CN108278113B - 一种特厚煤层分层非整体充填开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特厚煤层分层非整体充填开采方法，用于“三下”特厚煤层的开采，结合煤质性质和设备综合进行分层，确定分层高度，然后利用上房柱非整体充填回收煤柱、下条带式充填开采的方式，整层煤采用上述两种方式对煤层依次进行开采，先采上层、再采下层，直至开采完整层煤。本发明很好地利用煤层代替人工假顶，大幅度减少材料损耗，充填方式实现了非整体充填，节省充填材料，采动过程中，由于均实现采充相结合的方式，在即将缺少煤柱的时候，更快的以固体胶结充填材料代替煤柱，严格控制上覆岩层出现大幅变化，保证了地面建筑物的安全，上下结构相互配合，能控制地表下沉。

Description

一种特厚煤层分层非整体充填开采方法

技术领域

本发明涉及一种特厚煤层分层非整体充填开采方法，具体涉及一种在“三下”压煤情况下，特厚煤层非整体充填的开采方法，属于煤炭开采技术领域。

背景技术

“三下”煤层开采一直处于特殊开采范围内，对于“三下”煤层的开采，国内外的学者已经做过了大量的研究，并且有些成果取得了较好的效果，特别是薄煤层开采的情况下，效果较为显著——有效地保护了地表建筑物。但是对于“三下”特厚煤层开采，解决方案一直不是很好，不是铺设假顶耗资耗时严重，就是采用大量矸石充填，运费成本大幅提升，充填方案欠佳。分层充填开采，要想减少开采耗资，并且合理控制岩层压力，防止地表沉陷，就需要在充填方式、上下分层布置上有改进，目前这种综合性新开采方法的提出迫在眉睫。

发明内容

本发明旨在提供一种特厚煤层分层非整体充填开采方法，利用现有的开采材料、开采设备，提出一种全新的上下分层交替进行开采的“三下”特厚煤层开采方法，上层采用房柱非整体充填回收煤柱、下层采用条带式充填开采的方式。

本发明是针对目前“三下”特厚煤层开采方法的局限性而设计的，“三下”煤层开采目前主要采用充填开采，而且充填方式为全充填，不是铺设假顶耗资耗时严重，就是采用大量矸石充填，运费成本大幅提升，充填方案欠佳。本发明的目的是特厚煤层中既采用良好充填结构充填开采煤层，以保证地面建筑物不受开采影响；煤层上下层开采的充填结构相互结合，形成整体稳定结构，上下煤层间利用一定厚度煤层预留顶板，减少铺设人工假顶的耗资，整个发明方法中使用设备均为传统开采工艺中所用设备，方法可行性较强。

本发明所指特厚煤层是指厚度大于8米的煤层。

本发明提供了一种特厚煤层分层非整体充填开采方法，针对“三下”特厚煤层的开采，结合煤质性质和设备综合进行分层，确定分层高度，然后利用上房柱非整体充填回收煤柱、下条带式充填开采的方式，整层煤采用上述两种方式对煤层依次进行开采，先采上层、再采下层，直至开采完整层煤。具体步骤如下：

（1）根据“三下”煤层开采时地面建筑物保护情况，将煤层按3～4.5m高度进行分层，确定煤层分层层数，然后依次分层分采；

（2）上层采用房柱式非完全充填回收煤柱：

①首先按传统房柱式开采方式，布置设备，将第一分层按传统房柱式开采采出煤房，直到采区边界；

②然后按照固体胶结充填方式进行第一个充填开采循环工作，在靠近采区边界的煤柱一端开始，首先在该煤柱另一端设立宽度为2～3m的挡墙，实现对顶底板的支撑，预留充填管道口，然后用固体胶结充填材料进行充填，一次充填后如果充填未满，进行二次充填，直到充填满为止；充填工作结束后，在充填体冷凝170min～300min后，达到终凝效果，随后回收煤柱；

③第一排煤柱回收完毕后，沿开始建设的挡墙，将采完煤柱的采空区封闭，同样利用2～3m的挡墙，接着进行下一排煤柱回收，回收方式同步骤②；

④按步骤②、③重复进行，直到第一层煤全部开采完成，接着开始下一层煤的开采；

（3）下层采用条带充填开采：

①下一层煤炭要先掘回风大巷和运输大巷，并在边界处掘一条联络巷，使风流可以流通，然后以上一层煤开采时第一次设置的挡墙位置为中心，掘宽度为10～14m的条带，条带打通后，要将条带靠近运输大巷和回风大巷的端头构筑2～3m挡墙，挡墙高度和煤层顶底板之间高度一致，将其用固体胶结充填方式充填，该过程要进行两到三次，直到整个条带充满；

②在第一条带充填的过程中，以上部二次充填挡墙为中心进行第二条带开采，第二条带充填方式和①中一样，充填完成后进行第三条带开采，条带中间未采出煤层在充填条带数达到4~5个时进行采出，依次进行，直到整层煤采出；

（4）对分层后的煤层依次进行开采，相邻两层分别按照上房柱非整体充填回收煤柱、下条带式充填开采的方式，按步骤（2）（3）依次进行开采，直到整个特厚煤层开采完毕。

上述方法中，步骤（2）中，以4～5个以上煤房为一组同时掘进，煤房的宽度为5～7m，煤房之间煤柱的宽度为15-25m。

上述方法中，步骤（2）中，固体胶结充填材料为废石、水泥浆胶结料，充填采用二次充填，一次充填满后进行沉降，然后进行二次充填；

固体胶结充填方式为：将废石运输到进料处，利用可伸缩性传送架在采空区顶板中部开始下落废石，浆料采用管道泵送，自流充填，胶结料为低浓度浆体，浓度范围为1.128t▪m^-3

～1.295t▪m^-3。

上述方法中，将煤层按3～4.5m高度进行分层，上层煤层与下层煤层之间的预留煤层顶板厚度为0.2～0.4m。

上述方法中，回风大巷、运输大巷、联络巷均采用锚喷支护。进一步地，以上三条巷道在靠近工作端面巷道，采用单体支柱或U型钢梁进行支护。

本发明的有益效果：

本发明很好地利用煤层代替人工假顶，大幅度减少材料损耗，整体开采方式依托传统采煤设备，充填方式实现非整体充填，节省充填材料，采动过程中，由于均实现采充相结合的方式，在即将缺少煤柱的时候，更快的以固体胶结充填材料代替煤柱，严格控制上覆岩层出现大幅变化，保证了地面建筑物的安全，上下结构相互配合，能控制地表下沉。

附图说明

图1是本发明的第一分层房柱式开采完毕后第一个煤柱（首次）充填完毕的俯视图。

图2是本发明的第一分层在首次充填且煤柱回采之后二次充填完毕的俯视图。

图3是图2中沿A-A线的剖视图。

图4是本发明的第一分层全部充填回采完毕后图2中沿A-A线的剖视图。

图5是本发明的第二分层第一条带开采完且完成构筑挡墙的俯视图。

图6是本发明的第二分层连续开采三个条带并且充填完毕的俯视图。

图7是图6中沿B-B线的剖视图。

图8是在图7基础上第二分层条带区开采四个条带且充填完毕后又回收两个煤柱的剖视图。

图中：1-固体胶结充填材料，2-挡墙，3-煤房，4-煤柱，5-煤柱回收后采空区，6-上覆岩层，7-下分层煤层，8-回风大巷，9-联络巷，10-运输大巷，11-条带煤柱，12-预留煤层顶板，13-条带煤柱回收采空区。

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：

一种特厚煤层分层非整体充填采煤方法，具体步骤如下：

a、根据“三下”煤层开采时根据覆岩结构、采掘设备高度和地面建筑物保护等级，将煤层按3～4.5m高度进行分层，确定煤层分层层数，然后依次分层分采，第一层采用房柱式非完全充填回收煤柱，第二层采用条带充填开采，上下开采方式依次进行。

b、先按传统房柱式开采方式，布置设备，将第一层按传统房柱式开采采出煤房3（如图1所示），通常以4～5个以上煤房为一组同时掘进，煤房3宽为5～7m，房间煤柱4宽15-25m，直到采区边界。

c、然后按照固体胶结充填方式进行第一个充填开采循环工作，在靠近边界的煤柱处开始，先在煤柱远离边界一端建立宽度为2～3m的挡墙2，高度与顶板一样高，预留充填管道口，然后利用固体胶结充填材料1（浓度为1.22t▪m^-3）进行充填，一次充填后如果充填未满，进行二次充填，直到充填满为止，在充填结束后，待充填体冷凝170min～300min，达到终凝效果（充填体固结），随后回收煤柱。

如图1所示，在第一排煤柱4的左侧开始进行充填开采：首先在该煤柱的右侧端部设置挡墙2，然后利用固体胶结充填材料1对该煤柱左侧的空间进行充填，充填完毕后的效果见如1所示。

d、第一排煤柱回收完毕后，沿开始建设的挡墙2，将采完煤柱的采空区封闭，同样利用2～3m的挡墙，接着进行下一排煤柱回收，回收方式如同步骤c。

如图2所示，在第一排煤柱回收完毕后利用与煤柱侧面挡墙一样的挡墙将回收完煤柱的采空区封闭，以同样的方式在第二排煤柱右侧端部构筑挡墙，利用固体胶结充填材料1对该挡墙左侧和封闭采空区挡墙的右侧之间的空间进行充填，充填后效果如图2和图3所示，然后回收煤柱。

e、按c、d步骤依次循环进行，直到第一层煤全部开采完成，接着开始下分层煤层7的开采（如图4所示）。

当第一层开采完毕后，充填情况在A-A这个位置的剖面情况和图3一样，第一层下部为下分层煤层7。

f、下分层煤层7的开采要与上分层采空区留0.2～0.4m煤层做预留煤层顶板12，掘回风大巷8和运输大巷10，并在边界处掘一条联络巷9，以上三条巷道均采用锚喷支护，必要时要有U型钢梁支护。然后以上部煤层开采时第一次设置挡墙2的位置为中心，掘宽度为10～14m的条带，条带打通后，要将条带靠近运输大巷和回风大巷的端头构筑2~3m挡墙，挡墙高度和煤层顶底板之间高度一致，将其用固体胶结充填方式充填，该过程要进行多次，直到整个条带充满。

如图7中12所示，要开采下分层煤，在上层没有铺设人工假顶的情况下，要预留顶板12起到保护下层工作面安全的作用，然后如图5中布置回风大巷8、联络巷9和运输大巷10。然后以图1中挡墙2的位置为中心，在下分层掘如图5所示的条带，条带掘成以后构筑如图5中所示的挡墙2，挡墙预留充填口。

g、在第一条带充填的过程中，以上层二次充填挡墙为中心进行第二条带开采，第二条带充填方式和f中一样，充填完成后进行第三条带开采，条带中间未采煤层可按工作面情况进行合理安排并采出，依次进行，直到整层煤采出。

下分层第二个条带开采时，第一条带利用固体胶结充填材料1进行充填，重复进行，充填完三个条带后如图6所示，最终达到图7所示效果。当充填条带数达到四个时要进行煤柱回收，回收两个煤柱情况整体效果见图8所示。

h、整个煤层上下分层依次按d、e、f、g循环进行，直到整个特厚煤层开采完毕。

Claims (6)

1.一种特厚煤层分层非整体充填开采方法，用于“三下”特厚煤层的开采，其特征在于：结合煤质性质和设备综合进行分层，确定分层高度，然后利用上房柱非整体充填回收煤柱、下条带式充填开采的方式，整层煤采用上述两种方式对煤层依次进行开采，先采上层、再采下层，直至开采完整层煤；

包括以下步骤：

（1）根据“三下”煤层开采时地面建筑物保护情况，将煤层按3～4.5m高度进行分层，确定煤层分层层数，然后依次分层分采；

（2）上层采用房柱式非完全充填回收煤柱：

①首先按传统房柱式开采方式，布置设备，将第一分层按传统房柱式开采采出煤房，直到采区边界；

②然后按照固体胶结充填方式进行第一个充填开采循环工作，在靠近采区边界的煤柱一端开始，首先在该煤柱另一端设立宽度为2～3m的挡墙，实现对顶底板的支撑，预留充填管道口，然后用固体胶结充填材料进行充填，直到充填满为止；充填工作结束后，在充填体冷凝170min～300min后，达到终凝效果，随后回收煤柱；

③第一排煤柱回收完毕后，沿开始建设的挡墙，将采完煤柱的采空区封闭，同样利用2～3m的挡墙，接着进行下一排煤柱回收，回收方式同步骤②；

④按步骤②、③重复进行，直到第一层煤全部开采完成，接着开始下一层煤的开采；

（3）下层采用条带充填开采：

①下一层煤炭要先掘回风大巷和运输大巷，并在边界处掘一条联络巷，使风流可以流通，然后以上一层煤开采时第一次设置的挡墙位置为中心，掘宽度为10～14m的条带，条带打通后，要将条带靠近运输大巷和回风大巷的端头构筑2～3m挡墙，挡墙高度和煤层顶底板之间高度一致，将其用固体胶结充填方式充填，该过程要进行两到三次，直到整个条带充满；

②在第一条带充填的过程中，以上部二次充填挡墙为中心进行第二条带开采，第二条带充填方式和①中一样，充填完成后进行第三条带开采，条带中间未采出煤层在充填条带数达到4~5个时进行采出，依次进行，直到整层煤采出；

（4）对分层后的煤层进行开采，相邻两层分别按照上房柱非整体充填回收煤柱、下条带式充填开采的方式，按步骤（2）（3）依次进行开采，直到整个特厚煤层开采完毕。

2.根据权利要求1所述的特厚煤层分层非整体充填开采方法，其特征在于：步骤（2）中，以4～5个煤房为一组同时掘进，煤房的宽度为5～7m，煤房之间煤柱的宽度为15-25m。

3.根据权利要求1所述的特厚煤层分层非整体充填开采方法，其特征在于：步骤（2）中，固体胶结充填材料为废石、水泥浆胶结料，充填采用二次充填，一次充填满后进行沉降，然后进行二次充填；

固体胶结充填方式为：将废石运输到进料处，利用可伸缩性传送架在采空区顶板中部开始下落废石，浆料采用管道泵送，自流充填，胶结料为低浓度浆体，浓度范围为1.128t▪m^-3～1.295 t▪m^-3。

4.根据权利要求1所述的特厚煤层分层非整体充填开采方法，其特征在于：将煤层按3～4.5m高度进行分层，上层煤层与下层煤层之间的预留煤层顶板厚度为0.2～0.4m。

5.根据权利要求1所述的特厚煤层分层非整体充填开采方法，其特征在于：回风大巷、运输大巷、联络巷均采用锚喷支护。

6.根据权利要求5所述的特厚煤层分层非整体充填开采方法，其特征在于：所述的回风大巷、运输大巷、联络巷，在靠近工作端面巷道，采用单体支柱或U型钢梁进行支护。