CN105298496B - 设置预留工作面煤柱的全采全充采煤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种设置预留工作面煤柱的全采全充采煤方法，采用在进行相邻工作面的开采时预留工作面煤柱的方法，开采时的应力集中区处在预留工作面煤柱区域，这样相邻工作面巷道位置就避开了应力集中区，应力变形破坏程度较小，从而保证相邻工作面巷道的安全和维护方便，克服了留巷作业工艺复杂、施工难度大、充填效果受影响的难题，同时避免了煤炭资源的浪费；将首采工作面充填材料巷和相邻工作面充填材料巷的顶部设为高于煤层顶板的形式，避免了充填材料运输与采煤作业交叉的情况；局部通风机与充填开采液压支架一同前移，可以保证相邻工作面巷道通风顺畅。与现有技术相比，本发明具有不浪费煤炭资源，安全可靠，操作简单，采煤效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种设置预留工作面煤柱的全采全充采煤方法。
背景技术
煤炭占我国一次性能源消费总量的65%左右。根据我国已探明的能源储量构成以及现有的能源消费结构状况，在可预见的将来，煤炭仍将是我国最主要的能源。我国煤炭产量的约90%为井工开采，地下煤炭开采不仅破坏矿区生态环境、损害地表建(构)筑物，还伴生着严重的安全隐患，而解决这些问题的根本出路在于对开采空间的合理处理。充填法采煤可以有效解放“三下”压煤、提高煤炭资源的采出率。同时，充填法采煤可有效控制采场矿压和上覆岩层的移动变形，充分利用煤矸石、尾矿、城市固体垃圾等作为充填材料，减少地面土地资源的破坏，同时减少环境污染、改善矿区生态环境。
现有的充填采煤方法可以从所使用的充填材料来进一步分类，分别为：固体材料充填、膏体材料充填、高水材料充填。无论采用何种充填方法，都涉及到开采下一个工作面时，是留巷还是多掘一条巷道的问题。如果采用留巷的方式，需要对首采工作面的充填体侧向用挡墙或隔离模板进行围挡成型，以避免充填体进入预留的巷道空间。受采场矿压的作用，留巷工艺复杂、施工难度大，特别是充填体需要很大的侧向力才能避免过大的侧向变形，充填体的密实度和接顶效果也因此受到严重影响。如果采用掘巷的方式，距首采工作面一定距离开掘巷道，需要预留煤柱，留设的煤柱浪费了煤炭资源。一般来说，煤柱留设得越宽相对越安全，巷道完整性也越容易保持，但是也越浪费资源。研究能避免进行复杂的留巷作业，又能安全掘巷并且不浪费煤炭资源的煤炭充填开采方式，具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种既能避免进行复杂的留巷作业又能安全掘巷、将整层煤全部开采、将采空区全部充填的采煤方法，其具有不浪费煤炭资源，安全可靠，操作简单，采煤效率高的优点。
为解决上述技术问题，本发明包括如下步骤，
第一步：首采工作面的全部充填开采
首先开掘首采工作面巷道，首采工作面巷道包括首采工作面充填材料巷、首采工作面运煤巷、首采工作面回风巷以及首采工作面切眼，形成首采工作面的回采和通风系统，安装好充填开采液压支架、采煤机、采煤刮板运输机和充填材料运输装置对首采工作面煤柱进行开采并充填，在充填时，先在首采工作面的一侧煤壁上铺设隔离挡板，然后进行充填；
第二步：相邻工作面巷道以及相邻工作面切眼的开掘及设备安装
首采工作面全部充填开采完成后，在首采工作面设置隔离挡板的一侧开采相邻工作面，对于相邻工作面的开采，首先开掘相邻工作面巷道，相邻工作面巷道包括相邻工作面充填材料巷和相邻工作面运煤巷、相邻工作面回风巷以及相邻工作面切眼，相邻工作面巷道与首采工作面之间留下预留工作面煤柱；然后安装充填开采液压支架、采煤机、采煤刮板运输机和充填材料运输装置；
第三步：相邻工作面通风系统的形成
在相邻工作面切眼与首采工作面铺设的隔离挡板位置内侧安装局部通风机，形成相邻工作面的通风系统；
第四步：相邻工作面及预留工作面煤柱的全部回采和充填作业
对相邻工作面煤柱及预留工作面煤柱进行全部回采和全部充填作业，在全部充填时，在远离首采工作面的一侧煤壁上再次铺设隔离挡板，然后进行充填；
第五步：循环开采
相邻工作面煤柱全部开采和全部充填后，再次重复第二、三、四步，在留下新的预留工作面煤柱的前提下开掘新的相邻工作面巷道，全部开采新的相邻工作面煤柱和新的预留工作面煤柱并充填作业，直至循环开采完毕。
作为本技术方案的进一步改进，所述首采工作面充填材料巷和相邻工作面充填材料巷的顶部均高于煤层顶板。
作为本技术方案的进一步改进，所述相邻工作面切眼要一直开到与首采工作面隔离挡板相通的位置。
作为本技术方案的进一步改进，所述第四步中相邻工作面及预留工作面煤柱进行开采的同时，局部通风机与充填开采液压支架一同前移，以保证通风顺畅。
与现有技术相比，本发明在进行相邻工作面的开采时采用预留工作面煤柱的方法，开采时的应力集中区处在预留工作面煤柱区域，这样相邻工作面巷道位置就避开了应力集中区，应力变形破坏程度较小，从而保证相邻工作面巷道的安全和维护方便，克服了留巷作业工艺复杂、施工难度大、充填效果受影响的难题。通过将首采工作面充填材料巷和相邻工作面充填材料巷的顶部设为高于煤层顶板的形式，避免了充填材料运输与采煤作业交叉的情况；局部通风机与充填开采液压支架一同前移，可以保证相邻工作面巷道通风顺畅。
附图说明
图1是本发明所述设置预留工作面煤柱的全采全充采煤方法的原理图；
图2是本发明所述设置预留工作面煤柱的全采全充采煤方法的另一种实施方式的原理图；
图3是本发明图1和图2的采用固体充填材料进行充填时的A—A向剖视图；
图4是本发明图1和图2的采用膏体或高水材料进行充填时的A—A向剖视图；
图5是本发明图1和图2的B—B向剖视图；
图6是本发明图1和图2的C—C向剖视图；
图7是本发明图1和图2的采用固体充填材料进行充填时的D—D向剖视图。
图8是本发明图1和图2的采用膏体或高水充填材料进行充填时的D—D向剖视图。
其中：1首采工作面充填材料巷；2首采工作面运煤巷；3首采工作面切眼；4首采工作面回风巷 ；5充填开采液压支架 ； 6采煤机 ； 7采煤刮板运输机；8固体充填材料运输皮带 ； 9输送管 ； 10充填材料刮板运输机 ； 11充填管 ； 12推压装置 ； 13隔离挡板 ； 14相邻工作面充填材料巷 ； 15相邻工作面运煤巷 ； 16相邻工作面切眼 ； 17预留工作面煤柱 ； 18局部通风机 ； 19相邻工作面回风巷 ；20相邻工作面主体煤柱；21首采工作面煤柱。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，如图1和图3-8所示，本发明提供一种设置预留工作面煤柱的全采全充采煤方法，包括如下步骤，
第一步：首采工作面的全部充填开采
首先开掘首采工作面巷道，首采工作面巷道包括首采工作面充填材料巷1、首采工作面运煤巷2、首采工作面回风巷4以及首采工作面切眼3，形成首采工作面的回采和通风系统，安装好充填开采液压支架5、采煤机6、采煤刮板运输机7和充填材料运输装置对首采工作面煤柱21进行开采并充填，在充填时，先在首采工作面的一侧煤壁上铺设隔离挡板13，然后进行充填；
第二步：相邻工作面巷道以及相邻工作面切眼的开掘及设备安装
首采工作面全部充填开采完成后，在首采工作面设置隔离挡板的邻侧开采相邻工作面，对于相邻工作面的开采，首先开掘相邻工作面巷道，相邻工作面巷道包括相邻工作面充填材料巷14和相邻工作面运煤巷15、相邻工作面回风巷19以及相邻工作面切眼16，相邻工作面巷道与首采工作面之间留下预留工作面煤柱17；然后安装充填开采液压支架5、采煤机6、采煤刮板运输机7和充填材料运输装置；相邻工作面切眼16要一直开到与首采工作面隔离挡板相通的位置。
第三步：相邻工作面通风系统的形成
在相邻工作面切眼16与首采工作面铺设的隔离挡板13位置内侧安装局部通风机18，形成相邻工作面的通风系统；
第四步：相邻工作面及预留工作面煤柱的全部回采和充填作业
对相邻工作面煤柱20及预留工作面煤柱17进行全部回采和全部充填作业，开采的同时，局部通风机与充填开采液压支架一同前移，以保证通风顺畅；在全部充填时，在远离首采工作面的一侧煤壁上再次铺设隔离挡板，然后进行充填。
第五步：循环开采
相邻工作面煤柱全部开采和全部充填后，再次重复第二、三、四步，在留下新的预留工作面煤柱的前提下开掘新的相邻工作面巷道，全部开采新的相邻工作面煤柱和新的预留工作面煤柱并充填作业，直至循环开采完毕。
在具体实施过程中，充填材料运输装置分为固体充填材料运输装置和膏体或高水材料充填材料运输装置，如图3和图7所示，当使用固体材料充填时，充填材料运输装置是固体充填材料运输皮带8；在充填开采液压支架5后方安装固体充填材料刮板运输机10，固体充填材料通过固体充填材料刮板运输机10输送到工作面后方，由充填开采液压支架5的推压装置12推压密实；如图4和图8所示，当使用膏体或高水材料充填时，充填材料运输装置是输送管9；在充填开采液压支架5后方安装充填管11，通过充填管11进行充填作业。
煤层的上覆岩层，称为煤层顶板，煤层的下覆岩层，称为煤层底板，为了避免充填材料运输与采煤作业交叉时巷道高度不足的情况发生，首采工作面充填材料巷和相邻工作面充填材料巷的顶部均高于煤层顶板。
上述实施例是采煤行业惯用的W型通风方式下的最佳实施方式，新鲜风流从工作面充填材料巷和工作面运煤巷进入，污风从工作面回风巷排出，在另一种通风方式下，也可以利用工作面充填材料巷作为新鲜风流进入通道，利用工作面运煤巷作为污风排出通道，如图2所示，在本发明的另一种实施方式中，在通风效果不受影响的情况下，也可省略首采工作面回风巷4和相邻工作面回风巷19的开挖，其他步骤相同。
以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。
Claims (4)
1. 一种设置预留工作面煤柱的全采全充采煤方法，其特征在于，包括如下步骤，
第一步：首采工作面的全部充填开采
首先开掘首采工作面巷道，首采工作面巷道包括首采工作面充填材料巷、首采工作面运煤巷、首采工作面回风巷以及首采工作面切眼，形成首采工作面的回采和通风系统，安装好充填开采液压支架、采煤机、采煤刮板运输机和充填材料运输装置对首采工作面煤柱进行开采并充填，在充填时，先在首采工作面的一侧煤壁上铺设隔离挡板，然后进行充填；
第二步：相邻工作面巷道以及相邻工作面切眼的开掘及设备安装
首采工作面全部充填开采完成后，在首采工作面设置隔离挡板的一侧开采相邻工作面，对于相邻工作面的开采，首先开掘相邻工作面巷道，相邻工作面巷道包括相邻工作面充填材料巷和相邻工作面运煤巷、相邻工作面回风巷以及相邻工作面切眼，相邻工作面巷道与首采工作面之间留下预留工作面煤柱；然后安装充填开采液压支架、采煤机、采煤刮板运输机和充填材料运输装置；
第三步：相邻工作面通风系统的形成
在相邻工作面切眼与首采工作面铺设的隔离挡板位置内侧安装局部通风机，形成相邻工作面的通风系统；
第四步：相邻工作面及预留工作面煤柱的全部回采和充填作业
对相邻工作面煤柱及预留工作面煤柱进行全部回采和全部充填作业，在全部充填时，在远离首采工作面的一侧煤壁上再次铺设隔离挡板，然后进行充填；
第五步：循环开采
相邻工作面煤柱全部开采和全部充填后，再次重复第二、三、四步，在留下新的预留工作面煤柱的前提下开掘新的相邻工作面巷道，全部开采新的相邻工作面煤柱和新的预留工作面煤柱并充填作业，直至循环开采完毕。
2.根据权利要求1所述的一种设置预留工作面煤柱的全采全充采煤方法，其特征在于：所述首采工作面充填材料巷和相邻工作面充填材料巷的顶部均高于煤层顶板。
3.根据权利要求1所述的一种设置预留工作面煤柱的全采全充采煤方法，其特征在于：所述相邻工作面切眼要一直开到与首采工作面隔离挡板相通的位置。
4.根据权利要求1所述的一种设置预留工作面煤柱的全采全充采煤方法，其特征在于：所述第四步中相邻工作面及预留工作面煤柱进行开采的同时，局部通风机与充填开采液压支架一同前移。
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