CN106930763A - 一种充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，首先在特厚煤层护巷煤柱上部开通一条平行于工作面的巷道作注浆巷道，当工作面推进到护巷煤柱时，在工作面液压支架后部刮板输送机外靠近采空区一侧砌筑厚实墙体并在其上部布置金属网、在工作面液压支架后部刮板输送机靠近采空区的一侧设置凹槽及钢板，工作面采用不放顶煤的方法继续向前推进，待后部刮板输送机完全进入直线段后，停止割煤；此时在采空区后部形成封闭区域，对该区域进行膏体充填，待充填料浆充分接顶后即可继续向前推进工作面；重复上述过程，完成对特厚煤层停采线煤柱的复采，提高煤炭资源的采出率，极大减少煤炭资源的浪费。本发明工序简单、施工方便，材料可随采随用。
Description
技术领域
本发明涉及一种充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，属于煤矿开采技术领域。
背景技术
当前，煤炭作为我国重要的一项资源，对各行各业的发展有着不可小觑的作用。煤炭作为一种不可再生资源，在满足各行各业对煤炭资源要求的同时，更需要我们在煤炭开采过程中能够尽可能的提高煤炭的回采率，减少对煤炭资源的浪费，从而能够保证煤炭资源的有效利用。护巷（停采线）煤柱的留设宽度直接影响到巷道使用期间的可靠性、煤炭资源的采出率及企业的经济效益。
现实中，在地质条件、巷道布置、生产系统等因素的影响下，采煤工作面无法无限制的向前推进，为了保证矿井生产安全，这时需要人为的设置一个停采线，限制它向前回采，因此到达此位置就停止采煤，回撤设备，封闭采空区。这时停采线与大巷之间的煤柱就被丢弃，降低了煤炭资源的采出率，造成煤炭资源的浪费。以塔山矿8105工作面为例，护巷（停采线）煤柱达到230m，造成煤炭资源的极大浪费。
目前学者研究最多的是合理确定停采线的位置，即从理论上提高支护阻力、优化支护参数、加大采空侧对煤柱的侧向约束力从而达到提高巷道围岩和煤柱整体承载能力保证巷道围岩整体稳定，现场更多的是采用经验公式对停采线进行确定。众所周知，煤层开采以后，采空区上部岩层重量将向采空区周围新的支承点转移，从而在采空区四周形成支承压力带，工作面前方形成超前支承压力，超前支承压力直接影响到停采线的位置，即把大巷布置在工作面前方超前支承压力分布区的稳压区，减少巷道所受压力，提高巷道稳定性，达到安全开采。
目前对停采线煤柱复采的研究相对较少，主要都是集中在对房式采煤法遗留煤柱的回收等方面。针对煤柱复采的赋存特征，能够获得的现有技术如公开号为：CN101858216A的“一种房式采煤法遗留的呆滞煤柱回收方法”和公开号为：CN101839134A的“一种房式采煤法遗留的不规则呆滞煤柱回收方法”，这两项发明均通过设置风帘在煤柱之间形成新的回采系统，再使用连续采煤机等设备对遗留煤柱进行回收，该方法不仅使得工作面内回采设备较多，而且工作面通风构筑物多、漏风多、通风效果差；再如公开号为：CN105888665A的“大巷煤柱回收方案的设计方法”提供了一种大巷煤柱回收方案的设计方法，这项发明是通过建立三维计算模型对护巷煤柱回收的初步方案进行力学分析和验证，然后再进行安全性分析、回采率和经济效益分析，该发明只是对矿井提出的若干护巷煤柱回收方案进行验证，而未披露回收煤柱的实际操作方法。
发明内容
本发明旨在提供一种充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，利用膏体充填作为主要手段，通过对特厚煤层护巷（停采线）煤柱的充填开采，从而减少护巷（停采线）煤柱的压煤量，进而减少煤炭损失，达到对煤炭资源有效利用的目的。
本发明在不改变工作面前方超前支承压力重新分布的前提下，对护巷（停采线）煤柱进行充填开采，可有效提高煤炭资源的回收，达到提高煤炭采出率的目的。
本发明提供的一种充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，将膏体充填作为主要手段，通过对特厚煤层护巷（停采线）煤柱的充填开采的采煤方法，利用充填后浆体支撑上覆煤层，以充填采空区，从而将护巷（停采线）煤柱进行不放顶煤的开采，解决护巷（停采线）煤柱的压煤量过多，煤炭损失严重的问题。具体实施方案如下：
（1）首先结合矿区的实际地质条件，在特厚煤层上部开通一条平行于工作面中部方向的巷道，作为注浆巷道；并在注浆巷道内布置好充填管道。
（2）当特厚煤层工作面推进到护巷（停采线）煤柱时，将输送机铲板伸开，关闭放煤口，在充填支架后部刮板输送机靠近采空区一侧外开始砌筑厚实墙体，并在墙体上方布置金属网。
（3）缩回铲板，在后部刮板输送机靠近采空区一侧竖立钢板。
（4）采煤工作面继续向前推进，采煤机进刀后待后部刮板输送机完全进入直线段后，停止割煤。
（5）工作面后方形成由钢板、不放顶煤、砌筑墙体和底板形成的封闭区域，此时从上部的充填管道向此区域钻孔，经充填管道对此封闭区域进行膏体充填，待充填料浆充分接顶后即可。
（6）工作面继续向前推进，采煤机采下的煤从前部刮板输送机运输，后部放煤口始终关闭，不进行放顶煤操作。
（7）重复步骤（3）~（5），完成工作面的充填。
上述方案中，步骤（2）中，墙体高度为采煤工作面机采高度，墙体宽度理论上不能小于1m，墙体上方使用的金属网将顶煤与采空区相隔开，墙体的材料可由采空区煤矸石或者砖块代替，金属网可以使用25mm×25mm的正方形或者菱形金属网。
上述方案中，步骤（2）中，由于砌筑墙体的直接顶变为比较软的上覆煤层，移架过程中可能出现顶煤掉落的现象，因而必须在采煤机到达停采线之后的第一刀煤后及时砌筑，且砌筑的墙体一定要密实，以防充填骨料的大面积流失。
上述方案中，步骤（2）中，所采用的后部刮板输送机靠近采空区一侧安置一个长度与后部刮板输送机溜槽宽度（1.5m）相同的凹槽来固定钢板，凹槽的槽宽等于钢板的厚度，为20mm，凹槽的深度为250mm，钢板的高度理论上等于采煤工作面高度与凹槽深度之和，宽度理论上等于后部刮板输送机的溜槽宽度，为1.5m。
上述方案中，步骤（5）中充填膏体按照质量百分比为煤矸石：粉煤灰：水泥：减水剂：水＝45％—55％：15％—20％：10％—15％：3％—5％：15％—25％的比例，配制浓度为75％—85％的充填膏体。
上述方案中，步骤（5）中钻孔直径为150mm，钻孔方向与煤层夹角分别为45°和90°。
上述方案中，若之前开采采用的放顶方式为“一刀一放”，即工作面中采煤机每割一刀煤，就将这一刀煤的上部顶煤进行放顶煤，则此时对护巷（停采线）煤柱的充填开采方式则为“一刀一充”，即工作面中采煤机每割一刀煤，就将这一刀煤经过的部分进行充填；若之前开采采用的放顶煤方式为“两刀一放”，即工作面中采煤机每割两刀煤，才将这两刀煤的上部顶煤一起进行放顶煤，则此时对护巷（停采线）煤柱的充填开采方式则为“两刀一充”即工作面中采煤机每割两刀煤，才将这两刀煤经过的部分一起进行充填，或者“一刀一充”，即工作面中采煤机每割一刀煤，就将这一刀煤经过的部分进行充填。
上述方案中，后部刮板输送机要等到进刀后，后部刮板输送机完全进入到直线段后，停止割煤从而对后部采空区进行充填，否则后部刮板输送机没有进入到直线段就进行充填，则充填的骨料会流入支架进而流入工作面。
本发明的有益效果：
本发明提供的充填开采的采煤方法，利用充填后浆体支承护巷（停采线）煤柱的采空区顶部煤层，从而将护巷（停采线）煤柱“置换”出来，该方法具有以下有益效果：
1、充填工序不会影响采煤工作面的推进，采用这种充填开采的工艺可有效地保证护巷（停采线）煤柱在不改变原支承应力分布的的基础上将护巷（停采线）煤柱的煤炭“置换”出来，减少护巷（停采线）煤柱的压煤量，提高煤炭采出率，极大程度地减少了煤炭资源的浪费。
2、工序简单、施工容易，材料可随采随用，事故率也较低。
3、采用充填护巷（停采线）煤柱采空区，对岩层矿压控制、地表沉陷的控制、巷道稳定及相邻工作面的开采也有积极效果。
附图说明
图1为低位放顶煤双输送机支架的结构示意图。
图2为本发明充填效果的剖面图。
图3为本发明注浆巷道、注浆钻孔示意图。
图4为砌筑墙体的放大效果图。
图中 1─支架铲板，2─前部刮板输送机，3-后部刮板输送机，4-钢板，5─凹槽，6─墙体，7─金属网，8─采空区落煤及矸石，9─充填膏体，10注浆巷道，11─注浆钻孔。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例：
低位放煤插板式双输送机的结构示意图见图1，包括铲板2、前部刮板输送机3、后部刮板输送机4，在停采线煤柱回收的过程中不涉及放顶煤工序，只有涉及前输送机在工作。后部刮板输送机是为了搭配后面安置凹槽及钢板形成充填空间，以便完成充填的工序。
以安家岭煤矿为例，具体说明本发明的实施过程：
（1）安家岭煤矿某工作面开采特厚煤达14m左右，首先结合矿区的实际地质条件，在特厚煤层上部开通一条平行于工作面中部方向的巷道10，作为注浆巷道；
（2）当特厚煤层工作面推进到护巷（停采线）煤柱时，采煤机向前继续割煤：将输送机铲板1伸开，关闭放煤口，在充填支架后部刮板输送机靠近采空区一侧外开始用砖块砌筑厚度为1m的厚实墙体6，并在墙体上方布置25mm×25mm的菱形金属网7，形成图2所示效果。采空区冒落的煤及矸石7会慢慢挤向工作面，遇到厚实墙体6时停止挤入，此时工作面采煤机继续向前推进，割落下的煤则继续由支架前部刮板输送机2运输，后部刮板输送机3不启动即不进行运煤活动。
（3）缩回铲板1，在后部刮板输送机靠近采空区一侧安置与后部刮板输送机长度形同的的凹槽5内竖立钢板4，凹槽的宽度20mm，凹槽的深度为250m，钢板的厚度为19mm，钢板的高度理论上等于采煤工作面高度与凹槽深度之和。
（4）采煤工作面继续向前推进，采煤机进刀后待后部刮板输送机3完全进入直线段后，关闭采煤机停止割煤。
（5）工作面后方形成由钢板、不放顶煤、砌筑墙体和底板形成的封闭区域，此时从上部的充填管道向此区域钻取钻孔11，钻孔直径150mm，钻孔与煤层夹角分别为45°，90°，45°,将充填膏体按照质量百分比为煤矸石：粉煤灰：水泥：减水剂：水＝45％—55％：15％—20％：10％—15％：3％—5％：15％—25％的比例，配制浓度为75％—85％的充填膏体，之后经充填管道的对此封闭区域进行膏体充填，待充填料浆充分接顶后即可。
（6）工作面继续向前推进，采煤机采下的煤从前部刮板输送机2运输，后部放煤口始终关闭，不进行放顶煤操作，后部刮板输送机3不启动进而也不进行运煤活动。
（7）重复步骤（4）~（6），完成停采线煤柱的充填回收。
上述方案中，步骤（2）中，墙体高度为采煤工作面机采高度，墙体宽度理论上不能小于1m，墙体上方使用的金属网将顶煤与采空区相隔开，墙体的材料可由采空区煤矸石或者砖块代替，金属网可以使用25mm×25mm的正方形或者菱形金属网。由于砌筑墙体的直接顶变为比较软的上覆煤层，移架过程中可能出现顶煤掉落的现象，因而必须在采煤机到达停采线之后的第一刀煤后及时砌筑，且砌筑的墙体一定要密实，以防充填骨料的大面积流失。所采用的后部刮板输送机靠近采空区一侧安置一个长度与后部刮板输送机溜槽宽度（1.5m）相同的凹槽来固定钢板，凹槽的槽宽等于钢板的厚度，为20mm，凹槽的深度为250mm，钢板的高度理论上等于采煤工作面高度与凹槽深度之和，宽度理论上等于后部刮板输送机的溜槽宽度，为1.5m。
上述方案中，若之前开采采用的放顶方式为“一刀一放”，即工作面中采煤机每割一刀煤，就将这一刀煤的上部顶煤进行放顶煤，则此时对护巷（停采线）煤柱的充填开采方式则为“一刀一充”，即工作面中采煤机每割一刀煤，就将这一刀煤经过的部分进行充填；若之前开采采用的放顶煤方式为“两刀一放”，即工作面中采煤机每割两刀煤，才将这两刀煤的上部顶煤一起进行放顶煤，则此时对护巷（停采线）煤柱的充填开采方式则为“两刀一充”即工作面中采煤机每割两刀煤，才将这两刀煤经过的部分一起进行充填，或者“一刀一充”，即工作面中采煤机每割一刀煤，就将这一刀煤经过的部分进行充填。
上述方案中，后部刮板输送机要等到进刀后，后部刮板输送机完全进入到直线段后，停止割煤从而对后部采空区进行充填，否则后部刮板输送机没有进入到直线段就进行充填，则充填的骨料会流入支架进而流入工作面。
Claims (10)
1.一种充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，其特征在于：将膏体充填作为主要手段，通过对特厚煤层护巷煤柱进行充填开采的采煤方法，利用充填后浆体支撑上覆煤层，以充填采空区，将护巷煤柱进行不放顶煤的开采。
2.根据权利要求1所述的充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）首先结合矿区的实际地质条件，在特厚煤层上部的软岩层开通一条平行于工作面方向的巷道，作为注浆管道，并在注浆巷道内布置好充填管道；
（2）当特厚煤层工作面推进到护巷煤柱时，将输送机铲板伸开，关闭放煤口，在充填支架后部刮板输送机靠近采空区一侧外开始砌筑厚实墙体，并在墙体上方布置金属网；
（3）缩回铲板，在后部刮板输送机靠近采空区一侧树立钢板；
（4）采煤工作面继续向前推进，采煤机进刀后待后部刮板输送机完全进入直线段后，停止割煤；
（5）工作面后方形成由钢板、不放顶煤、砌筑墙体和底板形成的封闭区域，此时从上部的充填管道向此区域钻孔，经充填管道对此封闭区域进行膏体充填，待充填料浆充分接顶后即可；
（6）工作面继续向前推进，采煤机采下的煤从前部刮板输送机运输，后部放煤口始终关闭，不进行放顶煤操作；
（7）重复步骤（3）~（5），完成工作面的充填。
3.根据权利要求2所述的充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，其特征在于：步骤（2）中，墙体高度为采煤工作面高度，墙体宽度不能小于1m。
4.根据权利要求2所述的充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，其特征在于：步骤（2）中，墙体的材料为采空区煤矸石或者砖块；墙体上方使用的金属网将顶煤与采空区相隔开，金属网使用25mm×25mm的正方形或者菱形金属网。
5.根据权利要求2所述的充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，其特征在于：步骤（2）中，墙体的材料为采空区煤矸石或者砖块。
6.根据权利要求2所述的充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，其特征在于：步骤（2）中，在采煤机到达护巷煤柱之后的第一刀煤后及时砌筑，且砌筑的墙体要密实，以防充填骨料的大面积流失。
7.根据权利要求2所述的充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，其特征在于：步骤（3）中，钢板通过凹槽固定，所述凹槽设在靠近采空区一侧；钢板的高度等于一个采煤工作面高度，钢板的宽度与后部刮板输送机的溜槽宽度相等，为1.5m。
8.根据权利要求2所述的充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，其特征在于：步骤（5）中充填膏体为：按照质量百分比为煤矸石：粉煤灰：水泥：减水剂：水＝45％—55％：15％—20％：10％—15％：3％—5％：15％—25％的比例，配制浓度为75％—85％的充填膏体。
9.根据权利要求2所述的充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，其特征在于：步骤（5）中钻孔直径为150mm，钻孔方向与煤层夹角分别为45°和90°。
10.根据权利要求2所述的充填复采特厚煤层残采区护巷煤柱的方法，其特征在于：前期开采采用的放顶方式为一刀一放，则复采过程中对护巷煤柱的充填开采方式也是“一刀一充”；前期开采采用的放顶煤方式为两刀一放，则复采过程中对护巷煤柱的充填开采方式为“两刀一充’或者”一刀一充”。
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