專利名稱：“四控”式全面采煤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明稱為“四控式”全面(4KQ)采煤法，是開采地下層狀煤層的一種新方法。是在進一步認識開采過程中的自然規(guī)律，在新的觀念和高新技術(shù)平臺上，以最優(yōu)化的方式處理采煤過程中各個要素的關(guān)系，把采煤技術(shù)提升到一個新的水平的創(chuàng)新方法。
二、現(xiàn)有開采方法技術(shù)現(xiàn)狀(1)一般認為，現(xiàn)有的開采方法分成兩種體系柱式體系和壁式體系的采煤方法(見圖2-4，圖2-5)。柱式體系的采煤方法其特點是在煤層中留有大量煤柱支撐頂板，因此，不用進行采空區(qū)處理或者工作量較小，工作面礦壓強度小、支護密度小、自由工作空間大，工作面短，生產(chǎn)地點多，巷道佈置和通風、運輸系統(tǒng)復(fù)雜，掘進率高，煤炭回收率低等。而壁式體系的采煤方法其特點采用較長工作面連續(xù)推進開采，生產(chǎn)集中，采空區(qū)中不留煤柱。當工作面推進到一定程度時需要進行采空區(qū)處理，工作面礦壓顯現(xiàn)大，需要強力支護，工作面支護和采空區(qū)處理工作量大，巷道布置和通風，運輸系統(tǒng)簡單，巷道掘進率低，煤炭回收率高等。兩種體系的采煤方法其特點正好相反。
(2)兩種體系的采煤方法都在不斷的改進和發(fā)展，柱式體系的采煤方法采用了連續(xù)采煤機采煤和掘進，而壁式體系的采煤方法實現(xiàn)了綜合機械化，使兩種體系采煤方法的產(chǎn)量、效率都有很大的提高，生產(chǎn)安全進一步得到保障，成本降低。但仍局限在原框架內(nèi)，問題沒有得到根本解決。
(3)實現(xiàn)了放頂煤開采，說明用較小的開采高度可以采出較厚的煤層。
(4)在礦壓方面，中國學者提出了“砌體梁”和“傳遞巖梁”假說。同時，在分析了采煤工作面礦壓觀測資料、頂板活動情況和數(shù)學回歸分析后，提出了緩傾斜煤層采煤工作面計算礦壓的經(jīng)驗公式P＝123.9306 K1K2K3H0.7454(KN/M2)..................(2-1)式中P為礦壓強度(KN/M2)，H為采煤工作面開采高度(m)，K1為觀測礦壓最大讀數(shù)的離散系數(shù)平均值，為1.3762，K2為頂板類型系數(shù)，其中I級頂板K2＝1，II級頂板K2＝1.3，III級頂板K2＝1.6，IV級頂板K2≥2。K3為支柱位置系數(shù)，其最大值為1。按(2-1)式計算的數(shù)據(jù)，並作圖，見圖(2-1)。(2-1)式相關(guān)性達到信度要求。
說明采煤工作面的礦壓強度主要決定于工作面的開采高度，而頂板條件影響礦壓的顯現(xiàn)形式(周期來壓等)放頂煤工作面的礦壓強度.采用松散介質(zhì)力學來建立放頂煤工作面礦壓強度計算模型(見圖2-2)。在底板—支架—頂煤—頂板的支撐結(jié)構(gòu)中，由于頂煤體強度減小，使整個支撐結(jié)構(gòu)剛度降低，從而使在相同地質(zhì)生產(chǎn)條件下，放頂煤工作面的礦壓強度比采頂層工作面的礦壓強度要小。
根據(jù)礦壓強度計算模型(圖2-2)，經(jīng)過分析，推導(dǎo)得出下列放頂煤工作面礦壓強度計算式P=K4(2a-La)afla·r......(2-2)]]>式中a＝k5[L+Tg(90°-φ)h控]La＝0.5Lk+Tg(900-φ)h控Lk為支護寬度(m)，h控為工作面支架高度(m)，f為頂煤普氏系數(shù)，取f＝0.7，a為壓力拱之半，取相近于頂板周期來壓步距L(m)，k4為礦壓觀測不均勻系數(shù)取1.4，k5為壓力拱軸線變化系數(shù)，取1.3，K6為周期來壓系數(shù)取1.18～1.3。
按(2-2)式計算的數(shù)據(jù)并作圖(見圖2-3)，根據(jù)上述分析可以得出以下認識在相同的生產(chǎn)地質(zhì)條件下，放頂煤開采工作面的礦壓強度小于進行頂層開采工作面的礦壓強度；放頂煤工作面的礦壓強度主要決定于h控、Lk，而L變化的影響僅在10％以內(nèi)，在一般情況下，Lk相對穩(wěn)定，因此放頂煤工作面的礦壓強度主要決定于h控，即放頂煤工作面的支護控制高度。
兩種不同體系的開采方法是由于采煤過程中“采”和“控”這對基本矛盾的主要方面不同而形成的。以“控”為基本矛盾的主要方面，形成“房柱式體系的采煤方法”，而以“采”為基本矛盾的主要方面形成“壁式體系的采煤方法”。從采煤發(fā)展史看“壁式體系的采煤方法”是采煤科學技術(shù)發(fā)展到一定歷史階段的產(chǎn)物，是對房柱式體系采煤方法的“否定”。采煤的生產(chǎn)實踐和科學技術(shù)總是在不斷向前發(fā)展的，采煤方法也是不斷改進的，與一般事物發(fā)展規(guī)律一樣，它也是按螺旋方式而不是直線方式進行的。采煤方法由房柱式發(fā)展到壁式，再向前發(fā)展的第三階段，它應(yīng)在更高的發(fā)展階段上，以“控”為基本矛盾的主要方面，仿佛是第一階段特征的重復(fù)(否定之否定)。它就是本發(fā)明提出的“四控”式全面采煤方法。
三、發(fā)明“四控”式全面采煤方法的目的(1)實現(xiàn)采煤過程機械化、自動化；(2)提高采煤勞動的生產(chǎn)率，減少井下生產(chǎn)員工；(3)較大地改善生產(chǎn)安全環(huán)境，消除高危作業(yè)，降低事故率，確保安全正常生產(chǎn)；(4)提高效益，增加煤礦員工收入，為國家和社會做貢獻。
四.“四控”式全面采煤方法的內(nèi)容“四控”式全面采煤方法(見圖4-1圖4-2)的基本點為在煤層底部布置平行和垂直巷道工作面的切眼或檢查、準備巷道，將煤層劃分成長方塊，在煤層中不留煤柱。生產(chǎn)區(qū)域分為掘進、生產(chǎn)準備和采煤三個區(qū)段，按一個方向全面推進，并在掘進和生產(chǎn)準備區(qū)段中做好預(yù)排瓦斯和地質(zhì)構(gòu)造、礦井水等處理工作，確保生產(chǎn)工作正常進行。采煤時，聯(lián)合自控采煤設(shè)備沿煤層底板全面連續(xù)承壓推進，自控完成落煤、放頂煤、工作面運煤、設(shè)備推進等工序，有層次、有程序地采出整個煤層，對特厚煤層在開采時做到不破壞煤層的成層性，以利再次開采。按以上規(guī)則合理確定工作面的破煤高度，控制高度和寬度；確定放煤高度和放煤方式，確定頂板下的空高，控制頂板要求做到有規(guī)律地冒落和沉降，在放頂煤過程中做到煤矸線分明，以提高回收率。合理確定工作面支架高度、長度、寬度，減小工作面單位支架上的礦壓總量，做到采用常規(guī)液壓推進設(shè)備承壓推進采煤設(shè)備(包括支護框架)，并實現(xiàn)采煤機械化、自動化，工作面生產(chǎn)時無人操作，快速推進，實現(xiàn)高產(chǎn)、高效、低消耗、低成本、安全地采出整個煤層。簡稱為“四控”式全面(4KQ)采煤方法。“四控”為控高(工作面破煤高度，支架高度)，控放(放頂煤高度和方式)，控頂(頂板有規(guī)律沉降)，自控(采煤設(shè)備自控完成各項采煤工序)，全面(在煤層中不留煤柱，全面推進，采出整個煤層)。
“四控”式全面采煤方法的實質(zhì)就是進一步認識采煤過程自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，采用高新技術(shù)，在更高的技術(shù)平臺上，以“控”為矛盾的主要方面，科學地處理“采”和“控”這對基本矛盾，以最優(yōu)化的方式協(xié)調(diào)采煤工藝各因素之間的關(guān)系，使采煤生產(chǎn)技術(shù)實現(xiàn)跨越式的發(fā)展，達到一個更高的水平，并創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟和社會效益，根本地改變煤礦企業(yè)的面貌。
4.1各控制要素的確定4.1.1工作面控制高(hk)的確定工作面控高即工作面支護高度的確定。支護高度的確定主要決定的因素為<1>作用在支護框架(支護采用框架形式)上的礦壓強度，<2>考慮在停機時職工能進入工作面進行作業(yè)需要的最小高度，<3>考慮工作面的通風斷面和框架強度的要求，因此，支護高度應(yīng)在1.0米左右。用(2-1)式進行礦壓強度計算，并進行支護框架結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計。落煤高度和每次進度應(yīng)有利于框架推進和工作面空間的控制，因此，采用刨煤方式，每次進度控制在0.1米左右。
4.1.2控制頂板有規(guī)則地沉降做到頂板有規(guī)則地沉降，關(guān)鍵在于控制頂板巖層下的空高。對直接頂板有Δh2≤Kh2......(4-1)Δh2≤Δh1+(KP1-1)h2......(4-2)Δh2取(4-1)式和(4-2)式求出中的小數(shù)。
上式中h2為直接頂板厚度，Δh2為直接頂板下的控高。
K為系數(shù)，可取為2.0～2.5，一般應(yīng)通過實際觀測確定。對老頂下允許的空高，按“砌體深”結(jié)構(gòu)的“S-R”穩(wěn)定性理論[8]Δh1≤L(sinθ1+sinθ2) ......(4-3)式中θ1≤sin-1[1.5i-0.25i+2(h+h1)r/0.15σc......(4-4)]]>θ1≥sin-1[4/3(i-tgφ)] ......(4-5)i＝h/L，h為計算承載老頂?shù)暮穸?m)，L為老頂周期垮落步距(m)，Δh1為老頂下的控高(m)θ2＝θ1/4，θ1，θ2為“砌體深”B，C塊轉(zhuǎn)角，h1為承載層負載巖層的厚度(m)，σC為承載層抗壓強度，r為巖體容重tgφ為巖塊間的磨擦系數(shù)，一般取0.3。
4.1.3.放頂煤方式和采、放煤控制高度放頂煤現(xiàn)一般采用放煤口單輪順序，雙輪順序和單輪間隔等放煤方式，其實質(zhì)就是以放煤口進行點式放煤，在頂煤中形成放煤橢球體及相應(yīng)地松動橢球體和矸、煤漏斗，其矸石易串入煤中，造成煤炭含矸率增加，甚至成為煤矸石，另外還丟失放煤口之間的三角煤和兩放煤體之間的脊背煤，回收率低。這種放煤方式是手工操作的產(chǎn)物，必須要改變。要在工作面全長上，同時進行有控地放煤，這樣頂煤的移動，排放將是一個平面問題。松散體的放出平面曲線，根據(jù)模型實驗、概率分析，它趨近于正態(tài)分布曲線[3]。放出松散體形成的下沉曲線圖(見圖4-3)圖(4-3)中，I線為在1處放出一定量松散煤體的下沉曲線，也是煤、矸分界線。其放出量為I線與頂板線構(gòu)成平面(量值)的體積量(其厚度為單位長度，以下同)，而再在2處放煤(各處放煤量相同)時，II為下沉曲線。放出量為I、II線間構(gòu)成的平面(量值)的體積量，依此類推。從圖(4-3)中可見IV，V線基本相同，也就是說隨工作面的推進，采用在工作面全長、有控、均勻地放頂煤，當工作面推進到一定程度后，其放煤形成的煤體下沉曲線(煤矸分界線)，以一基本相同的形式推進。并有下列關(guān)系
H1＝r·tgβ ..........(4-6)式中H1為放煤高度(m)，r為下沉曲線的影響范圍(m)，tgβ為曲線拐點處的斜率。β、r值應(yīng)通過實踐和觀測確定。
上述放頂煤的方法由下而上逐步放煤，直接頂板隨著頂煤下沉，頂板下不出現(xiàn)空高。因此，矸煤分界明顯，煤的回收應(yīng)有理想的效果。
應(yīng)采用機械破煤創(chuàng)造條件，再通過礦壓破煤使頂煤逐步成為最有利放出的松散體。
采用高位放煤的方式，即在支護框架頂上后部設(shè)置可控的平行于工作面的槽形放煤口放煤。這樣“4KQ”采煤方法的采放高度就可由三部分組成hk，頂煤碎脹增厚的部分和Δh2或由放煤下沉曲線確定的H1值，則有h3＝hk+Δh2+(kp2-1)(H-hk)......(4-7)或h3＝hk+H1+(kp2-1)(H-hk)......(4-8)式中H為煤層厚度(m)，hk為工作面控高度(m)，h3為采放煤高度(m)，KP2為頂煤碎脹系數(shù)。
對不同煤層的放頂煤參數(shù)應(yīng)根據(jù)放煤和頂板控制兩個方面進行分析比較得到合理數(shù)值并制訂最優(yōu)的方案。如一次采完較厚煤層，由于放煤過量破壞優(yōu)化開采時，應(yīng)考慮分次開采問題。
4.2.“4KQ”采煤方法的巷道布置“4KQ”采煤方法的特點是可以進行多點落煤，全面放頂煤，快速推進提高工作面單位長度上的生產(chǎn)能力，因此，工作面的長度應(yīng)適當，在100米左右，這樣可減少設(shè)備的占用量，提高利用率。由于推進速度快，巷道在采煤時保留期短，不需留煤柱維護，“4KQ”采煤方法井巷部署的原則是沿煤層底部布置平行的巷道作行人，運輸，通風，管線敷設(shè)等，布置垂直于平行巷道的通道作行人、設(shè)備管理、安裝維修、管線敷設(shè)等。巷道系統(tǒng)(見圖4-2)分為掘進區(qū)，生產(chǎn)準備區(qū)和采煤區(qū)，三個區(qū)段必須有兩套獨立的通風、運輸、提升、供電等系統(tǒng)與井筒相通，以增強與地面的聯(lián)系能力，改善生產(chǎn)安全環(huán)境。掘進區(qū)和采煤區(qū)朝一個方向推進，巷道連通有利于生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)整，搬運，減少巷道維持時間。在生產(chǎn)準備區(qū)中應(yīng)該處理好礦井瓦斯、水和地質(zhì)構(gòu)造等問題，同時做好生產(chǎn)準備工作，“4KQ”采煤方法的井巷布置由煤層分布，地質(zhì)條件等來進行區(qū)域的劃分，并應(yīng)以整個煤田來考慮。它影響到井筒位置和地面生產(chǎn)、生活區(qū)域的設(shè)置。
4.3.“4KQ”采煤方法工作面的通風“4KQ”采煤工作面的特點是通風斷面小，產(chǎn)量大，需風多。但工作面除放煤口和煤壁外其他方面基本上為封閉狀態(tài)。因此，采煤工作面的瓦斯主要來源為煤壁和破落及放頂煤產(chǎn)生的煤塊在工作面停留時釋放出來的瓦斯。為加大通風能力采用“W”型通風方式(見圖4-2)，工作面最大風速采用5m/S(按規(guī)程規(guī)定)，則工作面年通風生產(chǎn)能力為A＝31.1×ηs1/qcH4×Q 萬噸/年......(4-9)式中Q為通風量(m3/s、Q＝10S)，ηs1為時間利用系數(shù)，取ηs1＝0.9，qcH4為相對瓦斯?jié)舛?m3/t)，S為工作面有效利用斷面(m2)，當工作面支護框架高為1.0米或1.1米采用單列支護框架時S為0.75m2和0.85m2，采用雙列支護框架時S為1.5m2和1.7m2，則工作面的年通風生產(chǎn)能力見表4-1，工作面風量、瓦斯與年產(chǎn)量表 表4-1單位萬噸/年 從表4-1可見關(guān)鍵的問題是要將工作面的相對瓦斯涌出量控制在2m3/t以內(nèi)。在實際生產(chǎn)中，開灤唐山礦在采高2.5米，工作面長100米，III級瓦斯礦井條件下供風660～780米3/分，最高日產(chǎn)達6600噸/日。
上述說明，4KQ采煤工作面的通風能力與采煤能力基本上相適應(yīng)，現(xiàn)場實際相應(yīng)通風能力已達到相當高的產(chǎn)量水平。在相對瓦斯含量小的情況下，100米長的工作面的年通風能力可達200多萬噸。
降低采煤工作面相對瓦斯含量的措施(1)增加通風量采用W型通風方式，可比U型通風方式提高通風生產(chǎn)能力一倍。
(2)在掘進、生產(chǎn)準備區(qū)段中的巷道要有一定的停留時間，一般在100天以上，充分利用巷道預(yù)排煤層中的瓦斯，兩區(qū)段要有獨立的通風系統(tǒng)，風流不進入采煤工作面的通風系統(tǒng)中。這樣可預(yù)排煤層中的瓦斯50％左右。
(3)減少采空區(qū)，鄰近煤、巖層中的瓦斯進入采煤工作面。
(4)在生產(chǎn)準備區(qū)段中采用鉆孔排放、瓦斯抽放和煤層注水等措施降低煤層中的瓦斯含量。使進入采煤區(qū)段煤炭的相對瓦斯涌出量降低到2m3/t以下。
4.4、“4KQ”采煤方法的適應(yīng)范圍(1)、主要適應(yīng)于開采頂板為I、II、III級的緩傾斜中、厚煤層，特厚煤層。
(2)、適應(yīng)于急傾斜特厚煤層的開采。采用水平分段放頂煤開采。
(3)、有利于對煤層厚度有變化的煤層開采，對煤厚不同地段調(diào)整放煤能力，以適應(yīng)煤厚的變化。
(4)、有利于對堅硬頂板(IV級)煤層的開采，采取先沿底板采出較薄一層煤，不放頂煤，使頂煤垮落破碎，堅硬頂板斷裂有控下沉，做到不產(chǎn)生沖擊地壓，並保持煤層的完整性以利再次采出整個煤層。
(5)、有利于進行“三下一上”開采，由于可以采用小采高(不放頂煤)全面快速開采，在煤層中不留煤柱，因此，在頂、底板中形成的“上、下三帶”的相對變形和礦壓及顯現(xiàn)的相對量值都會減小，地表的下沉，水平變形的相對量值也會變小，因而有利進行于“三下一上”開采，采用間隔開采，逐步將煤層全部采出。
(6)、增強了抵抗煤層發(fā)火的能力。由于在煤層中不留煤柱和工作面快速推進，在發(fā)火期內(nèi)可以推進工作面幾百米，甚至上千米，脫離空氣的補給，而難于產(chǎn)生自燃。
(7)、有利于對軟底板煤層的開采。支護框架底板為全封閉，設(shè)計底板比壓為1MPa以下，而軟底板允許比壓為達3MPa，因此，可以滿足開采軟底板煤層的需要。
五、聯(lián)合自控采煤設(shè)備的基本內(nèi)容一定的采煤方法需要相應(yīng)的生產(chǎn)手段。“4KQ”采煤方法的實現(xiàn)必須要有能完成其工藝要求完全能實現(xiàn)采煤過程機械化、自動化的采煤設(shè)備—聯(lián)合自控采煤設(shè)備。
聯(lián)合自控采煤設(shè)備的基本點由一定長度的支護框架聯(lián)接組成設(shè)備的基體。支護框架是落煤設(shè)備的支撐、導(dǎo)向、推移的構(gòu)架，并與控放煤槽口，運輸機，液壓推移設(shè)備聯(lián)合為一整體，采用變頻調(diào)速電機，乳化液泵站為動力設(shè)備，采用可編程控制器(微型計算機)、傳感測試技術(shù)、液壓電控傳動技術(shù)等實現(xiàn)全過程自動控制。
六、“4KQ”采煤方法的比較優(yōu)勢和積極效果(1)改造、提升傳統(tǒng)的煤層開采技術(shù)，實現(xiàn)采煤工藝最優(yōu)化，實現(xiàn)采煤過程高度機械化、自動化，實現(xiàn)無人采煤工作面。
(2)我國中厚煤層、厚煤層、特厚煤層的儲量占80％以上，適應(yīng)用“4KQ”采煤方法開采。這樣聯(lián)合自控采煤設(shè)備也有廣闊的市場。
(3)聯(lián)合自控采煤設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，造價低，裝備相同的工作面費用比綜采低。提升煤機產(chǎn)品水平和發(fā)展煤機制造行業(yè)。
(4)聯(lián)合自控采煤設(shè)備體積小，重量輕，有利于搬運安裝，因此可以把在井下的一些作業(yè)量在井上實現(xiàn)，減少井下工作人員。并比綜采有更大的適應(yīng)范圍，如對煤層厚薄變化較大和只能布置較短工作面的煤層開采。
(5)有利于“三下一上”、堅硬頂板和軟底板煤層的開采和防止煤層自燃。
(6)由于實現(xiàn)了機械化、自動化、無人生產(chǎn)工作面，提高了工效，減少了作業(yè)人員，改善了生產(chǎn)的安全環(huán)境，提高了安全生產(chǎn)的水平，較大地減少安全事故。
(7)“4KQ”采煤方法的積極效果提高單產(chǎn)、效率、效益礦井平均工效提高五倍左右，噸煤生產(chǎn)成本降低20％左右，生產(chǎn)安全環(huán)境極大改善，消除高危作業(yè)，較大降低事故率。具體數(shù)據(jù)見表(6-1)礦井生產(chǎn)能力、效率，職工人數(shù)表表6-1
聯(lián)合自控采煤設(shè)備平均工作面每米設(shè)備重量比輕型液壓支架工作面減少約30％，比綜采放頂煤液壓支架工作面減少約70％，并且結(jié)構(gòu)比較簡單，其造價也將大幅度降低。
七.“四控”式全面采煤方法的實施(1)我國煤炭開采主要采取地下開采方法，其中占80％以上儲量的煤層適用“四控”式全面采煤方法，因此，本發(fā)明有廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。
(2)本發(fā)明的“四控”式全面采煤方法的生產(chǎn)設(shè)備為聯(lián)合自控采煤設(shè)備，而該設(shè)備的制造是在新的觀念指導(dǎo)下，在新的技術(shù)平臺上，對煤炭行業(yè)內(nèi)外先進技術(shù)和高新技術(shù)進行有機的組合，因此，聯(lián)合自控采煤設(shè)備是完全可以制造成功的。
(3)本發(fā)明的“四控”式全面采煤方法的井巷部署都可以用現(xiàn)有方法進行施工；通風、運輸、供電等系統(tǒng)都可采用現(xiàn)有的技術(shù)是完全可以實施的。
綜上所述，本發(fā)明完全有條件、有措施進行全面實施，將采煤生產(chǎn)提升到一個新的水平。
權(quán)利要求
1.“四控”式全面采煤方法是在新的觀念和高新技術(shù)平臺上，以最優(yōu)化的方式處理采煤過程中的破煤，放頂煤、運煤、礦壓、支護和工作面推進之間的關(guān)系。在煤層底部布置平行和垂直巷道工作面的切眼或檢查、準備巷道，將煤層劃分成長方塊，在煤層中不留煤柱。生產(chǎn)區(qū)域分為掘進、生產(chǎn)準備和采煤三個區(qū)段，按一個方向全面推進，并在掘進和生產(chǎn)準備區(qū)段中做好預(yù)排瓦斯和地質(zhì)構(gòu)造、礦井水等處理工作，確保生產(chǎn)工作正常進行。采煤時，聯(lián)合自控采煤設(shè)備沿煤層底板全面連續(xù)承壓推進，自控完成落煤、放頂煤、工作面運煤、設(shè)備推進等工序，有層次，有程序地采出整個煤層，對特厚煤層在開采時做到不破壞煤層的成層性，以利再次開采。按以上規(guī)則合理確定工作面的破煤高度，控制高度和寬度；確定放煤高度和放煤方式，確定頂板下的空高，控制頂板要求做到有規(guī)律地冒落和沉降；在放頂煤過程中做到煤矸線分明，以提高回收率。合理確定工作面支架高度、長度、寬度，減小工作面單位支架上的礦壓總量，做到采用常規(guī)液壓推進設(shè)備承壓推進采煤設(shè)備(包括支護框架)，并實現(xiàn)采煤機械化、自動化，工作面生產(chǎn)時無人操作，快速推進，實現(xiàn)高產(chǎn)、高效、低消耗、低成本，安全地采出整個煤層。簡稱為“四控”式全面(4KQ)采煤方法?！八目亍睘榭馗?工作面破煤高度，支架高度)，控放(放頂煤高度和方式)，控頂(頂板有規(guī)律沉降)，自控(采煤設(shè)備自控完成各項采煤工序)，全面(在煤層中不留煤柱，全面推進，采出整個煤層)。
2.按權(quán)利要求1所述的“四控”式全面采煤方法，其特征在于破煤采用多刨頭，小進度，循環(huán)刨煤的方式，這樣有利于對工作面空間的控制，有利于機械和礦壓破煤，使其單位能耗最小，同時機械破煤的高度要考慮頂煤的破碎，使之成為最有利于放出的破碎體。
3.按權(quán)利要求1所述的“四控”式全面采煤方法，其特征在于要控制支護高度和放出頂煤的高度，以使直接頂不出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)冒落，老頂呈“砌體梁”結(jié)構(gòu)有規(guī)律地沉降；這樣不破壞煤層的完整性，提高采出率，并減少作用在支護框架上的礦壓強度，使其在一般液壓推進器作用下，能承壓推進。簡化開采工藝使之易于實現(xiàn)開采過程機械化，自動化，實現(xiàn)無人生產(chǎn)工作面，防止出現(xiàn)頂板事故。
4.按權(quán)利要求1所述“四控”式全面采煤方法，其特征在于巷道沿煤層底板走向平行布置，并設(shè)置與其相垂直的巷道作行人、通風、運輸、設(shè)備安裝、檢修等作用。在煤層開采的掘進、生產(chǎn)準備、采煤三個區(qū)段中，平行巷道相連，并且必須形成二套獨立的系統(tǒng)與井筒相通，以增強與地面相聯(lián)系的能力，改善各區(qū)段的生產(chǎn)安全環(huán)境，提高礦井生產(chǎn)能力，適應(yīng)工作面快速推進的需要。在掘進和生產(chǎn)準備區(qū)段中，要有控制地做好瓦斯預(yù)排工作。對高、突瓦斯煤層要做好排放，抽放和煤層注水等工作，使進入采煤區(qū)段煤炭的相對瓦斯涌出量降低到2立方米/噸以下。不允許掘進，生產(chǎn)準備區(qū)段排出的瓦斯進入采煤區(qū)段中，在加強通風工作的條件下，做到瓦斯不超限，同時加強瓦斯監(jiān)測、監(jiān)控、綜合治理、以避免瓦斯事故。在生產(chǎn)準備區(qū)段，要做好地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)等問題的處理和設(shè)備安裝等工作，保證在采煤區(qū)段中生產(chǎn)正常進行。
5.按權(quán)利要求1所述“四控”式全面采煤方法，其特征在于聯(lián)合自控采煤設(shè)備由一定長度的支護框架聯(lián)接組成設(shè)備的基體。支護框架是落煤設(shè)施的支撐、導(dǎo)向、推移的構(gòu)架。落煤采用多刨頭、循環(huán)、變速的刨煤方式。長方形放煤槽口、運輸機、液壓推進設(shè)備與支護框架聯(lián)合成一個整體。采用變頻調(diào)速電機、乳化液泵站為動力設(shè)備，采用可編程控制器(或微型計算機)、傳感測試技術(shù)、液壓電控傳動等高新技術(shù)實現(xiàn)采煤全過程自動控制。設(shè)備推進從有導(dǎo)向，推移和定位設(shè)施的兩端機頭和與巷道相通的中間框架起始，依次采用鄰架相互推進。在開采生產(chǎn)能力較大的厚煤層時，采用雙列設(shè)備。支護框架應(yīng)設(shè)有一定高、寬的空間，滿足在停止采煤時員工能進入其中做維修，調(diào)整工作。
6.按權(quán)利要求1所述“四控”式全面采煤方法，其特征在于放頂煤方法在支護框架頂面后部，設(shè)置平行于工作面的可控的長方形放煤槽口。在設(shè)備推進中，在工作面全長上實行有控放煤，根據(jù)煤層厚度及變化和推進速度來調(diào)整放煤槽口的寬度，做到全面的較完善地放出整個煤層，這樣的放煤方式頂煤的移動和排放將是一個平面問題，其放煤曲線趨近于地表下沉盆地曲線(半無限平面)，使煤矸分界面明顯，在放煤控制合理，煤的回收率應(yīng)達到理想的效果。如一次采完較厚煤層，由于放煤過量，使老頂下沉，直接頂冒落不能得到有效控制，破壞優(yōu)化開采，影響采煤效益時，應(yīng)合理安排進行分次開采。
全文摘要
“四控”式全面采煤方法，‘四控’為控高(工作面破煤高度、支架高度)，控放(放頂煤高度和方式)，控頂(頂板有規(guī)律地沉降)，自控(采煤設(shè)備自控完成各項采煤工序)，全面(在煤層中不留煤柱，全面推進采出整個煤層)。在煤層開采過程中，掘進、生產(chǎn)準備、采煤三個區(qū)段向同一個方向推進，平行巷道相連。三個區(qū)段必須通過兩套獨立通風、運輸、供電等系統(tǒng)與井筒相通。這樣有利于行人、搬運和煤層瓦斯、地質(zhì)構(gòu)造等問題的處理，以提升安全生產(chǎn)環(huán)境，提高單產(chǎn)、單進水平和實現(xiàn)采煤過程高度機械化、自動化。
文檔編號E21C41/18GK1763351SQ200310110640
公開日2006年4月26日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者肖自立 申請人:肖自立