一种薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统及方法，属于井下煤层群首采薄煤层综合开采相关技术领域。通过优化采煤机选型和开采方法进行煤岩同采工作面高效开采，并在井下建立煤矸洗选系统将采出煤矸进行高效分离，在提高煤质、减轻矿井运输负担的同时为保护层工作面的巷旁充填提供了原材料，最后巷旁充填在采空侧构建形成优势瓦斯通道，为保护层采场瓦斯的综合导流治理提供了条件。本发明专利技术将煤岩高效同采、采后煤矸井下高效分离、分离后矸石充填利用构筑留巷及留巷内采场瓦斯综合治理相结合联系，使得薄保护层的开采变得安全高效、经济绿色，形成网络一体化协同控制系统和方法，具有良好的应用前景和推广价值。

Integrated control system and method for integrated mining and gas control network of thin seam

The invention discloses an integrated control system and method for thin coal seam comprehensive mining and gas control network, belonging to the technical field of comprehensive mining of the first thin coal seam of underground coal seam group. By optimizing the selection of mining method of coal mining machine and coal rock mining working face with high efficient mining, and the establishment of coal gangue washing system in underground coal mining gangue will effectively separate, in reducing the burden of coal transport and provide the raw material for the working surface of the protective layer to improve the quality of roadside packing, and finally packing form the advantages of gas channel in the goaf, provided the conditions for the protection layer of stope gas diversion comprehensive governance. The invention of coal mining, mining, after efficient separation, coal gangue underground after the separation of waste filling by Liu Xiang and Liu Xiang in the construction of stope gas comprehensive management combined, making the mining thin protective layer become safe and efficient, green economy, the formation of cooperative control system and method of network integration, good the application prospect and popularization value.

【技术实现步骤摘要】
一种薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统及方法
本专利技术提出一种薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统及方法，尤其适用于深井煤层群首采薄煤层的综合高效安全开采。
技术介绍
开采保护层能显著降低邻近被保护层的突出危险性，是煤层群开采的首选措施，一般情况下，薄煤层突出危险性小，因此许多薄或极薄煤层虽然开采条件差，但在深部矿井开采时，却往往被选择优先开采，从而以较低危险性实现采场采动卸压，使得在薄煤层采动影响范围内实现邻近上、下覆煤岩层的预先卸压，降低邻近卸压煤层的突出危险性，保证深部高突煤层的安全开采。由于薄煤层煤层较薄，且受赋存条件影响，厚度变化较大，局部区域甚至出现尖灭，开采过程需要切割大量岩石，工作面往往需要煤岩同采，这就要求采煤机必须能够实现煤岩同采，由于顶板质地坚硬，因此需要采煤机的破岩能力和装运岩石的能力强、配套功率大、耐磨性和稳定性好；煤层厚度较小使得装机尺寸必须小，方便灵活；薄煤层开采工作面推进速度较慢，开采效率低下，亟需对深部复杂薄煤层开采技术和装备进行研究，对采煤机、运输机、转载机以及液压支架重新进行选型选择，开发出适合深部复杂薄煤层开采的成套技术和装备，从而实现深井复杂薄煤层的综合机械化安全高效开采；同时开采出的大量岩石，严重影响矿井产煤的煤质，且大量矸石的提升增加了矿井的运输和提升负担，增加了提升运输成本，不利于矿井的高效经济开采；而深部煤层群首采薄煤层开采后，保护层采动瓦斯和下覆被保护层卸压瓦斯会大量涌入回采空间，巷道风排能力不足，传统通风方式适应性降低，瓦斯问题严重威胁工作面的生产安全，亟需针对性的措施强化瓦斯治理。因此如何实现薄煤层综合机械化高效、绿色和安全开采成为深井煤层群开采的重要难题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是克服已有技术中存在的不足之处，提供一种安全高效、经济绿色的薄保护层开采系统及方法。技术方案：一种薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统，包括采煤装置、井下矸石洗选处理仓、充填泵以及通风系统；所述采煤装置在工作面上采煤形成采空区，并将采集的落煤运输至所述井下矸石洗选处理仓；所述井下矸石洗选处理仓用于对落煤进行破碎、洗选和分离形成中煤和矸石；并将所述中煤随矿井运输系统经主井运送至煤仓；将所述矸石进行粉碎形成充填原料运输至充填泵；所述充填泵用于对所述充填原料以及地面生产的干混充填材料按一定配比混合形成充填材料并加水搅拌均匀，并输送至采空区一侧的充填模进行充填形成充填墙体；所述充填墙体与待采煤层煤壁之间构筑形成采空侧回风巷；在所述工作面两侧设有主要进风巷和辅助进风巷；与所述采空侧回风巷连接有回风巷，所述回风巷与回风井连通，所述回风井通向地面；所述主要进风巷、辅助进风巷、采空侧回风巷、回风巷与回风井构成所述通风系统。所述采煤机采用MG500/1120-WD型综采双滚筒电牵引采煤机。所述地面生产的干混充填材料为矿自备电厂三级以上散装粉煤灰、水泥和外加剂。所述充填泵的初次布置位置为与所述工作面距离300米的范围内。所述充填泵的安装巷道高度不小于2.65m。一种薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制方法，包括步骤：(1)分析薄煤层开采中可能遇到的赋存不稳定、煤层厚度变化大、局部存在尖灭情况，对采煤机进行设备选型；选用液压支架沿工作面倾斜方向成直线排列对工作面进行支护；(2)所述采煤机端头斜切进刀双向割煤，根据煤岩层厚度比值优化开采方式进行采煤；(3)所述采煤机采集的落煤运输至井下矸石洗选处理仓；所述井下矸石洗选处理仓(5)对落煤进行破碎、洗选和分离后，形成中煤和矸石；(4)所述中煤随矿井运输系统经主井运送至煤仓，矸石经粉碎后形成直径小于25mm矸石颗粒充填原料运输至至充填泵处；(5)所述充填泵将所述充填原料以及地面生产的干混充填材料按一定配比混合形成充填材料并加水搅拌均匀，并输送至采空区内侧的充填模进行充填形成充填墙体，在充填墙体与待采煤层煤壁之间构筑形成采空侧回风巷；(6)在采空侧回风巷内向采空区内施工墙体埋管，向上施工顶板高位导流钻孔和向下施工底板穿层导流钻孔，导流抽采采场瓦斯；风流从所述主要进风巷和辅助进风巷流入，从采空侧回风巷流出，然后经回风巷、回风井流向地面，形成一面三巷的优势流动通道。所述采煤机根据煤岩层厚度比值优化开采方式进行采煤具体为：岩层厚度占采高的1/3以下时，采用所述采煤机破岩；岩层厚度占采高的1/3及以上时，通过打钻松动爆破预裂的方式，先将岩层破碎，再采用采煤机进行切割；松动爆破预裂时，岩层厚度为采高的1/3～2/3时，钻孔采用单排孔布置方式；岩层厚度大于采高的2/3时，钻孔采用双排间隔布置方式。有益效果：本专利技术提出一种薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统及方法，将薄保护层开采、矸石处理、巷旁充填和留巷瓦斯综合治理技术相互结合，网络一体，协同控制。实现了煤岩同采工作面高效开采，并通过在井下建立煤矸洗选系统将采出煤矸进行高效分离，在提高煤质、减轻矿井运输负担的同时为保护层工作面的巷旁充填提供了原材料，最后巷旁充填在采空侧构建形成优势瓦斯通道，为保护层采场瓦斯的综合导流治理提供了条件。本专利技术将薄保护层煤岩高效同采、采后煤矸井下高效分离、分离后矸石充填利用构筑留巷及留巷内展开采场瓦斯综合治理相结合联系，高效开采为巷旁充填和瓦斯治理提供条件，瓦斯治理又反过来为高效安全开采提供保证，使得薄保护层的开采变得安全高效、经济绿色，形成网络一体化协同控制系统和方法，具有良好的应用前景和推广价值。附图说明图1是本专利技术的薄保护层综合开采立体示意图。图2是本专利技术的薄保护层工作面开采与巷旁充填示意图。图3是本专利技术的采空侧回风巷瓦斯导流钻孔布置立体示意图。图中：1-煤仓，2-主井，3-副井，4-充填管路，5-井下矸石洗选处理仓，6-辅助进风巷，7-主要进风巷，8-工作面，9-采空区，10-充填墙体，11-侧回风巷，12-回风巷，13-回风井，14-皮带，15-充填管路泵，16-转载机，17-采煤机，18-刮板运输机，19-充填模板，20-液压支架，21-墙体埋管，22-顶板高位导流钻孔，23-底板穿层导流钻孔，24-上覆邻近层，25-下覆邻近煤层，26-顶板高位导流钻孔施工方向，27-顶板高位导流钻孔内瓦斯流动方向，28-底板穿层导流钻孔施工方向，29-底板穿层导流钻孔内瓦斯流动方向。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。图1是本专利技术的薄保护层综合开采立体示意图。如图1所示，本专利技术的薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体化协同控制系统包括煤仓1、主井2、副井3、井下矸石洗选处理仓5、采煤装置、充填泵15以及通风系统。采煤装置包括采煤机，采煤机17在工作面8上工作，采煤形成采空区9；采煤机采集的落煤运输至井下矸石洗选处理仓5，井下矸石洗选处理仓5对落煤进行破碎、洗选和分离形成中煤和矸石；其中，中煤随矿井运输系统经主井2运送至地面煤仓1，矸石在井下矸石洗选处理仓5经粉碎后形成直径小于25mm矸石颗粒充填原料运输至至充填泵15位置处；由地面专门生产线生产出干混充填材料，以袋装或专用集装箱散装运至井下泵站，充填原料与井上经副井3输送的其他原材料混合形成充填材料；其中充填材料除了经粉碎形成的矸石颗粒外主要还有矿自备电厂三级以上散装粉煤灰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统，其特征在于：包括采煤装置、井下矸石洗选处理仓(5)、充填泵(15)以及通风系统；所述采煤装置在工作面(8)上采煤形成采空区(9)，并将采集的落煤运输至所述井下矸石洗选处理仓(5)；所述井下矸石洗选处理仓(5)用于对落煤进行破碎、洗选和分离形成中煤和矸石；并将所述中煤随矿井运输系统经主井(2)运送至煤仓(1)；将所述矸石进行粉碎形成充填原料运输至充填泵(15)；所述充填泵(15)用于对所述充填原料以及地面生产的干混充填材料按一定配比混合形成充填材料并加水搅拌均匀，并输送至采空区(9)一侧的充填模(19)进行充填形成充填墙体(10)；所述充填墙体(10)与待采煤层煤壁之间构筑形成采空侧回风巷(11)；在所述工作面(8)两侧设有主要进风巷(7)和辅助进风巷(6)；与所述采空侧回风巷(11)连接有回风巷(12)，所述回风巷(12)与回风井(13)连通，所述回风井(13)通向地面；所述主要进风巷(7)、辅助进风巷(6)、采空侧回风巷(11)、回风巷(12)与回风井(13)构成所述通风系统。

【技术特征摘要】
1.一种薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统，其特征在于：包括采煤装置、井下矸石洗选处理仓(5)、充填泵(15)以及通风系统；所述采煤装置在工作面(8)上采煤形成采空区(9)，并将采集的落煤运输至所述井下矸石洗选处理仓(5)；所述井下矸石洗选处理仓(5)用于对落煤进行破碎、洗选和分离形成中煤和矸石；并将所述中煤随矿井运输系统经主井(2)运送至煤仓(1)；将所述矸石进行粉碎形成充填原料运输至充填泵(15)；所述充填泵(15)用于对所述充填原料以及地面生产的干混充填材料按一定配比混合形成充填材料并加水搅拌均匀，并输送至采空区(9)一侧的充填模(19)进行充填形成充填墙体(10)；所述充填墙体(10)与待采煤层煤壁之间构筑形成采空侧回风巷(11)；在所述工作面(8)两侧设有主要进风巷(7)和辅助进风巷(6)；与所述采空侧回风巷(11)连接有回风巷(12)，所述回风巷(12)与回风井(13)连通，所述回风井(13)通向地面；所述主要进风巷(7)、辅助进风巷(6)、采空侧回风巷(11)、回风巷(12)与回风井(13)构成所述通风系统。2.根据权利要求1所述的薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统，其特征在于：所述采煤机(17)采用MG500/1120-WD型综采双滚筒电牵引采煤机。3.根据权利要求1所述的薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统，其特征在于：所述地面生产的干混充填材料为矿自备电厂三级以上散装粉煤灰、水泥和外加剂。4.根据权利要求1所述的薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统，其特征在于：所述充填泵(15)的初次布置位置为与所述工作面(8)距离300米的范围内。5.根据权利要求1所述的薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统，其特征在于：所述充填泵(15)的安装巷道高度不小于2.65m。6.一种基于权利要求1～5任...

【专利技术属性】
技术研发人员：林柏泉，刘统，王正，刘厅，杨威，李贺，黄展博，王皓，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32