CN107762511A - 一种切顶充填临近采空区的类条带式采煤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种切顶充填临近采空区的类条带式采煤方法，其包括以下步骤：条带开采的尺寸小于直接顶初次垮落步距L0，保持顶板不垮落，先采小条带煤柱，留大条带煤柱，小条带煤柱与大条带煤柱的采留比为1:2；小条带煤柱开切眼，到达上顺槽后退式开采剩余小条带煤柱，从上顺槽沿小条带煤柱的两边界布置切顶炮眼，采完小条带煤柱，从上顺槽开始点炮切顶；采完小条带煤柱，就近开采小条带煤柱一侧的大条带煤柱，以小条带煤切断直接顶获得的碎裂矸石，进行边采边充，直至开采完毕。顶板悬空尺寸一直保持小于直接顶初次垮落的距离，顶板不会垮落，支护比较简单安全；在采空区平面尺度上减小近4/5，可以有效地控制地表沉降，对环境几乎没有破坏性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采领域，尤其涉及一种切顶充填临近采空区的类条带式采煤方法。
背景技术
煤炭是我国的第一能源，专家预测，未来50年内中国煤炭产量将达到45-50亿t/a，煤炭占全国能源比例不会低于50％，煤炭将一直是中国第一能源。但我国煤炭工业存在着三大主要问题制约着煤矿的发展：
安全问题：顶板管理问题；冲击地压；工作面顶底板突水问题等等。
采出率低：我国东中部地区人口密集，以村庄建筑物为主的“三下一上”压煤十分严重。传统“三下一上”压煤主要采用条带法开采，采一条带煤，永久保留一条带煤，采区采出率一般低于50％，煤厚、采深大时更低。
环境问题：我国煤矿普遍采用垮落法开采，引起岩层破坏与移动，导致地表开采沉陷，破坏土地资源和地下水资源，同时排放大量瓦斯、煤矸石、矿井水，污染环境。
目前煤矿在应对煤炭采出的问题时主要采用固体废物膏体充填开采，固体废物膏体充填开采把矸石等固体废物的利用，与控制采煤工作面顶底板岩层破坏，减少开采沉陷，保护地面建/构筑物结合起来，但这种方法仍存在着发展瓶颈：充填材料不足，需要外来材料，增加了投入，加大了煤矿的经济负担。
因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种切顶充填临近采空区的类条带式采煤方法，提高煤的采出率，提高充填效率，降低充填成本。
为解决上述技术问题，本发明方案包括：
一种切顶充填临近采空区的类条带式采煤方法，其包括以下步骤：
A、条带开采的尺寸小于直接顶初次垮落步距L0，保持顶板不垮落，先采小条带煤柱，留大条带煤柱，采小条带煤柱直接顶厚度为：
其中：mz—直接顶厚度；
h—小条带煤柱的采高；
SA—岩梁触矸处沉降值；
KA—岩梁触矸处已冒落岩层的碎胀系数；
小条带煤柱与大条带煤柱的采留比为1:2；
B、小条带煤柱开切眼，到达上顺槽后退式开采剩余小条带煤柱，从上顺槽沿小条带煤柱的两边界布置切顶炮眼，采完小条带煤柱，从上顺槽开始点炮切顶；切顶厚度为4倍的小条带煤柱采高，以满足充填材料的需求；
C、采完小条带煤柱，就近开采小条带煤柱一侧的大条带煤柱，以小条带煤柱切断直接顶获得的碎裂矸石填充大条带煤柱对应的采空区，进行边采边充，该一侧的大条带煤柱采完，充填封死矸石运输设备进出通道；再开采小条带煤柱另一侧的大条带煤柱，以小条带煤柱切断直接顶获得的碎裂矸石填充大条带煤柱对应的采空区，进行边采边充，该另一侧的大条带煤柱采完，充填封死矸石运输设备进出通道；
D、重复步骤B与步骤C直至开采完毕；
其中，上述切顶是指将对应的直接顶板切下，掉落矸石用于填充大条带煤柱对应的采空区。
所述的类条带式采煤方法，其中，在步骤A之前还包括获取直接顶初次垮落步距L0；按照长壁开采布置工作面，为保持顶板直接顶开采过程不垮落，需使小条带煤采宽L小于直接顶的初次垮落步距L0，在初采时，可将直接顶岩层视为两端分别由煤壁和煤柱支撑的双端固定梁，双端固定梁的跨度随工作面的推进不断增大，当达到极限值时，由于本身自重的载荷的作用将发生断裂，失去平衡、形成垮落，直接顶初次垮落步距L0为：
其中：mz—直接顶厚度，m；
σt为直接顶岩层的抗拉强度；
q为直接顶岩梁所示受的均布载荷密度。
所述的类条带式采煤方法，其中，上述步骤B具体的还包括：从上顺槽沿小条带煤柱的两边界布置切顶炮眼，炮眼间距为6米，4个炮眼一组，最深炮眼的深度为4倍的小条带煤柱采高，相邻两个炮眼的深度相差一倍的小条带煤柱采高，4个炮眼从最深炮眼向最浅炮眼依次排列，炮眼直径大于80毫米，采完小条带煤柱，从上顺槽开始点炮切顶。
所述的类条带式采煤方法，其特征在于，上述步骤B具体的还包括：炮眼的装药系数为取0.7，炮泥系数为取0.3，采用连续耦合方式装药。
所述的类房柱式采煤方法，其中，上述步骤B具体的还包括：爆破切顶，用双雷管，双导爆引爆，两根导爆索延伸至炮眼底部，每一根导爆索均采用一发雷管，两发雷管采用并联方式连接，用胶带纸将雷管与导爆索绑扎牢固，雷管的聚能穴端应和导爆索的传爆方向相同。
所述的类条带式采煤方法，其中，上述步骤C具体的还包括：为了保持两边大煤柱顶板下沉量小，对充填的破碎矸石进行注浆处理。
本发明提供的一种切顶充填临近采空区的类条带式采煤方法，顶板悬空尺寸一直保持小于直接顶初次垮落的距离，顶板不会垮落，支护比较简单安全；基本上可以保证采区采出率接近100％，不会留条带煤柱；在采空区平面尺度上减小近4/5，可以有效地控制地表沉降，对环境几乎没有破坏性；原地取材，充填材料取自邻近采空区的顶板，方便快捷，降低了充填成本低。
附图说明
图1为本发明中采煤方法效果的示意图；
图2为本发明中在小条带煤柱切眼的示意图；
图3为本发明中小条带煤柱开采结束时的示意图；
图4为本发明中钻孔炮眼的示意图；
图5为本发明中切顶顶板破碎时的状态示意图；
图6为本发明中开采小条带煤柱一侧大条带煤柱的示意图；
图7为本发明中开采小条带煤柱另一侧大条带煤柱的示意图；
图8为本发明中充填结束时的示意图；
图9为本发明中切顶钻孔的布置示意图；
图10为本发明中切顶钻孔炮眼炮泥的布置示意图；
图11为本发明中切顶钻孔炮眼导爆索的布置示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种切顶充填临近采空区的类条带式采煤方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种切顶充填临近采空区的类条带式采煤方法，其包括以下步骤：
步骤一，条带开采的尺寸小于直接顶初次垮落步距L0，保持顶板不垮落，先采小条带煤柱，留大条带煤柱，采小条带煤直接顶厚度为：
其中：mz—直接顶厚度；
h—小条带煤柱的采高；
SA—岩梁触矸处沉降值；
KA—岩梁触矸处已冒落岩层的碎胀系数；
小条带煤柱与大条带煤柱的采留比为1:2；
步骤二，小条带煤柱开切眼，到达上顺槽后退式开采剩余小条带煤柱，从上顺槽沿小条带煤柱的两边界布置切顶炮眼，采完小条带煤柱，从上顺槽开始点炮切顶；切顶厚度为4倍的小条带煤柱采高，使小条带煤柱采高变大，以满足充填材料；
步骤三，采完小条带煤柱，就近开采小条带煤柱一侧的大条带煤柱，以小条带煤柱切断直接顶获得的碎裂矸石填充大条带煤柱对应的采空区，进行边采边充，该一侧的大条带煤柱采完，充填封死矸石运输设备进出通道；再开采小条带煤柱另一侧的大条带煤柱，以小条带煤柱切断直接顶获得的碎裂矸石填充大条带煤柱对应的采空区，进行边采边充，该另一侧的大条带煤柱采完，充填封死矸石运输设备进出通道；为了保持两边大煤柱顶板下沉量小，对充填的破碎矸石进行注浆处理；
步骤四，如图1所示的，重复步骤二与步骤三直至开采完毕；
其中，上述切顶是指将对应的直接顶板切下，掉落矸石用于填充大条带煤柱对应的采空区。
在本发明的另一较佳实施例中，在步骤一之前还包括获取直接顶初次垮落步距L0；按照长壁开采布置工作面，为保持顶板直接顶开采过程不垮落，需使小条带煤采宽L小于直接顶的初次垮落步距L0，在初采时，可将直接顶岩层视为两端分别由煤壁和煤柱支撑的双端固定梁，双端固定梁的跨度随工作面的推进不断增大，当达到极限值时，由于本身自重载荷的作用将发生断裂，失去平衡、形成垮落，直接顶初次垮落步距L0为：
其中：mz—直接顶厚度，m；
σt为直接顶岩层的抗拉强度；
q为直接顶岩梁所示受的均布载荷密度。
更进一步的，上述步骤二具体的还包括：从上顺槽沿小条带煤柱的两边界布置切顶炮眼，炮眼间距为6米，4个炮眼一组，最深炮眼的深度为4倍的小条带煤柱采高，相邻两个炮眼的深度相差一倍的小条带煤柱采高，4个炮眼从最深炮眼向最浅炮眼依次排列，炮眼直径大于80毫米，采完小条带煤柱，从上顺槽开始点炮切顶。而且炮眼的装药系数为取0.7，炮泥系数为取0.3，采用连续耦合方式装药。
而且上述步骤二具体的还包括：爆破切顶，用双雷管，双导爆引爆，两根导爆索延伸至炮眼底部，每一根导爆索均采用一发雷管，两发雷管采用并联方式连接，用胶带纸将雷管与导爆索绑扎牢固，雷管的聚能穴端应和导爆索的传爆方向相同。
为了更进一步描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。
第一步，按照长壁开采布置工作面，为保持顶板直接顶开采过程不垮落，需使小条带煤柱采宽L小于直接顶的初次垮落步距L0，在初采时，可将直接顶岩层视为两端分别由煤壁和煤柱支撑的双端固定梁，该双端固定梁的跨度随工作面的推进不断增大，当达到极限值时，由于本身自重载荷的作用将发生断裂，失去平衡、形成垮落。因此，便可导出直接顶初次垮落步距L0：
其中：mz—直接顶厚度，m；
σt—直接顶岩层(体)的抗拉强度；
q—直接顶岩梁所示受的均布载荷密度；
小条带煤柱采宽L小于
第二步，先采小条带煤柱，留大条带煤柱，小条带煤柱开采完毕后再开采大条带煤柱，采小条带煤直接顶厚度公式为：
其中：mz—直接顶厚度，m；
h—采高，m；
SA—岩梁触矸处沉降值；
KA—岩梁触矸处已冒落岩层的碎胀系数。
KA一般平均为1.2，SA一般平均为0.2h，求得直接顶厚度为4倍的小煤柱采高。故小条带煤柱与大条带煤柱的采留比为1:2。
第三步，如图2与图3所述的，小条带煤柱开切眼1，到达上顺槽后退式开采剩余小条带煤柱，从上顺槽沿小条带煤的两边界布置切顶炮眼2，炮眼2间距6m，4个炮眼2一组，最深炮眼的深度为4倍的小条带煤柱采高，相邻两个炮眼的深度相差一倍的小条带煤柱采高，4个炮眼从最深炮眼向最浅炮眼依次排列如图4与图9所示，为增强切顶效果，炮眼直径大于80mm，采完小条带煤，从上顺槽开始点炮切顶；切顶厚度为4倍的小条带煤柱采高，以满足充填材料的需求；
第四步，装药封孔，根据《爆破工程》一书中关于深孔爆破的介绍及现场实践经验，炮眼装药系数一般取0.7，炮泥系数一般取0.3，如图10所示，炮泥3采用水炮泥，炸药4被炮泥3封在炮眼2内，可起到降尘、降温和吸收有毒有害气体的作用，炮眼2采用简化的间隔方式装药，即采用连续耦合方式装药，
第五步，爆破切顶，如图11所示，用双雷管，双导爆引爆，两根导爆索5延伸至炮眼2底部，每一根导爆索5均采用一发雷管6，两发雷管6采用并联方式连接，用胶带纸将雷管6与导爆索5绑扎牢固，注意雷管的聚能穴端应和导爆索的传爆方向相同，导爆索5和雷管6连接方式与每孔电雷管连接方式如图11所示，爆破切顶，爆破效果如图5所示；
第六步，如图6、图7与图8所示的，采完小条带煤柱，就近开采小条带煤柱一侧的大条带煤柱，以小条带煤柱切断直接顶获得的碎裂矸石填充大条带煤柱对应的采空区，进行边采边充，该一侧的大条带煤柱采完，充填封死矸石运输设备进出通道；再开采小条带煤柱另一侧的大条带煤柱，以小条带煤柱切断直接顶获得的碎裂矸石填充大条带煤柱对应的采空区，进行边采边充，该另一侧的大条带煤柱采完，充填封死矸石运输设备进出通道；切直接顶厚度为4倍的小条带煤柱采高，采留比为1：2，可以满足充填材料的供应需求，最终形成采留比不变，但是，小条带煤柱的采高变大的条带式开采空间，为了保持两边大煤柱顶板下沉量小，可以对充填的破碎矸石进行注浆处理。
4倍的小条带煤柱采高当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (6)
1.一种切顶充填临近采空区的类条带式采煤方法，其包括以下步骤：
A、条带开采的尺寸小于直接顶初次垮落步距L0，保持顶板不垮落，先采小条带煤柱，留大条带煤柱，采小条带煤柱直接顶厚度为：
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</mrow>
其中：mz—直接顶厚度；
h—小条带煤柱的采高；
SA—岩梁触矸处沉降值；
KA—岩梁触矸处已冒落岩层的碎胀系数；
小条带煤柱与大条带煤柱的采留比为1:2；
B、小条带煤柱开切眼，到达上顺槽后退式开采剩余小条带煤柱，从上顺槽沿小条带煤柱的两边界布置切顶炮眼，采完小条带煤柱，从上顺槽开始点炮切顶；切顶厚度为4倍的小条带煤柱采高，以满足充填材料的需求；
C、采完小条带煤柱，就近开采小条带煤柱一侧的大条带煤柱，以小条带煤柱切断直接顶获得的碎裂矸石填充大条带煤柱对应的采空区，进行边采边充，该一侧的大条带煤柱采完，充填封死矸石运输设备进出通道；再开采小条带煤柱另一侧的大条带煤柱，以小条带煤柱切断直接顶获得的碎裂矸石填充大条带煤柱对应的采空区，进行边采边充，该另一侧的大条带煤柱采完，充填封死矸石运输设备进出通道；
D、重复步骤B与步骤C直至开采完毕；
其中，上述切顶是指将对应的直接顶板切下，掉落矸石用于填充大条带煤柱对应的采空区。
2.根据权利要求1所述的类条带式采煤方法，其特征在于，在步骤A之前还包括获取直接顶初次垮落步距L0；按照长壁开采布置工作面，为保持顶板直接顶开采过程不垮落，需使小条带煤采宽L小于直接顶的初次垮落步距L0，在初采时，可将直接顶岩层视为两端分别由煤壁和煤柱支撑的双端固定梁，双端固定梁的跨度随工作面的推进不断增大，当达到极限值时，由于本身自重的载荷的作用将发生断裂，失去平衡、形成垮落，直接顶初次垮落步距L0为：
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<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中：mz—直接顶厚度，m；
σt为直接顶岩层的抗拉强度；
q为直接顶岩梁所示受的均布载荷密度。
3.根据权利要求1所述的类条带式采煤方法，其特征在于，上述步骤B具体的还包括：从上顺槽沿小条带煤柱的两边界布置切顶炮眼，炮眼间距为6米，4个炮眼一组，最深炮眼的深度为4倍的小条带煤柱采高，相邻两个炮眼的深度相差一倍的小条带煤柱采高，4个炮眼从最深炮眼向最浅炮眼依次排列，炮眼直径大于80毫米，采完小条带煤柱，从上顺槽开始点炮切顶。
4.根据权利要求3所述的类条带式采煤方法，其特征在于，上述步骤B具体的还包括：炮眼的装药系数为取0.7，炮泥系数为取0.3，采用连续耦合方式装药。
5.根据权利要求4所述的类房柱式采煤方法，其特征在于，上述步骤B具体的还包括：爆破切顶，用双雷管，双导爆引爆，两根导爆索延伸至炮眼底部，每一根导爆索均采用一发雷管，两发雷管采用并联方式连接，用胶带纸将雷管与导爆索绑扎牢固，雷管的聚能穴端应和导爆索的传爆方向相同。
6.根据权利要求1所述的类条带式采煤方法，其特征在于，上述步骤C具体的还包括：为了保持两边大煤柱顶板下沉量小，对充填的破碎矸石进行注浆处理。
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