CN107304680A - 薄煤层坚硬顶板条件下采空区后方卧底充填的开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄煤层坚硬顶板条件下采空区后方卧底充填的开采方法，通过单元充填或间隔条带充填技术，将卧底块段或卧底条带的矸石直接充填到充填单元或充填条带的回采空间里，从而实现井下矸石的就地充填，在本技术领域具有广泛的实用性。该方法工艺简单、施工方便，工人易掌握，以卧底块段或卧底条带的卧底矸石作为充填单元或充填条带的充填材料，减少了充填材料运输的环节，提高了工作效率，提高了矿井开采的综合效益；且在开采过程中无残留煤柱，提高了资源回收率。

Description

薄煤层坚硬顶板条件下采空区后方卧底充填的开采方法

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，特别是涉及一种薄煤层坚硬顶板条件下采空区后方卧底充填的开采方法。

背景技术

在薄煤层坚硬顶板条件下进行煤炭开采时，为了防止采空区后方煤层顶板大面积跨落或下沉，首先采用的第一种开采支护方法是在采空区架设木垛或打点柱的方式来支护顶板；第二种开采支护方法称之为条带开采法：即采一段煤体，留一段煤柱的方法来保证采后顶板不下沉；第三种采用的是条带充填法，即：沿倾斜方向布置若干条采煤条带，采煤后对采空区进行充填，然后再采未采条带。该三种方法中，第一种方法实际操作时，木垛有一定的工艺要求，且费时、费力浪费木材，不能用机械工作。第二种方法属连续性顶板支护方式，但煤炭采出率往往不到一半，另一半留在空区支撑顶板，严重浪费资源，且采煤工艺复杂，效率较低。第三种的条带充填法，需要布置倾斜条带开采，开采时工作面需要频繁搬家，开采工艺复杂、成本高，而且条带充填的充填物需要从地面或井下其它地方运输过来，充填费用高，总采煤成本高。如何在高效、合理的进行坚硬顶板条件下的薄煤层开采的同时，保证后方顶板不会大面积跨落或下沉，就成为该领域的工程技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种薄煤层坚硬顶板条件下采空区后方卧底充填的开采方法，具有工艺简单、施工方便的特点，利用采煤工作面后方一定区间的卧底矸石充填到另一区间的采煤空间，从而实现就地空间充填。

本发明为了解决上述问题所采取的技术方案是，提供了一种薄煤层坚硬顶板条件下采空区后方卧底充填的开采方法，包括以下施工步骤：

第一步：在设计区段边界的一侧开设轨道上山和运输上山，轨道上山和运输上山之间的距离为15～30米，在设计区段的上部边界开设区段回风平巷，在设计区段的下部边界开设区段运输平巷，其中区段回风平巷与轨道上山相连通，区段运输平巷与运输上山相连通，区段回风平巷和区段运输平巷之间形成回采工作面。

第二步：在薄煤层采煤工作面向前开采一段距离以后，根据工作面倾斜长度和煤层顶板稳定情况，在其后方将采空区自下而上依次划分为若干个相邻的卧底块段和充填单元。

第三步：当采用人工充填的操作方式时，单个充填单元的形状为正方形或长方形，充填单元在采空区内呈矩阵状排列，所有充填单元的总面积约占采空区面积的1/3～1/2，其中充填单元的尺寸根据煤层顶板的岩性及稳定性进行确定，充填单元边长的尺寸为5～10米；施工时，充填单元四周的卧底块段均可卧底，其第一排第一充填单元下部卧底块段产生的矸石，一部分充填进采煤工作面下部的区段运输平巷的废弃巷内；另一部分用承重袋装满，码放在第一充填单元内的下部边界处，码放宽度为0.6～1米；第一排第一充填单元左、右两边卧底块段产生的矸石一部分直接充填进第一充填单元的内部，另一部分用承重袋装满，码放在第一充填单元内的左、右两侧边界，码放宽度为0.4～0.8米；第一排第一充填单元上部卧底块段产生的矸石一部分直接充填进第一充填单元的内部，另一部分用承重袋装满，码放在第一充填单元内的上部边界，码放宽度为0.6～1米；第二充填单元左、右两边的充填方法同第一充填单元；用同样的方法对第一排剩余的第三充填单元、第四充填单元……第N充填单元进行施工，这里N取正整数，其中对第N充填单元进行施工时，第N充填单元上部卧底块段产生的矸石，一部分充填进第N充填单元的内部，另一部分用承重袋装满，码放在第N充填单元内的上部边界及工作面上部的区段回风平巷废弃巷内，至此完成第一排充填单元的施工；随着工作面的推进，依次对第二排充填单元、第三排充填单元……第M排充填单元施工，这里M取正整数。

当采用机械作业的操作方式时，充填单元采用连续的条带形充填方式，即充填单元沿走向方向设置形成连续性的充填条带，其相邻的卧底地段形成一个连续性的卧底条带；在工作面推进一段距离以后，将采空区沿走向划分为若干个相邻且间隔分布的卧底条带和充填条带，卧底条带的宽度为5～8米，其中卧底的深度加上开采煤层的厚度为1.8~2.6米；充填条带的宽度为6～10米，充填条带只进行充填施工而不进行卧底施工，充填条带的充填高度等于开采煤层的厚度，令采空区自下而上第一条带为卧底条带，第二条带为充填条带；施工时，对第一条带先进行卧底施工，卧底产生的矸石一部分用承重袋装满，码放在第二条带与第一条带相邻的下部边缘空间里，码放宽度为0.5～1米；第一条带施工产生的剩余矸石用机械或人工方式充填进采煤工作面下部的区段运输平巷内，并使其充分接顶；第三条带为卧底条带，其卧底产生的矸石一部分用承重袋装满，码放在第四条带与第三条带相邻的下部边缘空间里，码放宽度为0.5～1米；第三条带卧底产生的剩余矸石用机械或人工方式充填进第二条带中、上部空间的矸石充填区内，并使其充分接顶；并用相同的方法完成后续条带的充填，其中奇数条带为卧底条带，偶数条带为充填条带；第N条带卧底产生的矸石一部分用承重袋装满，码放在第N+1条带与第N条带相邻的下部边缘空间里，码放宽度为0.5～1米；第N条带卧底产生的剩余矸石用机械或人工方式充填进第N-1条带中、上部空间的矸石充填区内，并使其充分接顶，这里N取奇数；其中最后一个条带卧底的部分矸石用承重袋装满，码放在采煤工作面上部的区段回风平巷的废弃巷内。

在第三步施工中，所述的充填单元内上、下两边装满矸石的承重袋的码放形式为竖向排列，充填单元左、右两端承重袋的码放形式为横向排列；所述的充填条带内下部边缘承重袋的码放形式为竖向排列。

所述所有承重袋的码放高度均与煤层顶板充分接顶。

所述的承重袋为编织袋或蛇皮袋。

本发明通过卧底块段的矸石充填技术，将卧底矸石直接充填到不卧底单元或条带的回采空间里，同时利用廉价的编织袋或蛇皮袋作为隔离墙体，减少了成本，提高了实用性，从而实现充填矸石的就地取材，在本技术领域具有广泛的实用性；与现有技术相比具有以下优点：

（1）工艺简单、施工方便，工人易掌握；

（2）以一个地方的卧底矸石作为相邻另一个地方的空间充填材料，实现了充填矸石的最短距离运输，便于实现机械化或半机械化，提高了矿井开采的综合效益。

（3）由于开采过程中无支撑煤柱，提高了资源回收率。

附图说明

图1为本发明单元式充填的结构示意图；

图2为图1中A-A的剖面图；

图3为本发明条带式充填的结构示意图；

图4为图3中B-B的剖面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。

如图1、图2所示，本发明提供了一种薄煤层坚硬顶板条件下采空区后方卧底充填的开采方法，包括以下施工步骤：

第一步：在设计区段边界的一侧开设轨道上山1和运输上山2，轨道上山1和运输上山2之间的距离为15～30米，在设计区段的上部边界开设区段回风平巷3，在设计区段的下部边界开设区段运输平巷4，其中区段回风平巷3与轨道上山1相连通，区段运输平巷4与运输上山2相连通，区段回风平巷3与区段运输平巷4之间形成采煤工作面5。

第二步：在薄煤层采煤工作面5向前开采一段距离以后，根据工作面倾斜长度和煤层顶板稳定情况，在其后方将采空区自下而上依次划分为若干个相邻的卧底块段和充填单元。

第三步：当采用人工充填的操作方式时，本实施例中单个充填单元的形状为平行于工作面走向的长方形，充填单元在采空区内呈矩阵状排列，所有充填单元的总面积占采空区面积的1/3，充填单元长边长10米，短边长5米；施工时，充填单元四周的卧底块段均可卧底。本实施例中将采空区划分为第一排充填单元和第二排充填单元，第一排充填单元包括第一充填单元6、第二充填单元7、第三充填单元8、第四充填单元9，第二排充填单元包括第五充填单元10、第六充填单元11、第七充填单元12、第八充填单元13。对第一充填单元6与区段运输平巷废弃巷14之间的卧底块段进行卧底，产生的矸石，一部分充填进采煤工作面5下部的区段运输平巷废弃巷14内，另一部分用编织袋装满，码放在第一充填单元6内的下部边界处；第一充填单元6左、右两边的卧底块段卧底产生的矸石，一部分直接充填进第一充填单元6的内部，另一部分用编织袋装满，码放在第一充填单元6内的左、右两侧边界；第二充填单元7和第一充填单元6之间的卧底块段卧底产生的矸石，一部分直接充填进第一充填单元6内，并使其充分接顶，另一部分矸石用编织袋装满，码放在第一充填单元6内的上部边界处以及第二充填单元7内的下部边界处，第二充填单元7左、右两边的充填方法同第一充填单元6左、右两边的充填方法；用同样的方法完成第三充填单元8、第四充填单元9的施工。其中第四充填单元9与区段回风平巷废弃巷15之间的卧底块段卧底产生的矸石，一部分充填进第四充填单元9内，另一部分用编织袋装满，码放在第四充填单元9内的上部边界处及区段回风平巷废弃巷15内，至此完成第一排充填单元的施工；随着采煤工作面5的向前开采，出现了新的空顶空间，用同样的方法完成第二排充填单元中第五充填单元10、第六充填单元11、第七充填单元12、第八充填单元13的施工。

本实施例中，充填单元内上、下两边界处装满矸石的编织袋的码放形式为竖向排列，且上部边界处的码放宽度为0.5米，下部边界处的码放宽度为1米；其充填单元内左、右两侧编织袋的码放形式为横向排列，且码放宽度为0.5米，所有的编织袋的码放高度均与煤层顶板充分接顶。

如图3、图4所示，当采用机械作业的操作方式时，充填单元采用走向连续性充填方式，即充填单元沿走向方向设置形成连续性的充填条带，其相邻的卧底地段形成一个连续性的卧底条带；在工作面推进一段距离以后，将采空区沿走向划分为若干个相邻且间隔分布的卧底条带和充填条带，卧底条带的宽度为8米，卧底的深度加上开采煤层的厚度为1.8~2.6米；充填条带的宽度为10米，充填条带只进行充填施工而不进行卧底施工，充填条带的充填高度等于开采煤层的厚度。该实施例中将采空区自下而上依次划分为第一条带16、第二条带17、第三条带18、第四条带19、第五条带20、第六条带21、第七条带22、第八条带23、第九条带24；其中第一条带16、第三条带18、第五条带20、第七条带22、第九条带24为卧底条带，第二条带17、第四条带19、第六条带21、第八条带23为充填条带。施工时，对第一条带16先进行卧底施工，卧底产生的矸石一部分用编织袋装满，码放在第二条带17与第一条带16相邻的下部边缘空间里，第一条带16卧底产生的剩余矸石用机械或人工的方式充填进采煤工作面下部的区段运输平巷废弃巷14内；第三条带18卧底产生的矸石一部分用承重袋装满，码放在第四条带19与第三条带18相邻的下部边缘空间里，第三条带18卧底产生的剩余矸石用机械或人工方式充填进第二条带17中、上部空间的矸石充填区内；并用相同的方法完成第四条带19、第六条带21、第八条带23的充填；对第九条带24进行卧底施工时产生的矸石，一部分用编织袋装满，码放在采煤工作面上部的区段回风平巷废弃巷15内，另一部分用机械或人工的方式充填进第八条带23中、上部空间的矸石充填区内。

本实施例中，码放在各充填条带内下部边界处装满矸石的编织袋的码放形式为竖向排列，码放宽度为0.8米，码放高度与煤层顶板充分接顶。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。

Claims (4)

1.薄煤层坚硬顶板条件下采空区后方卧底充填的开采方法，其特征在于：包括以下施工步骤：

第一步：在设计区段边界的一侧开设轨道上山和运输上山，轨道上山和运输上山之间的距离为15～30米，在设计区段的上部边界开设区段回风平巷，在设计区段的下部边界开设区段运输平巷，其中区段回风平巷与轨道上山相连通，区段运输平巷与运输上山相连通，区段回风平巷和区段运输平巷之间形成回采工作面；

第二步：在薄煤层采煤工作面向前开采一段距离以后，根据工作面倾斜长度和煤层顶板稳定情况，在其后方将采空区自下而上依次划分为若干个相邻的卧底块段和充填单元；

第三步：当采用人工充填的操作方式时，单个充填单元的形状为正方形或长方形，充填单元在采空区内呈矩阵状排列，所有充填单元的总面积约占采空区面积的1/3～1/2，其中充填单元的尺寸根据煤层顶板的岩性及稳定性进行确定，充填单元边长的尺寸为5～10米；施工时，充填单元四周的卧底块段均可卧底，其第一排第一充填单元下部卧底块段产生的矸石，一部分充填进采煤工作面下部的区段运输平巷的废弃巷内；另一部分用承重袋装满，码放在第一充填单元内的下部边界处，码放宽度为0.6～1米；第一排第一充填单元左、右两边卧底块段产生的矸石一部分直接充填进第一充填单元的内部，另一部分用承重袋装满，码放在第一充填单元内的左、右两侧边界，码放宽度为0.4～0.8米；第一排第一充填单元上部卧底块段产生的矸石一部分直接充填进第一充填单元的内部，另一部分用承重袋装满，码放在第一充填单元内的上部边界，码放宽度为0.6～1米；第二充填单元左、右两边的充填方法同第一充填单元；用同样的方法对第一排剩余的第三充填单元、第四充填单元……第N充填单元进行施工，这里N取正整数，其中对第N充填单元进行施工时，第N充填单元上部卧底块段产生的矸石，一部分充填进第N充填单元的内部，另一部分用承重袋装满，码放在第N充填单元内的上部边界及工作面上部的区段回风平巷废弃巷内，至此完成第一排充填单元的施工；随着工作面的推进，依次对第二排充填单元、第三排充填单元……第M排充填单元施工，这里M取正整数；

当采用机械作业的操作方式时，充填单元采用连续的条带形充填方式，即充填单元沿走向方向设置形成连续性的充填条带，其相邻的卧底地段形成一个连续性的卧底条带；在工作面推进一段距离以后，将采空区沿走向划分为若干个相邻且间隔分布的卧底条带和充填条带，卧底条带的宽度为5～8米，其中卧底的深度加上开采煤层的厚度为1.8~2.6米；充填条带的宽度为6～10米，充填条带只进行充填施工而不进行卧底施工，充填条带的充填高度等于开采煤层的厚度，令采空区自下而上第一条带为卧底条带，第二条带为充填条带；施工时，对第一条带先进行卧底施工，卧底产生的矸石一部分用承重袋装满，码放在第二条带与第一条带相邻的下部边缘空间里，码放宽度为0.5～1米；第一条带施工产生的剩余矸石用机械或人工方式充填进采煤工作面下部的区段运输平巷内，并使其充分接顶；第三条带为卧底条带，其卧底产生的矸石一部分用承重袋装满，码放在第四条带与第三条带相邻的下部边缘空间里，码放宽度为0.5～1米；第三条带卧底产生的剩余矸石用机械或人工方式充填进第二条带中、上部空间的矸石充填区内，并使其充分接顶；并用相同的方法完成后续条带的充填，其中奇数条带为卧底条带，偶数条带为充填条带；第N条带卧底产生的矸石一部分用承重袋装满，码放在第N+1条带与第N条带相邻的下部边缘空间里，码放宽度为0.5～1米；第N条带卧底产生的剩余矸石用机械或人工方式充填进第N-1条带中、上部空间的矸石充填区内，并使其充分接顶，这里N取奇数；其中最后一个条带卧底的部分矸石用承重袋装满，码放在采煤工作面上部的区段回风平巷的废弃巷内。

2.根据权利要求1所述的薄煤层坚硬顶板条件下采空区后方卧底充填的开采方法，其特征在于：在第三步施工中，所述的充填单元内上、下两边装满矸石的承重袋的码放形式为竖向排列，充填单元左、右两端承重袋的码放形式为横向排列；所述的充填条带内下部边缘承重袋的码放形式为竖向排列。

3.根据权利要求1所述的薄煤层坚硬顶板条件下采空区后方卧底充填的开采方法，其特征在于：所述所有承重袋的码放高度均与煤层顶板充分接顶。

4.根据权利要求1所述的薄煤层坚硬顶板条件下采空区后方卧底充填的开采方法，其特征在于：所述承重袋为编织袋或蛇皮袋。