CN107542465A - 一种浅埋煤层保水开采方法及其应用 - Google Patents
一种浅埋煤层保水开采方法及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种浅埋煤层保水开采方法及其应用，属于煤炭开采技术领域。在工作面内从主运输巷垂直或倾斜划分出若干条预掘巷道，采用多点平行作业的方式进行巷道的掘进，并及时充填掘进完成的巷道。通过控制掘进巷道宽度、巷道间隔宽度、巷道掘进速率、充填速度以及间隔充填时间，来有效控制采动覆岩裂隙发育和巷道顶板下沉量。该方法保证了工作面持续、稳定、高效地出煤，给予了充填作业面充足的时间和有效的空间使充填体凝固并达到承载强度要求，有效控制了浅埋煤层导水裂隙带之上隔水层渗透性的演变，实现了浅埋煤层赋存区域的保水开采，拓宽了保水开采的方法选择和适用条件，同时实现了煤炭资源安全高效高回收率开采。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种浅埋煤层保水开采方法及其应用。
背景技术
西北地区是我国煤炭的主要产区，但地处干旱-半干旱大陆气候区，区内水资源贫乏、植被覆盖率较低、生态环境脆弱。实践表明，以传统方式进行采煤，采动裂隙发育必将引起矿区大范围水土资源流失，带来一系列矿山环境地质效应，进一步加剧了原本脆弱的生态环境的退化。因此，在采煤的同时必须注重环境的保护，尤其是对水资源的保护。
保水开采理念由上世纪末形成，经过多年的研究，保水开采取得了一定的成效，初步形成了以保护生态水位为目标的保水开采技术体系。然而，在隔采比（隔水岩组总厚度与采高的比）较小的浅埋煤层赋存区域，尤其是隔采比小于18~35的区域，传统长壁采煤仍然不可避免的造成了浅表水资源流失，而降低采高或采用部分充填开采等保水开采方法又会带来煤炭资源浪费等问题。鉴于传统长壁采煤方式的弊端以及部分保水开采方法的局限性，选择短壁式充填开采是实现浅埋煤层保水开采的有效途径之一。目前，保水开采的研究成果中多以导水裂隙带的发育作为隔水层失稳的判据，然而采动引起的导水裂隙带之上隔水岩层渗透性的改变也是造成生态水位漏失的重要因素。充填保水开采方法能够有效控制导水裂隙带之上隔水岩层渗透性的演变，从而实现浅埋煤层赋存区域的保水开采。
然而，现有的充填开采技术主要存在采煤与充填协调作业难、充填系统复杂、充填空间大且充填时间长等问题。为改善充填开采的局限性，并使之更加契合浅埋煤层赋存区域的保水开采，提出一种浅埋煤层保水开采方法及其应用。这是一种精准充填开采方法，该方法从控制导水裂隙带之上隔水岩层渗透性演变的角度出发，通过控制开采参数（掘进巷道宽度、巷道间隔宽度、巷道掘进速率、充填速度以及间隔充填时间等）来实现浅埋煤层赋存区域的保水开采，拓宽了保水开采的方法选择和适用条件。同时，该方法简化了采煤生产系统，提高了采煤效率和采出率，实现了采煤与充填协调作业，是一种安全、高效的保水开采方法
发明内容
解决的技术问题：针对现有技术中存在采煤与充填协调作业难、充填系统复杂、充填空间大且充填时间长等技术问题，本发明提供一种浅埋煤层保水开采方法，具有简单易行、采煤效率及采出率高、采煤与充填协调作业等优点。
技术方案：一种浅埋煤层保水开采方法，包括如下步骤：
步骤一.在工作面走向边缘的一侧布置主运输巷，另一侧布置辅助运输巷，工作面倾向边缘垂直于走向方向通过布置开切眼贯通主运输巷和辅助运输巷；
步骤二.将工作面垂直于走向方向划分为至少两组开采循环，除了紧邻开切眼的一组开采循环，其余每组开采循环沿工作面倾向边缘方向的一侧留出一条预掘开切眼巷道，并在开切眼和上述预掘开切眼巷道沿工作面走向的一侧留设保护煤柱；
步骤三.在每组开采循环内，保护煤柱沿工作面走向的一侧，从主运输巷垂直或倾斜划分出至少八条预掘巷道，分成至少两个工作段，每个工作段分成至少两组开采阶段，靠近工作面倾向边缘一侧的开采循环、开采阶段和预掘巷道分别为第一开采循环、第一开采阶段和第一组预掘巷道，余下分组沿工作面走向依次排序；
步骤四.从第一开采循环开始掘进，每个工作段同时进行掘进，从每个工作段第一开采阶段中第一组预掘巷道开始，通过主运输巷运煤，掘进完成后，在已掘巷道与主运输巷相接处打密闭墙，然后从下一开采阶段中第一组预掘巷道开始掘进，同时通过辅助运输巷对上一开采阶段中已掘巷道进行充填，充填完成后，在充填后的已掘巷道与辅助运输巷相接处打密闭墙，直至最后一组开采阶段第一组预掘巷道掘进完成后打密闭墙，然后对第一开采阶段中下一组预掘巷道进行掘进，同时充填最后一组开采阶段已掘巷道，充填完成后打密闭墙，然后从下一开采阶段中下一组预掘巷道开始掘进，掘进的同时充填上一开采阶段中已掘巷道，以此类推，直至每个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道开始掘进；
步骤五.掘进第一开采循环每个工作段中最后一组开采阶段最后一组预掘巷道、充填上一开采阶段中已掘巷道的同时，掘进下一开采循环预掘开切眼巷道充当新的开切眼，开始进行开采循环的过渡，掘进完成后，在上一开采循环中的已掘巷道和开切眼与主运输巷相接处打密闭墙；
步骤六.完成开采循环之间的过渡后，下一开采循环作为当前开采循环，每个工作段第一开采阶段中第一组预掘巷道掘进的同时填充上一开采循环中每个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道和开切眼，打密闭墙，其余重复步骤四；
步骤七.重复步骤五和步骤六，直至工作面内最后一组开采循环中每个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道掘进完毕后进行充填，最终完成整个开采过程。
作为优选，步骤一中，主运输巷和辅助运输巷的布置遵循“仰采俯充”的原则，即将主运输巷布置在较低的层位，将辅助运输巷布置在较高的层位。
作为优选，所述步骤四中每个开采阶段内下一组预掘巷道与上一组已掘巷道相邻或者间隔。
作为优选，所述步骤四中每个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道不靠近下一开采循环的预掘开切眼巷道。
本发明的另一个技术方案为所述方法在隔采比为18~35的浅埋煤层赋存矿区的保水开采中的应用。
作为优选，主要应用于红土隔水层渗透性控制。
有益效果：本发明采用多点平行掘进作业的方式进行采煤，掘进完成后在巷道与主运输巷相接处打密闭墙，对巷道进行充填的同时掘进下一组巷道，掘进作业与充填作业独立进行。掘进巷道和充填巷道两侧始终由未开采的煤体或已充填并达到承载强度要求的充填体作为支撑，通过控制掘进巷道的宽度、巷道掘进的速率以及充填材料的配比，来有效控制采动覆岩裂隙发育和巷道顶板下沉。该方法实现了掘进（采煤）与充填同步协调作业，保证了掘进作业面持续、稳定、高效地出煤，给予了充填作业面充足的时间和有效的空间使充填体凝固并达到承载强度要求，有效控制了覆岩裂隙发育及巷道顶板下沉，最终实现了煤炭资源的水资源保护性开采（保水开采）和安全高效高回收率开采。其方法简单，煤炭采出率高，控制覆岩裂隙发育效果好，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明所述工作面主运输巷、辅助运输巷布置示意图。
图2是实施例1所述工作面划分为3个开采循环示意图。
图3是实施例1所述第一开采循环内划分出开采阶段及预掘巷道示意图。
图4是实施例1所述第一开采循环中每个工作段第一开采阶段第一组巷道掘进作业示意图。
图5是实施例1所述第一开采循环中每个工作段第二开采阶段第一组巷道掘进作业同时第一开采阶段第一组巷道充填作业示意图。
图6是实施例1所述第一开采循环中每个工作段第一开采阶段第二组巷道掘进作业同时第二开采阶段第一组巷道充填作业示意图。
图7是实施例1所述第一开采循环中每个工作段第二开采阶段第二组巷道掘进作业同时第一开采阶段第二组巷道充填作业示意图。
图8是实施例1所述第一开采循环中每个工作段第一开采阶段第三组巷道掘进作业同时第二开采阶段第二组巷道充填作业示意图。
图9是实施例1所述第一开采循环中每个工作段第二开采阶段第三组巷道掘进作业同时第一开采阶段第三组巷道充填作业示意图。
图10是实施例1所述第一开采循环中每个工作段第一开采阶段第四组巷道掘进作业同时第二开采阶段第三组巷道充填作业示意图。
图11是实施例1所述第一开采循环内一个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道开始掘进、上一开采阶段中已掘巷道开始充填的同时下一开采循环预掘开切眼巷道开始掘进作业示意图。
图12是实施例1所述当前开采循环中每个工作段第一开采阶段中第一组预掘巷道掘进的同时充填上一开采循环中每个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道和开切眼作业示意图。
图13是实施例1所述掘进与充填作业面完成开采循环之间的过渡示意图。
图14是实施例1所述工作面内完成所有开采循环的掘进与充填作业示意图。
图中：1-主运输巷；2-辅助运输巷；3-开切眼；4-保护煤柱；5-掘进作业面；6-充填作业面；7-密闭墙；8-预掘巷道；Ryzx为第y开采循环第z组预掘巷道第x开采阶段，y=1或2，z=1、2、3或4，x=1或2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述。
实施例1
一种浅埋煤层保水开采方法，应用于隔采比为18~35的浅埋煤层，所述方法包括如下步骤：
步骤一. 所述工作面推进长度为350 m，宽度为150 m，参照图1，在工作面走向边缘的一侧布置主运输巷1，另一侧布置辅助运输巷2，工作面倾向边缘垂直于走向方向通过布置开切眼3贯通主运输巷1和辅助运输巷2。主运输巷1和辅助运输巷2的布置遵循“仰采俯充”的原则，即将主运输巷1布置在较低的层位，煤炭向下运输，将辅助运输巷布置在较高的层位，充填材料自上而下填充，填充材料为矸石。
步骤二.将工作面垂直于走向方向划分为三组开采循环，参照图2，除了紧邻开切眼3的一组开采循环，其余每组开采循环沿工作面倾向边缘方向的一侧留出一条预掘开切眼巷道，并在开切眼3和上述预掘开切眼巷道沿工作面走向的一侧留设保护煤柱4，预掘开切眼巷道的宽度为6 m，保护煤柱4的宽度为10~15 m。
步骤三.参照图3，在每组开采循环内，保护煤柱4沿工作面走向的一侧，从主运输巷1垂直或倾斜划分出16条预掘巷道，每条巷道的宽度为6 m，分成两个工作段，每个工作段分成两组开采阶段，靠近工作面倾向边缘一侧的开采循环、开采阶段和预掘巷道分别为第一开采循环、第一开采阶段和第一组预掘巷道，余下分组沿工作面走向依次排序。
步骤二和步骤三中若巷道掘进速率较快且充填体凝固时间相对较长，为保证掘进巷道一侧（或两侧）的充填体能够凝固并达到承载强度要求，需减少开采阶段个数并增加每个开采阶段预掘巷道8的条数；反之，则增加开采阶段个数并减少每个开采阶段预掘巷道8的条数。
步骤四. 参照图4~图10，从第一开采循环开始掘进，两个工作段同时进行掘进，从每个工作段第一开采阶段中第一组预掘巷道开始，通过主运输巷1运煤，掘进完成后，在已掘巷道与主运输巷1相接处打密闭墙，然后从第二开采阶段中第一组预掘巷道开始掘进，同时通过辅助运输巷2对上一开采阶段中已掘巷道进行充填，充填完成后，在充填后的已掘巷道与辅助运输巷2相接处打密闭墙，然后对第一开采阶段中下一组预掘巷道进行掘进，同时充填第二开采阶段已掘巷道，充填完成后打密闭墙，然后从第二开采阶段中下一组预掘巷道开始掘进，掘进的同时充填上一开采阶段中已掘巷道，以此类推，直至两个工作段第二开采阶段最后一组预掘巷道开始掘进，具体过程参照图4~图11。其中每个开采阶段中下一组预掘巷道与上一组充填后已掘巷道相邻或间隔，本实施例中采用相邻的形式。
步骤五.参照图12，掘进第一开采循环每个工作段中第二开采阶段第四组预掘巷道、充填上一开采阶段中已掘巷道的同时，掘进下一开采循环预掘开切眼巷道充当新的开切眼，开始进行开采循环的过渡，掘进完成后，在上一开采循环中的已掘巷道和开切眼与主运输巷1相接处打密闭墙。
但是，为了避免掘进最后一组巷道对下一开采循环的扰动影响，最后一组巷道的位置不靠近下一开采循环的开切眼3，为了减小煤炭运输和巷道充填的总线路，最后一组巷道的位置也不靠近当前开采循环的保护煤柱4。
步骤六.参照图13，完成开采循环之间的过渡后，下一开采循环作为当前开采循环，每个工作段第一开采阶段中第一组预掘巷道掘进的同时填充上一开采循环中每个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道和开切眼，打密闭墙，其余重复步骤四。
步骤七.重复步骤五和步骤六，直至工作面内最后一组开采循环中每个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道掘进完毕后进行充填，最终完成整个开采过程，完成状态图参照图14。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求所限定的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种浅埋煤层保水开采方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一.在工作面走向边缘的一侧布置主运输巷（1），另一侧布置辅助运输巷（2），工作面倾向边缘垂直于走向方向通过布置开切眼（3）贯通主运输巷（1）和辅助运输巷（2）；
步骤二.将工作面垂直于走向方向划分为至少两组开采循环，除了紧邻开切眼（3）的一组开采循环，其余每组开采循环沿工作面倾向边缘方向的一侧留出一条预掘开切眼巷道，并在开切眼（3）和上述预掘开切眼巷道沿工作面走向的一侧留设保护煤柱（4）；
步骤三.在每组开采循环内，保护煤柱（4）沿工作面走向的一侧，从主运输巷（1）垂直或倾斜划分出至少八条预掘巷道，分成至少两个工作段，每个工作段分成至少两组开采阶段，靠近工作面倾向边缘一侧的开采循环、开采阶段和预掘巷道分别为第一开采循环、第一开采阶段和第一组预掘巷道，余下分组沿工作面走向依次排序；
步骤四.从第一开采循环开始掘进，每个工作段同时进行掘进，从每个工作段第一开采阶段中第一组预掘巷道开始，通过主运输巷（1）运煤，掘进完成后，在已掘巷道与主运输巷（1）相接处打密闭墙，然后从下一开采阶段中第一组预掘巷道开始掘进，同时通过辅助运输巷（2）对上一开采阶段中已掘巷道进行充填，充填完成后，在充填后的已掘巷道与辅助运输巷（2）相接处打密闭墙，直至最后一组开采阶段第一组预掘巷道掘进完成后打密闭墙，然后对第一开采阶段中下一组预掘巷道进行掘进，同时充填最后一组开采阶段已掘巷道，充填完成后打密闭墙，然后从下一开采阶段中下一组预掘巷道开始掘进，掘进的同时充填上一开采阶段中已掘巷道，以此类推，直至每个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道开始掘进；
步骤五.掘进第一开采循环每个工作段中最后一组开采阶段最后一组预掘巷道、充填上一开采阶段中已掘巷道的同时，掘进下一开采循环预掘开切眼巷道充当新的开切眼，开始进行开采循环的过渡，掘进完成后，在上一开采循环中的已掘巷道和开切眼与主运输巷（1）相接处打密闭墙；
步骤六.完成开采循环之间的过渡后，下一开采循环作为当前开采循环，每个工作段第一开采阶段中第一组预掘巷道掘进的同时填充上一开采循环中每个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道和开切眼，打密闭墙，其余重复步骤四；
步骤七.重复步骤五和步骤六，直至工作面内最后一组开采循环中每个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道掘进完毕后进行充填，最终完成整个开采过程。
2.根据权利要求1所述的一种浅埋煤层保水开采方法，其特征在于步骤一中，主运输巷（1）和辅助运输巷（2）的布置遵循“仰采俯充”的原则，即将主运输巷（1）布置在较低的层位，将辅助运输巷布置在较高的层位。
3.根据权利要求1所述的一种浅埋煤层保水开采方法，其特征在于所述步骤四中每个开采阶段内下一组预掘巷道与上一组已掘巷道相邻或者间隔。
4.根据权利要求1所述的一种浅埋煤层保水开采方法，其特征在于所述步骤四中每个工作段最后一组开采阶段最后一组预掘巷道不靠近下一开采循环的预掘开切眼巷道。
5.基于权利要求1所述方法在隔采比为18~35的浅埋煤层赋存矿区的保水开采中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于主要应用于红土隔水层渗透性控制。
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