 根据权利要求1 所述的工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,其特征在于:第二排切顶孔(62)竖直向上延伸。
4.根据权利要求3所述的工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,其特征在于:第一排切顶孔与竖直方向的夹角为5°15°,第一排切顶孔(61)孔口和第二排切顶孔(62)的孔口在沿开~
采方向上的间距为0.5m 0.8m,第一排切顶孔(61)的孔深小于6m,第二排切顶孔(62)的孔深~
大于4m,第一排切顶孔(61)和第二排切顶孔(62)的孔径为32mm 42mm。
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5. 根据权利要求3 所述的工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,其特征在于: b工序中,通过单体液压支柱(9)和铰接梁(8)对顶板(1)进行支护,铰接梁(8)的长度为1.0m~
1.2m,两排铰接梁(8)的间距小于或等于0.8m,单体液压支柱(9)距离为0.6m,单体液压支柱(9)底部支撑在刮板运输机(4)上。
6. 根据权利要求1 所述的工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,其特征在于:在c工序中,第一排切顶孔(61)和第二排切顶孔(62)在沿开采方向上的投影相间排列,且间距为
0.5m。
7. 根据权利要求1 所述的工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,其特征在于:在d工序爆破时,每个第一排切顶孔(61)和第二排切顶孔(62)使用两只雷管同时起爆,一只雷管绑扎至导爆索,另一只雷管插入炸药内,装药至孔口1m时,使用炮泥封堵密实。
8. 根据权利要求1 所述的工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,其特征在于:第一排切顶孔(61)和第二排切顶孔(62)使用用锚索钻机打设。
9. 根据权利要求1 所述的工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,其特征在于:所述煤层支护包括沿开采方向从煤层开采前端插入煤层(2)的玻璃锚杆(31),安装在煤层(2)的开采前端的金属网(32),以及顶至金属网(32)的托盘。
10.根据权利要求9所述的工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,其特征在于:e工序中,首先对支护区内的支护进行回撤,然后对煤层支护进行回撤,回撤煤层支护中的金属网(32)和托盘,玻璃钢锚杆(31)由采煤机破碎

说明书全文

一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法

技术领域

[0001] 本发明涉及矿领域,尤其涉及到煤矿放顶方法技术领域,具体是指一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法。

背景技术

[0002] 近年来随着浅部煤炭资源的枯竭,越来越多煤矿进入下组煤的开采,在遇到石灰岩顶板坚硬,整体性较好时,顶板不易垮落,存在诸多安全险。随着工作面推采,综采支架后方未冒落的顶板形成长悬臂结构,采空区顶板压经顶板悬臂梁结构传递至工作面煤层侧壁,导致综采支架压力过大。由于煤层承载力较低,煤层时常伴有片帮发生,坍塌的煤层侧壁落入刮板运输机和综采支架之间,影响工作面设备移动;且煤层侧壁片帮无法预测,威胁通行人员安全。此外,坚硬顶板和煤层侧壁交界面集聚较大的弹性应变能,一旦突然释放,极易造成工作面异常来压,采空区顶板突然垮落,形成的飓风冲击损害设备和人员安全。
[0003] 针对坚硬顶板带来的一系列安全问题,目前常用的方法是采用切顶卸压方式,其工作原理是在工作面两端头进行预裂爆破,切断工作面顶板和采空区顶板的应力传递路径,使采空区顶板在矿压作用下垮落。但是综采工作面宽度一般大于100m,两端头切顶效应无法传递至工作面中央,工作面中央顶板压力仍旧较大。综采支架在较高压力下,其油缸和胶管承受高压,其泄压为机械式,在长期高压作用下失效率较高,目前除了在工作面前方掘进联络巷进行强制放顶,没有较好地方法解决工作面中央顶板压力较大的问题。
[0004] 专利号为2017112480770的发明提供了一种与液压支架配合使用的声波激励放顶煤装置及其使用方法,主要用于解决强度大、完整性好的坚硬煤层顶煤难冒放问题,由超声激励系统、升降伺服系统、光学探头数据处理系统构成,使用超声波对顶煤进行超声激励预裂,但是煤层相对于坚硬岩层,其抗压强度是10倍左右,使用超声激励无法对顶板进行预裂。
[0005] 专利号为2017100435666的发明,提供了一种深部煤矿巨厚坚硬顶板的强制放顶方法,其主要技术方案为向采空区顶板钻打扇形炮孔,使用PVC切缝管进行爆破,强化孔底的爆破松动作用。但是此方法布设3-5个炮孔,且装药在孔底相对分散,爆破后难以形成良好的放顶效果,适用于顺槽与采空区交界处放顶,无法在工作面中央使用,装药呈分散状,极易作用并损坏综采支架,使用具有局限性。

发明内容

[0006] 本发明针对现有技术的不足,提供一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,解决了工作面中央顶板压力较大的问题。
[0007] 本发明是通过如下技术方案实现的,一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,包括以下步骤:a、当开采到工作面中央时,综采支架的护帮板向煤层开采前端伸出,顶至顶板上,并对煤层是施工煤层支护;
b、回收护帮板,并对护帮板支撑的顶板区域进行支护,形成支护区;
c、在支护区的顶板上开设有若干向上延伸且高度相同的第一排切顶孔和第二排切顶孔,相邻第一排切顶孔在沿开采方向的上投影间距相同,相邻第二排切顶孔在沿开采方向的上投影间距相同,在垂直于开采方向和高度方向的方向上,第一排切顶孔的投影和第二排切顶孔的投影在孔底处相交;
d、将炸药放入第一排切顶孔和第二排切顶孔内,并同时实施爆破,形成顶部相交的第一切缝面和第二切缝面,并敲击顶板,将第一排切顶孔孔口和第二排切顶孔孔口的碎石击落;
e、撤回支护区内的支护和煤层支护,同时将护帮板升起顶至支护区;
f、进行推采。
[0008] 本发明通过在综采工作面中央放顶,避免了在工作面前方施工联络巷,极大降低了采掘工作量,且针对压力较大区域进行爆破,节约了爆破工作量;通过玻璃锚杆,以及金属网的设置对煤层起到临时支护的作用;金属网和锚杆托盘可以回收重复利用,节约了成本,同时玻璃钢锚杆可由采煤机破碎,不影响推采;通过使用单体液压支柱和铰接梁进行支护,可根据顶板情况和工作面空间调整支护参数和柱子高度,灵活多变,爆破时可以起到限制顶板位移边界,保持顶板表面完整特性,增强孔内爆破效果;通过在坚硬顶板内形成两排切缝面和三破碎区域,从结构受力上分析,及利于此区域顶板垮落,从而切断顶板应力传递路径,减轻了综采支架的受力强度,解决了工作面中央顶板压力较大的问题。
[0009] 作为优选,在进行d工序时,调整护帮板的角度使护帮板的延伸方向垂直于顶板。本优选方案在爆破时,护帮板呈竖直方向,可以阻挡爆轰波对综采支架的损伤,同时防止飞石砸坏设备,部分冒落碎石也可以通过刮板运输机清运,节约人力。
[0010] 作为优选,第二排切顶孔竖直向上延伸。本优选方案通过第二排切顶孔竖直向上延伸的设置,便于第二排切顶孔的施工。
[0011] 作为优选,第一排切顶孔与竖直方向的夹角为5°15°,第一排切顶孔孔口和第二~排切顶孔的孔口在沿开采方向上的间距为0.5m 0.8m,第一排切顶孔的孔深小于6m,第二排~
切顶孔的孔深大于4m,第一排切顶孔和第二排切顶孔的孔径为32mm 42mm。
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[0012] 作为优选,b工序中,通过单体液压支柱和铰接梁对顶板进行支护,铰接梁的长度为1.0m 1.2m,两排铰接梁的间距小于或等于0.8m,单体液压支柱距离为0.6m,单体液压支~柱底部支撑在刮板运输机上。
[0013] 本优选方案通过单体液压支柱和铰接梁的设置,可根据顶板情况和工作面空间调整支护参数和柱子高度,灵活多变,爆破时可以起到限制顶板位移边界,保持顶板表面完整特性,增强孔内爆破效果。
[0014] 作为优选,在c工序中,第一排切顶孔和第二排切顶孔在沿开采方向上的投影相间排列,且间距为0.5m。本优选方案的设置,避免第一排切顶孔或第二排切顶孔施工过多,造成施工浪费;避免当第一排切顶孔和第二排切顶孔在沿开采方向上的投影共线时,爆破效果不佳的情况。
[0015] 作为优选,在d工序爆破时,每个第一排切顶孔和第二排切顶孔使用两只雷管同时起爆,一只雷管绑扎至导爆索,另一只雷管插入炸药内,装药至孔口1m时,使用炮泥封堵密实。
[0016] 作为优选,第一排切顶孔和第二排切顶孔使用用锚索钻机打设。本优选方案锚索钻机小巧灵活占用空间小,可多部钻机同时施工,提高施工效率。
[0017] 作为优选,所述煤层支护包括沿开采方向从煤层开采前端插入煤层的玻璃钢锚杆,安装在煤层的开采前端的金属网,以及顶至金属网的托盘。
[0018] 本优选方案通过设置玻璃钢锚杆、金属网和托盘,对煤层起到临时支护的作用。
[0019] 作为优选,e工序中,首先对支护区内支护回撤,然后对煤层支护进行回撤,回撤煤层支护中的金属网和托盘,玻璃钢锚杆由采煤机破碎。
[0020] 本优选方案金属网和托盘可以回收重复利用,节约了成本;金属锚杆延伸性较好,但是会缠绕在煤机机头,损坏截齿,使用玻璃钢锚杆,杆体呈脆性,在采煤过程中被煤机割碎,与金属锚杆相比,不会损坏煤机截齿,不会影响推采速度本发明的有益效果为:通过在综采工作面中央放顶,避免了在工作面前方施工联络巷,极大降低了采掘工作量,且针对压力较大区域进行爆破,节约了爆破工作量;通过玻璃钢锚杆,以及金属网的设置对煤层起到临时支护的作用;金属网和锚杆托盘可以回收重复利用,节约了成本,同时玻璃钢锚杆可由采煤机破碎,不影响推采;通过使用单体液压支柱和铰接梁进行支护,可根据顶板情况和工作面空间调整支护参数和柱子高度,灵活多变,爆破时可以起到限制顶板位移边界,保持顶板表面完整特性,增强孔内爆破效果;通过在坚硬顶板内形成两排切缝面和三角形破碎区域,从结构受力上分析,及利于此区域顶板垮落,从而切断顶板应力传递路径,减轻了综采支架的受力强度,解决了工作面中央顶板压力较大的问题。
附图说明
[0021] 图1为本发明一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法整体示意图;图2为本发明一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法第一步示意图;
图3为本发明一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法第二步示意图;
图4为本发明一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法形成两排切缝面图;
图5为本发明一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法的综采支架和切顶孔空间位置三维图;
图6为本发明一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法的综采支架和切顶孔空间位置三维俯视图;
图7为本发明一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法的切顶孔三维空间布置图。
[0022] 图中所示:1、顶板,2、煤层,31、玻璃钢锚杆,32、金属网,4、刮板运输机,5、综采支架,51、护帮板,
61、第一排切顶孔,62、第二排切顶孔,71、第一切缝面,72、第二切缝面,8、铰接梁,9、单体液压支柱。

具体实施方式

[0023] 为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,对本方案进行阐述。
[0024] 参照附图1-6,本发明本发明是通过如下技术方案实现的,一种工作面中央坚硬顶板强制放顶方法,包括以下步骤:a,当开采到工作面中央时,综采支架5的护帮板51向煤层开采前端伸出,顶至顶板1上,施工沿开采方向从煤层开采前端插入煤层2的若干玻璃钢锚杆31,并使用树脂锚固剂进行锚固,玻璃钢锚杆31在高度方向上设置有两条,在沿垂直与高度方向和开采方向上排布,且间距为0.8m-1.0m,在煤层2的开采前端安装金属网32,以及顶至金属网32的托盘,托盘规格为100mm×100mm×10mm,金属网32使用直径5mm 8mm的冷拔金属网32,网孔尺寸在60mm~ ~
80mm,金属网32之间搭接长度大于等于200mm,使用10#丝绑扎,玻璃钢锚杆31穿过金属网的网孔和托盘的部分螺纹连接有螺母,通过螺母将托盘和金属网压紧,并形成对玻璃钢锚杆31为20KN 30KN的预紧力;
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 b,回收护帮板51,同时通过单体液压支柱9和铰接梁8对坚硬顶板1代替护帮板51对顶板1进行支护,形成支护区,其中铰接梁8的长度为1.0m 1.2m,两排铰接梁8的间距小于或等~
于0.8m,单体液压支柱9距离为0.6m,初撑力大于或等于90KN,单体液压支柱9底部支撑在刮板运输机4上;
c,使用锚索钻机在支护区的顶板1上开设若干向上延伸且高度相同的第一排切顶孔61和第二排切顶孔62,第一排切顶孔61和第二排切顶孔62在沿开采方向的上投影相间排布,在垂直于开采方向和高度方向的方向上,第一排切顶孔61的投影和第二排切顶孔62的投影在孔底处相交,第二排切顶孔62竖直向上延伸,第二排切顶孔62在开采方向上位于第一排切顶孔61的前方,第一排切顶孔与竖直方向的夹角为5°15°,第一排切顶孔61的孔口和第~
二排切顶孔62的孔口间距为0.5m 0.8m,第一排切顶孔61的孔深小于6m,第二排切顶孔62的~
孔深大于4m,在沿开采方向的上投影上,相邻第一排切顶孔61和第二排切顶孔62之间的间距为0.5m,第一排切顶孔61和第二排切顶孔62的孔径为32mm 42mm;
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 d,调整护帮板51的角度使护帮板的延伸方向垂直于顶板1,将矿用乳化炸药放入第一排切顶孔61和第二排切顶孔62内,每个第一排切顶孔61和第二排切顶孔62使用两只雷管同时起爆,使用弹性薄膜将炸药绑扎在导爆索周围,一只雷管与导爆索用绝缘胶带绑扎,另一只雷管插入炸药内并使用弹性薄膜绑扎,装药至孔口1m时,使用炮泥封堵密,并同时实施爆破,形成顶部相交的第一切缝面71和第二切缝面72,实爆破完成至少两个小时后,用钢钎并敲击顶板1,将第一排切顶孔61孔口和第二排切顶孔62孔口的碎石击落;
 e,依次回撤单体液压支柱9和铰接梁8,同时将护帮板51升起顶至支护区,单体液压支柱9和铰接梁8回撤完毕后,将玻璃钢锚杆31的托盘和金属网32拆下回收;
f,进行推采。
[0025] 特别的第一排切缝面和第二排切缝面,在顶板1上部相交,将顶板1切割形成三角形区域,在工作推采过后可自行垮落,三角形区域受双重爆破作用影响,松散破碎,从而切断应力传递路径,减轻了综采支架5的受力强度,解决了工作面中央顶板1压力较大的问题。
[0026] 当然,上述说明也并不仅限于上述举例,本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现,在此不再赘述;以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制,参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化,改型,添加或替换都不脱离本发明的宗旨,也应属于本发明的权利要求保护范围。
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