CN107339105B - 一种分层膏体充填复采特厚煤层残采区停采线煤柱的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分层膏体充填复采特厚煤层残采区停采线煤柱的方法，包括：①根据矿井资料确定特厚煤层的厚度，并确定每一分层的开采厚度；②对原工作面采空区进行综合探测，排除存在的安全隐患；③对特厚煤层停采线煤柱上部分层煤层进行巷道掘进；④封堵特厚煤层原有回采巷道的尽头；⑤对每一分层煤层进行充填开采。本发明减少了特厚煤层停采线煤柱的压煤量，减少了煤炭资源的浪费，充分释放了煤炭资源的潜力，提高了煤炭企业的经济效益，缓解煤炭企业的资源压力，延长了矿井及矿区的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种分层膏体充填复采特厚煤层残采区停采线煤柱的方法，属于煤矿开采技术领域。
背景技术
当前，我国每年45%以上的煤炭产量为厚煤层源的过程中，煤炭资源往往以煤柱的形式被遗留井下。随着近些年来无煤柱护巷技术的发展，区段煤柱所带来煤炭损失严重的问题得到有效解决，但是关于停采线煤柱所带来煤炭损失严重的问题还有待解决。
现有可用资源日渐枯竭，能源需求日趋紧张，煤炭作为宝贵的不可再生资源，遗留的煤柱若不借助现有巷道布置系统采出，以后再进行二次采出将花费巨大的代价，有些甚至永久遗弃在井下，造成巨大的资源浪费。因此，复采现有停采线煤柱对延长矿区或矿井的寿命，提高资源的回采率，缓减企业压力等都具有重要的现实意义。以塔山煤矿8105工作面为例，停采线煤柱宽度达230m，造成煤炭资源的极大浪费，但是停采线煤柱的留设宽度又将直接影响到主要巷道在使用期间的稳定性、可靠性，因而亟待找到一种对特厚煤层停采线煤柱复采的方法。
特厚煤层停采线煤柱的复采相对于普通工作面回采，具有安全难保证、成本高等问题，具体技术难点在于：
（1）煤柱靠经采空区一侧煤层的自燃：由于特厚煤层工作面回采完毕，煤柱靠近采空区一侧的残留浮煤较多，浮煤逐渐氧化，自燃发火倾向增加，影响护巷煤柱复采的安全生产。
（2）煤柱靠近采空区一侧瓦斯的集聚：由于特厚煤层工作面回采完毕，采空区封闭，采空区后部受到顶板自然垮落且重新压实，使得煤柱靠近采空区一侧的瓦斯大量集聚，影响护巷煤柱复采的安全生产。
（3）煤柱复采过程中主要巷道的使用安全：由于停采线煤柱的留设是为了维护主要巷道在矿井使用期间的安全性，因此要保证在停采线煤柱复采过程中的主要巷道的使用安全。
目前对复采特厚煤层长壁式采煤法遗留停采线煤柱的研究较少，往往都是集中在中厚煤层房式采煤法遗留煤柱的回收方面。针对大巷煤柱的回收，能够获得的现有技术如中国专利：CN105888665A“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，然后载进行安全性分析、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，而并非是具有回收煤柱的实际操作方法；再如中国专利：CN103306720A“一种特厚煤层倾斜分层固体充填采煤方法”提供了一种针对“三下”特厚煤层分层固体充填的采煤方法，并且按常规的固体充填采煤方法布置巷道及设备，该发明主要是要解决“三下”压煤量过多的问题，从而提出的采煤方法。然而由于停采线煤柱留设的特殊性，现有的特厚煤层停采线煤柱的复采还存在一些技术难题，在现有公开文献中，还未能获得相关复采方法的报道。
发明内容
本发明旨在提供一种分层膏体充填复采特厚煤层残采区停采线煤柱的方法，通过利用原回采系统的巷道布置方式并加以掘进上分层新巷道，同时借助膏体充填的手段，实现对生产矿井特厚煤层停采线煤柱的复采，以解决停采线煤柱煤炭损失的严重问题。
本发明提供了一种分层膏体充填复采特厚煤层残采区停采线煤柱的方法，包括以下步骤：
（1）根据矿井资料确定特厚煤层的煤层厚度，进行分层，并确定每一分层的开采厚度；
（2）对原工作面采空区进行综合探测，排除存在的安全隐患；
对特厚煤层后部原采空区进行综合探测包括：探测采空区瓦斯含量、探测采空区积水量、注入阻燃剂放置煤层自燃；
（3）对特厚煤层停采线煤柱上部的分层煤层进行巷道掘进；
上部每一分层煤层在巷道掘进时要在巷道掘进工作面进行探测工作，使得巷道掘进工作面与原工作面采空区留有2～3m的隔离煤柱；
（4）对特厚煤层原有回采巷道靠近原工作面采空区的位置进行封堵，同时对原回采巷道加强支护；
（5）选取充填膏体，依次对每一分层煤层进行充填开采；上分层煤层在充填回采的过程中，要为其下部分层煤层铺设人工假顶。
上述方案中，步骤（1）中，分层原则为每一分层煤层的厚度为3～5m，且每一分层煤层均采用综采一次采全高充填采煤法，即采用综合机械化采煤法，一次开采该分层的全部煤厚并使用膏体充填材料管理后部采空区的方法。
上述方案中，步骤（2）中，要对特厚煤层后部原采空区进行综合探测以探测采空区瓦斯含量，探测方法包括物探、钻探，并及时注入氮气以驱散采空区瓦斯等有害气体。
上述方案中，步骤（2）中，要对特厚煤层后部原采空区进行综合探测以探测采空区积水量，探测方法包括物探、钻探、化探，若采空区积水含量高则要对疏排采空区积水。
上述方案中，步骤（2）中，要对特厚煤层后部原采空区注入阻燃剂，以防止特厚煤层原工作面残留浮煤发生煤层自燃。
上述方案中，步骤（3）中，各分层回采巷道采用内错式布置方式，相邻两层的回采巷道之间的距离为d，内错距离d为3～5m。
上述方案中，步骤（4）中，原有特厚煤层回采巷道的封堵位置与原工作面采空区留有3～4m的隔离煤柱。
上述方案中，步骤（4）中，封堵材料采用矸石或砖块砌筑，并在表面喷射料浆或涂抹黄泥。
上述方案中，步骤（5）中，人工假顶采用菱形金属网假顶，网孔尺寸为20mm×20mm。
上述方案中，所述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，配制成质量浓度为75％—85％的充填膏体。
本发明的有益效果：
（1）本发明充分利用特厚煤层原回采巷道作为最下分层煤层的回采巷道，减少巷道掘进率，减少特厚煤层停采线煤柱复采掘进工程量。
（2）本发明采用综采一次采全高分层充填采煤法，有效地防止特厚煤层停采线煤柱复采过程后上覆岩层的破断和垮落，从而维护生产矿井的主要巷道在使用期间的稳定性。
（3）本发明通过对原采空区进行多次综合探测并及时采取适当方法，有效地防止了矿井安全事故的发生，保证特厚煤层停采线煤柱复采的安全可靠。
（4）本发明减少了特厚煤层停采线煤柱的压煤量，减少了煤炭资源的浪费，充分释放了煤炭资源的潜力，提高了煤炭企业的经济效益，缓解煤炭企业的资源压力，延长了矿井及矿区的寿命。
附图说明
图1是本发明停采线煤柱复采分层层数为2层的巷道布置示意图；
图2是图1中沿A-A剖面图；
图3是图1中沿B-B剖面图；
图4是图1中沿C-C剖面图；
图5是本发明停采线煤柱复采分层层数为3层的巷道布置示意图；
图6是分层开采内错式巷道布置方式的剖面图。
图中1：运输大巷；2：轨道大巷；3：溜煤眼；4：材料车场；5：斜巷；6：Ⅱ分层运输顺槽；7：Ⅱ分层轨道顺槽；8：原运输顺槽；9：原轨道顺槽；10：原工作面采空区；11：Ⅲ分层运输顺槽；12：Ⅲ分层轨道顺槽；d：内错距离。
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1：
如图1所示，某矿煤层厚度平均8.35m，煤层平均倾角3°，根据煤层厚度确定将特厚煤层停采线煤柱分为2层，由下至上分别记作Ⅰ、Ⅱ，Ⅰ号分层煤层厚度4.5m，Ⅱ号分层煤层厚度3.85m。
图2~图4是图1中的剖面图，进一步说明复采巷道布置。
对原工作面采空区10进行积水量与积气量探测。为了防止回采巷道发生突水事故，要对原工作面采空区进行疏排水工作；为了防止瓦斯突出及煤层自燃，要对原工作面采空区注入氮气及阻燃剂。
封闭原工作面采空区。原运输顺槽8、原轨道顺槽9在距离后部原工作面采空区约4m位置处，用砖块封堵原回采巷道，并用黄泥涂抹其表面，并加强该巷道的支护密度与支护强度。
分层联合巷道的掘进。从运输大巷1、轨道大巷2位置底板处掘进Ⅱ号分层联合溜煤眼3、材料车场4及斜巷5。
Ⅱ号分层煤层巷道掘进。沿Ⅱ号分层煤层底部掘进Ⅱ分层运输顺槽6、Ⅱ分层轨道顺槽7，Ⅱ号分层煤层回采巷道与原回采巷道内错距离为5m。在巷道掘进工作面要时刻进行探测工作，到距离后部原工作面采空区3m时停止掘进，开切眼，布置复采工作面。
Ⅱ号分层煤层的复采。对Ⅱ号分层煤层采用综采一次采全高膏体充填采煤法进行复采，工作面所需材料通过材料车场4进入Ⅱ号分层轨道顺槽7到达工作面，工作面采出的煤炭经Ⅱ号分层运输顺槽6到达溜煤眼3。综采设备每往前移动一个步距即对Ⅱ号分层煤层采空区及时进行充填，充填膏体按照质量百分比为煤矸石：粉煤灰：水泥：减水剂：水＝50％：15％：15％：5％：15％的比例，配制成质量浓度为80％的充填膏体，并通过充填管道进行充填；同时回采过程中在采空区和回采巷道底板铺设20mm×20mm菱形金属网作为底网，直到回采完毕。待充填膏体充分接顶凝结再进行Ⅰ号分层的复采。
Ⅰ号分层煤层的复采。在综采一次采全高充填液压支架上布置好充填管路，对Ⅰ号分层煤层采用综采一次采全高膏体充填采煤法进行复采。综采设备每往前移动一个步距即对Ⅰ号分层煤层采空区及时进行充填，充填膏体按照质量百分比为煤矸石：粉煤灰：水泥：减水剂：水＝50％：15％：15％：5％：15％的比例，配制成质量浓度为80％的充填膏体，并通过充填管道进行充填，直到回采完毕。
通过以上步骤对特厚煤层停采线煤柱进行复采，减少了特厚煤层停采线煤柱的压煤量，减少了煤炭资源的浪费。
实施例2：
如图5所示，某矿煤层厚度平均13.76m，煤层平均倾角3°，根据煤层度确定将特厚煤层停采线煤柱分为3层，由下至上分别记作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，Ⅰ号分层煤层厚度5m，Ⅱ号分层煤层厚度5m，Ⅲ号分层煤层厚度3.76m。分层巷道整体内错式布置，Ⅲ号分层与Ⅰ号分层内错距离约8～10m，Ⅱ号分层与Ⅰ号分层内错距离约3～5m。复采顺序由上至下分层复采，其它步骤同上一实施例。
Claims (5)
1.一种分层膏体充填复采特厚煤层残采区停采线煤柱的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）根据矿井资料确定特厚煤层的煤层厚度，进行分层，并确定每一分层的开采厚度；
步骤（1）中，每一分层煤层的厚度为3～5m，且每一分层煤层均采用综采一次采全高充填采煤法，即一次开采该分层的全部煤厚并使用膏体充填材料管理后部采空区的方法；
（2）对原工作面采空区进行综合探测，排除存在的安全隐患；
对特厚煤层后部原采空区进行综合探测包括：探测采空区瓦斯含量、探测采空区积水量和注入阻燃剂防止煤层自燃；
探测采空区瓦斯含量的方法包括物探或钻探，并及时注入氮气以驱散采空区有害气体；
探测采空区积水量的方法包括物探、钻探或化探中的一种，若采空区积水含量高则要疏排采空区积水；
（3）对特厚煤层停采线煤柱上部的分层煤层进行巷道掘进；
上部每一分层煤层在巷道掘进时要在巷道掘进工作面进行探测工作，使得巷道掘进工作面与原工作面采空区留有2～3m的隔离煤柱；
（4）对特厚煤层原有回采巷道靠近原工作面采空区的位置进行封堵，同时对原回采巷道加强支护；
（5）选取充填膏体，依次对每一分层煤层进行充填开采；上分层煤层在充填回采的过程中，要为其下部分层煤层铺设人工假顶。
2.根据权利要求1所述的分层膏体充填复采特厚煤层残采区停采线煤柱的方法，其特征在于：步骤（3）中，各分层回采巷道采用内错式布置方式，相邻两层的回采巷道之间的距离为d，内错距离d为3～5m。
3.根据权利要求1所述的分层膏体充填复采特厚煤层残采区停采线煤柱的方法，其特征在于：步骤（4）中，封堵材料采用矸石或砖块砌筑，并在表面喷射料浆或涂抹黄泥。
4.根据权利要求1所述的分层膏体充填复采特厚煤层残采区停采线煤柱的方法，其特征在于：步骤（5）中，人工假顶采用菱形金属网假顶，网孔尺寸为20mm×20mm。
5.根据权利要求1所述的分层膏体充填复采特厚煤层残采区停采线煤柱的方法，其特征在于：所述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，配制成质量浓度为75％—85％的充填膏体。
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