CN104251139B - 采煤工作面冒落区充填开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采煤工作面冒落区充填开采方法，可有效解决煤炭充填开采时受采煤工作面空间与时间限制大，受地面空间限制大，工作面采煤效率低的问题，其解决的技术方案是，由以下步骤实现：（一）充填专用巷的掘进；（二）建立地面充填站；（三）确定每循环的充填步距；（四）钻注浆孔并连接管路；（五）充填作业；（六）循环开采；本发明的采煤工作面冒落区充填开采方法与其它充填方法相比，不受采煤工作面空间与时间的限制，且不受地面空间的限制，只要条件适宜，这种冒落区充填方法可以搭配任何采煤工艺，配合综采放顶煤开采方法易于实现充填工作面的高产高效，克服以往充填工作面产量低的缺点，有良好的社会和经济效益。

Description

采煤工作面冒落区充填开采方法

技术领域

本发明涉及煤炭开采技术领域，特别是一种采煤工作面冒落区充填开采方法。

背景技术

煤炭资源的开采利用，不可避免给人类生存的环境造成了损害：煤炭从地层中采出之后，将引起地表的沉陷；矿区排放矸石及电厂产生的粉煤灰侵占土地、污染环境、危害人类安全；“三下”采煤问题日益突出，解放“三下”采煤成为煤矿企业急需解决的重大技术难题之一。

充填开采方法既能利用了矿井生产过程中产生的废弃物，又可以解放“三下”煤炭资源，是控制开采损害，提高煤炭采出率行之有效的技术手段，目前国内应用成熟的充填开采方法主要有水力充填采煤法、高水充填采煤法、膏体似膏体充填采煤法、矸石综合机械化充填采煤法等，由于水力充填采煤法、高水充填采煤法、膏体似膏体充填采煤法一般需要人工构筑挡墙或隔离模板，以隔离充填区域与采煤区域，综合机械化矸石充填采煤法采煤作业与充填作业交替进行，不可避免地增加了工作面充填作业工序，因此工作面产量受到限制；覆岩离层注浆法需要考虑地面充填站布置空间，对于地面村庄十分密集地区，有一定的困难，另外，考虑覆岩离层注浆减沉效果，也存在争论。综放工作面由于煤层开采厚度大，难以对放煤高度部分施工隔离模板，综放工作面不具备设置隔离模板的条件，综放工作面一直难以实现充填作业，是长期制约“三下”煤炭资源高产高效发挥的技术瓶颈，因此有必要研究新型充填开采方法解决采煤工作面充填开采问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种采煤工作面冒落区充填开采方法，可有效解决煤炭充填开采时受采煤工作面空间与时间限制大，受地面空间限制大，工作面采煤效率低的问题。

本发明解决的技术方案是，由以下步骤实现：

（一）充填专用巷的掘进

根据采煤工作面上覆岩层情况，结合«岩层控制的关键层理论»确定工作面覆岩之上距工作面最近的稳定性岩层位置，根据地应力大小、岩层力学性质、专用巷支护难易程度、来确定充填专用巷的施工位置及断面尺寸，采用常规方法完成充填专用巷的掘进和支护；

（二）建立地面充填站

充填专用巷施工的同时，根据地面空地情况及井下需要充填的区域，选择地面充填站的位置及地面钻孔位置，确定充填钻孔尺寸，建立地面充填站后开始钻充填孔，充填孔使地面和充填专用巷相连通；

（三）确定每循环的充填步距

根据工作面开采厚度、推进速度、工作面走向长度、工作面基本顶极限破断距，确定每循环的充填步距、相邻充填钻场间隔距离、注浆孔数目，以保证在直接顶跨落后，基本顶尚未垮落前及时进行充填作业；

（四）钻注浆孔并连接管路

以每个充填钻场的注浆孔数目对应于每个充填钻场进行钻孔，钻孔后连接管路，管路的一端经充填钻孔接地面充填站的料浆缓冲料斗出料端，另一端经布料支管接待充填的冒落区上方的注浆孔上端，每个注浆孔均与冒落区贯通；

（五）充填作业

采煤工作面开始回采并不断向前推进，工作面后方达到预先确定的每循环的充填步距时，启动地面充填站内料浆配置系统，通过矸石仓、粉煤灰仓、胶结料仓、高位水池，连续向双螺旋搅拌机内供给物料，制成似膏体浆料，似膏体浆料由重量百分比的：矸石30-40%，粉煤灰30-40%，胶结料3-10%，水20-25%混匀制成，制成的似膏体浆料送入料浆缓冲料斗，由料斗内的控制装置连续送入管路，充填作业开始时，打开管路上的管路阀门，似膏体浆料通过布料支管和注浆孔流入采煤后空的冒落区，进行充填作业；根据每循环的充填步距确定完成充填作业所需时间，在充填作业即将完成时，注浆减小料浆流量以保证充填效果；

（六）循环开采

一个充填循环完毕后，进行下一个循环的充填作业，直至开采过程完毕。

本发明的采煤工作面冒落区充填开采方法与其它充填方法相比，不受采煤工作面空间与时间的限制，且不受地面空间的限制，只要条件适宜，这种冒落区充填方法可以搭配任何采煤工艺，配合综采放顶煤开采方法易于实现充填工作面的高产高效，克服以往充填工作面产量低的缺点，有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明的地面充填站结构连接图。

图3为本发明的沿工作面走向剖视图。

图4为本发明的图3的A-A向剖视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1至图4给出，本发明由以下步骤实现：

（一）充填专用巷的掘进

根据采煤工作面上覆岩层情况，结合«岩层控制的关键层理论»确定工作面覆岩之上距工作面最近的稳定性岩层位置，根据地应力大小、岩层力学性质、专用巷支护难易程度、来确定充填专用巷30的施工位置及断面尺寸，采用常规方法完成充填专用巷的掘进和支护；

（二）建立地面充填站

充填专用巷施工的同时，根据地面空地情况及井下需要充填的区域，选择地面充填站的位置及地面钻孔位置，确定充填钻孔18尺寸，建立地面充填站后开始钻充填孔，充填孔使地面和充填专用巷相连通；

（三）确定每循环的充填步距

根据工作面开采厚度、推进速度、工作面走向长度、工作面基本顶极限破断距，确定每循环的充填步距、相邻充填钻场26间隔距离、注浆孔27数目，以保证在直接顶21跨落后，基本顶22尚未垮落前及时进行充填作业；充填步距通常为10m～15m，注浆孔数量通常为3-5个，各个充填钻孔终孔沿工作面倾斜长度平均分布；

（四）钻注浆孔并连接管路

以每个充填钻场的注浆孔27数目对应于每个充填钻场进行钻孔，钻孔后连接管路，管路17的一端经充填钻孔18接地面充填站的料浆缓冲料斗16出料端，另一端经布料支管25接待充填的冒落区上方的注浆孔27上端，每个注浆孔27均与冒落区29贯通；

（五）充填作业

采煤工作面20开始回采并不断向前推进，工作面后方达到预先确定的每循环的充填步距时，启动地面充填站内料浆配置系统，通过矸石仓6、粉煤灰仓1、胶结料仓8、高位水池14，连续向双螺旋搅拌机15内供给物料，制成似膏体浆料，似膏体浆料由重量百分比的：矸石30-40%，粉煤灰30-40%，胶结料3-10%，水20-25%混匀制成，制成的似膏体浆料送入料浆缓冲料斗16，由料斗内的控制装置连续送入管路17，充填作业开始时，打开管路上的管路阀门24，似膏体浆料通过布料支管25和注浆孔27流入采煤后空的冒落区29，进行充填作业；根据每循环的充填步距确定完成充填作业所需时间，在充填作业即将完成时，注浆减小料浆流量以保证充填效果；充填作业过程中，充填人员应密切监控充填情况，如果发现料浆难以注入，及时关闭管路阀门，待料浆全部充入充填区域后，继续连接打开阀门；

（六）循环开采

一个充填循环完毕后，进行下一个循环的充填作业，直至开采过程完毕。

所述的地面充填站包括矸石仓6、粉煤灰仓1、胶结料仓8、高位水池14和双螺旋搅拌机15，粉煤灰仓1的出料口上依次装有第一控制阀2和第一用量检测仪3，粉煤灰仓1的出料口依次经第一螺旋输送机4和第一螺旋称5与双螺旋搅拌机15的进料口相连；矸石仓6的出料口上装有第二控制阀7，矸石仓6的出料口置于皮带秤11的进料端，皮带秤11的出料端置于双螺旋搅拌机15的进料口上方；胶结料仓8的出料口上依次装有第三控制阀9和第二用量检测仪10，胶结料仓8的出料口依次经第二螺旋输送机12和第二螺旋称13与双螺旋搅拌机15的进料口相连；高位水池14经第四控制阀19与双螺旋搅拌机15的进料口相连，双螺旋搅拌机15的出料口与料浆缓冲料斗16的进料口相连，料浆缓冲料斗16的出料口接管路17，构成料浆配置系统；

所述的充填专用巷30的长度等于工作面走向长度，充填专用巷经联络巷分别与工作面两侧的运输顺槽31和回风顺槽32相连通，充填专用巷内部通风方式可以为轴流式局部通风机抽出式通风。

图3中附图标记23为未初凝的似膏体浆料，附图标记28为凝结后的似膏体浆料，与现有技术相比，本发明具有以下突出的实质性特点和显著的进步：

1、传统的充填方式为直接将管路从运输顺槽或回风顺槽接入冒落区，对似膏体浓度要求高，必须保持较强的流动性，而且易发生管路堵塞，本发明增加了充填专用巷，从而提供了一种新型的充填方式，使似膏体浆料自上而下进行充填，冒落区充填作业自上而下进行，利于似膏体料浆顺利的流入冒落区，易于实现自流充填，节省充填成本；

2、这种充填方法不受采煤工作面空间与时间的限制，且不受地面空间的限制，只要地质条件适宜，能够施工专用充填巷，这种冒落区充填方法可以搭配任何采煤工艺，可以解决综采放顶煤工作面难以实现充填开采的技术难题，易于发挥充填开采工作面的高产高效；

3、对于煤与瓦斯突出及高瓦斯矿井，由于充填专用巷的施工为综合治理煤层瓦斯提供便利，可以在充填专用巷内部同时施工注浆孔，前期进行煤层瓦斯预抽，后期进行采空区瓦斯抽放及充填作业，达到一巷多用效果，进一步降低瓦斯治理工程费用；

4、由于传统的充填方式为直接将管路从运输顺槽或回风顺槽接入冒落区，无法完全填满冒落区，难以完全避免岩层沉降，本发明由于采用自上而下的充填方式，每个注浆孔均与冒落区贯通，能够将冒落区完成充填，效果好，安全可靠，有良好的社会和经济效益。

Claims (3)

1.一种采煤工作面冒落区充填开采方法，其特征在于，由以下步骤实现：

（一）充填专用巷的掘进

根据采煤工作面上覆岩层情况，结合«岩层控制的关键层理论»确定工作面覆岩之上距工作面最近的稳定性岩层位置，根据地应力大小、岩层力学性质、专用巷支护难易程度、来确定充填专用巷（30）的施工位置及断面尺寸，采用常规方法完成充填专用巷的掘进和支护；

（二）建立地面充填站

充填专用巷施工的同时，根据地面空地情况及井下需要充填的区域，选择地面充填站的位置及地面钻孔位置，确定充填钻孔（18）尺寸，建立地面充填站后开始钻充填孔，充填孔使地面和充填专用巷相连通；

（三）确定每循环的充填步距

根据工作面开采厚度、推进速度、工作面走向长度、工作面基本顶极限破断距，确定每循环的充填步距、相邻充填钻场（26）间隔距离、注浆孔（27）数目，以保证在直接顶（21）跨落后，基本顶（22）尚未垮落前及时进行充填作业；

（四）钻注浆孔并连接管路

以每个充填钻场的注浆孔（27）数目对应于每个充填钻场进行钻孔，钻孔后连接管路，管路（17）的一端经充填钻孔（18）接地面充填站的料浆缓冲料斗（16）出料端，另一端经布料支管（25）接待充填的冒落区上方的注浆孔（27）上端，每个注浆孔（27）均与冒落区（29）贯通；

（五）充填作业

采煤工作面（20）开始回采并不断向前推进，工作面后方达到预先确定的每循环的充填步距时，启动地面充填站内料浆配置系统，通过矸石仓（6）、粉煤灰仓（1）、胶结料仓（8）、高位水池（14），连续向双螺旋搅拌机（15）内供给物料，制成似膏体浆料，似膏体浆料由重量百分比的：矸石30-40%，粉煤灰30-40%，胶结料3-10%，水20-25%混匀制成，制成的似膏体浆料送入料浆缓冲料斗（16），由料斗内的控制装置连续送入管路（17），充填作业开始时，打开管路上的管路阀门（24），似膏体浆料通过布料支管（25）和注浆孔（27）流入采煤后空的冒落区（29），进行充填作业；根据每循环的充填步距确定完成充填作业所需时间，在充填作业即将完成时，注浆减小料浆流量以保证充填效果；

（六）循环开采

一个充填循环完毕后，进行下一个循环的充填作业，直至开采过程完毕。

2.根据权利要求1所述的采煤工作面冒落区充填开采方法，其特征在于，所述的地面充填站包括矸石仓（6）、粉煤灰仓（1）、胶结料仓（8）、高位水池（14）和双螺旋搅拌机（15），粉煤灰仓（1）的出料口上依次装有第一控制阀（2）和第一用量检测仪（3），粉煤灰仓（1）的出料口依次经第一螺旋输送机（4）和第一螺旋称（5）与双螺旋搅拌机（15）的进料口相连；矸石仓（6）的出料口上装有第二控制阀（7），矸石仓（6）的出料口置于皮带秤（11）的进料端，皮带秤（11）的出料端置于双螺旋搅拌机（15）的进料口上方；胶结料仓（8）的出料口上依次装有第三控制阀（9）和第二用量检测仪（10），胶结料仓（8）的出料口依次经第二螺旋输送机（12）和第二螺旋称（13）与双螺旋搅拌机（15）的进料口相连；高位水池（14）经第四控制阀（19）与双螺旋搅拌机（15）的进料口相连，双螺旋搅拌机（15）的出料口与料浆缓冲料斗（16）的进料口相连，料浆缓冲料斗（16）的出料口接管路（17），构成料浆配置系统。

3.根据权利要求1所述的采煤工作面冒落区充填开采方法，其特征在于，所述的充填专用巷（30）的长度等于工作面走向长度，充填专用巷经联络巷分别与工作面两侧的运输顺槽（31）和回风顺槽（32）相连通。