CN108457652A - 一种分区块段式全风压短壁连采充填方法 - Google Patents
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Abstract
一种分区块段式全风压短壁连采充填方法。本发明属于采煤方法技术领域,为了解决目前“三下”开采中常规综采工艺与膏体充填日渐凸显的回采与充填速度不匹配、不同步,掘进效率低下的问题,包括以下步骤1)巷道总体布置,2)工作面设备配置,3)区、块段掘进,4)副支巷回采与充填。本方法工艺灵活、方法先进,是一种十分可靠的连续采煤机短壁充填开采方法。
Description
技术领域
本发明属于采煤方法技术领域,具体是一种分区块段式全风压短壁连采充填方法。
背景技术
据不完全统计,我国生产矿井“三下”压煤量巨大,目前已达到近143亿吨,其中村庄下压煤主要集中在河南、河北、山东、安徽等省的矿区,内蒙、山西等地“三下”压煤也在逐年增加。针对这些“三下”煤炭资源,充填置换处理采空区相对垮落法而言,可以有效解决地表沉陷控制、地下水系破坏、地表构筑物的损坏以及村庄搬迁带来的各项经济赔偿矛盾等突出问题,使矿区生态环境和安全生产转向主动治理。从上世纪60年代,我国新汶、抚顺矿区引进水砂充填、风力充填技术,到目前已经形成较为完善的长壁综采式固体、膏体及高水充填理论与技术,也得到了不同程度的应用。然而,无论是长壁综采采用何种充填介质,充填工作面均面临着较多问题,如开采系统设备较多、设备之间配合工艺复杂、充填能力与凝固难以与综采相匹配,采、充作业等候时间长等,再加上矿井生产地质条件多变,综采设备整体移动能力差,导致生产效率相对较低,产能较低。因此,寻求一种安全高效的充填开采方法与技术,已经成为煤矿充填开采亟待解决的重大问题。
连续采煤机短壁开采工艺已有20多年的发展,起初是为了解决矿井边角煤机械化开采而因地制宜发展起来,后逐步发展成为在近水平煤层、低瓦斯以及顶底板中等稳定以上等煤层条件下边角煤开采的首选工艺。目前所有配套设备均已实现国产化,设备行走方式为履带或实心胶轮式,机动灵活且能适应各种巷道布置方式,设备投资远低于综采工作面。另外,该套工艺能适应充填物料充填速度和凝固速度的需要,可以弥补综采充填采充能力不平衡、设备多杂以及采充能力不匹配的劣势。然而,目前连采充填巷道布置主要以独头巷道式充填为主,在回采时工作面无法形成全风压通风,通风条件差,同时,根据《煤矿安全规程》(2016)要求,连续采煤机回采必须形成全风压通风,大大限制了目前连采充填工艺的应用。因此,基于上述情况,本发明基于传统房柱式采煤方法,提出一种分区块段式全风压短壁连采充填掘、采、充工艺,进而实现“三下”煤炭资源安全、高效回采。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题,提供一种分区块段式全风压短壁连采充填方法。
本发明采取以下技术方案:一种分区块段式全风压短壁连采充填方法,包括以下步骤,
1)巷道总体布置,沿矿井轨道大巷、运输大巷和回风大巷中线的法向方向布置5条主支巷,主支巷间通过联巷进行联通,使主支巷与联巷形成近似等长的正方形煤柱,每个正方形煤柱称为一个块段,平行中线方向的四个块段组成一个区段,根据工作面支巷方向的允许长度可布置1区段、2区段、3区段、4区段……直至完成,通风上在联巷设置控风装置,使开采区域形成“四进一回”的全风压通风系统;运输上最中间主支巷布置带式输送机进行煤炭运输,其余巷道可通过需要均可进行辅助运输,使整个开采区域形成“4×N”的分区、分块段的巷道系统,并在每个块段上从两翼边界向中心方向布置副支巷,后退式开采。
2)工作面设备配置;本工作面主要设备包括连续采煤机1台、梭车1-2台、给料破碎机、四臂锚杆钻车1台、多功能柴油防爆式铲车1台、带式输送机若干台。巷道系统形成后,其中,带式输送机布置在最中间的主支巷内,皮带机尾一直延伸至待采区段联巷口处;连续采煤机在副支巷内进行采煤作业,梭车跟随连续采煤机在副支巷、联巷内进行运煤作业,给料破碎机卸料部与带式输送机机尾搭接,多功能柴油防爆式铲车在副支巷内进行浮煤清理或在联巷内进行施工所需材料、小型工器具的运输。
3)区、块段掘进,从中部向两翼边界前进式掘进,分三个阶段,第一阶段:主支巷在掘进时,按照从中间向两侧的顺序开始,最先开口的巷道为中间主支巷,主支巷与两侧联巷同时进行施工,实现三条巷道的掘进与支护工序平行作业,即主支巷完成循环进尺后,连采机组退出主支巷进入左侧或右侧的联巷进行作业,四臂锚杆钻车进入主支巷对空顶、空帮区进行锚网和锚带网支护作业,左侧或右侧联巷掘进达到循环进尺后,连采机退出机组进入另一侧联巷继续进行截割作业,完成截割后且主支巷支护作业完成后连采机再进入主支巷继续掘进……照此工序,直至中间主支巷掘进完成;第二阶段:两侧主支巷在掘进前,必须先准备中间主支巷左右两侧的联巷,采用两侧双巷掘进的方式,平行作业交替完成掘进直至到位,然后采用掘、支平行作业的方式进行两侧主支巷掘进,直至完成;第三阶段:先进行其边界左右联巷的双巷掘进,完成后再进行边界两主支巷的掘进。至此,完成单个区段的掘进任务,连采机组进入下个区段的中间主支巷开口……直至完成N个区段的准备任务。按照“主支巷-联巷-主支巷-联巷-主支巷”的顺序,由中间向两侧的方向进行掘进,始终保持2~3个掘进头,单个区段或单个块段,其掘进顺序均是按照从两侧向中间的顺序,始终保持2个相对块段的副支巷同时掘进,副支巷根据顶底板条件选择支护方式及参数。
4)副支巷回采与充填,首先,无论是区段还是块段,均按照从两翼边界向中部后退式准备副支巷,依照顺序先进行左右两边界块段的副支巷掘进,左块段先行掘进最右侧副支巷,右块段先行掘进最左侧副支巷,任何一侧副支巷先掘进时,掘进循环进尺完成后,连采机组退出并调机至另一侧副支巷进行掘进,四臂锚杆钻车进入掘完副支巷进行锚杆支护,支护完成后,连采机进入继续进行掘进,四臂锚杆钻车进入另一副支巷进行支护作业…如此循环,直至将左右两块段首条副支巷掘进完成,连采机组进入下一个循环的副支巷进行作业;同时,首个区段的边界主支巷开始膏体充填作业,在巷道宽度方向上只充至“巷宽×2/3”即可,在巷道长度方向上根据充填速度、掘进巷道的速度以及充填设备能力以及所要求的强度的凝固时间确定一次充满的充填体的体积(确定方法),左、右边界主支巷的每一步充填和凝固工序均能实现平行作业,直至完成,然后,充填管道进入已掘进完成的首个块段的副支巷同样按照左右两侧同时进行充填和凝固的方式,充填体宽度为巷道宽度,同时掘进左块段最左侧副支巷以及右块段最右侧副支巷,每次充填结束后,充填作业的巷道均留着“巷宽×1/3”的回风通道,最后留下的回风通道不充填,及时进行简易密闭,如此循环,完成区段的充填作业。
工作面主要技术参数:所述分区块段式连采工作面块段宽度(中对中)通常≤60m,区段长度通常≤240m,工作面主支巷和副支巷宽度5.5~6m为宜,主支巷或副支巷与联巷的角度为90°,连采机单次截割宽度为3.3m,连采机截割高度为2.0~5.5m,工作面循环进尺3~6m,选择电缆式梭车最大运行距离控制在150m,膏体充填料的充填速度、凝固速度与回采能力相匹配,生产能力可达到2000~3000t/d。
与现有技术相比,本发明针对以往连续采煤机充填开采时无法形成全风压通风的问题,发明一种在全风压通风条件下进行连续采煤机短壁充填的掘、采、充工艺,实现支巷回采时全风压通风和采充能力、工序平衡的新型连续采煤机短壁充填方法,为“三下”压煤资源安全高效回采提供解决途径。
附图说明
图1为分区块段式主支巷及设备总体布置图;
图2为主支巷掘进工序图;
图3为副支巷回采与充填工序示意图;
图中:1-主支巷一,2-主支巷二,3-主支巷三,4-主支巷四,5-主支巷五,6-一联巷,7-二联巷,8-三联巷,9-四联巷,10-副支巷,11-临时密闭,12-第1区段,13-第2区段,14-第3区段,15-第4区段,16-第N区段,17-A块段,18-B块段,19-C块段,20-D块段,21-运输大巷,22-回风大巷,23-连续采煤机,24-梭车,25-给料破碎机,26-带式输送机,27-风门,28-充填实体,29-充填管道,30-副支巷。
具体实施方式
本发明的技术方案以地质条件适宜采用连续采煤机的矿井或开采区域为基础,为进一步详细阐述,下面结合附图做进一步具体说明:
附图1、2所示,本发明中巷道总体布置:每个工作面包括5条主支巷,分别是主支巷1、主支巷2、主支巷3、主支巷4和主支巷5,将开采区域纵向平分呈4个块段,支巷间采用联巷贯通,分别是一联巷6、二联巷7、三联巷8、四联巷9……将开采区域横向切割成N个区段,从而形成 “4×N”式分区块段式的巷道系统,利用控风装置11,利用主支巷一1和联巷做回风巷道,大巷间联巷设置风门,形成四进一回的通风系统。副支巷掘进时,分别在各个区段的A块段17和D块段20、B块段18和C块段内开副支巷。巷道系统形成后,带式输送机26布置在最中间的三主支巷3内,带式输送机26机尾一直延伸至待采区段联巷口处;连续采煤机23在副支巷30内进行采煤作业,梭车24跟随连续采煤机23在副支巷30、联巷6内进行运煤作业,给料破碎机25卸料部与带式输送机26机尾搭接。
开采方法上,首先是区段与块段掘进:按照中部向两翼边界前进式掘进的顺序,分三个阶段,第一阶段(主支巷三3):主支巷在掘进时,按照从中间向两侧的顺序开始,最先开口的巷道为主支巷三3,主支巷三3与N联巷32同时进行施工,实现两条巷道三个掘进面的掘进、支护工序平行作业,即主支巷三3完成循环进尺后,连采机组退出主支巷三3进入N联巷左侧或右侧掘进头进行作业,四臂锚杆钻车32进入主支巷三3对空顶、空帮区进行锚网或锚带网支护作业,由于截割速度要远快于支护速度,左侧或右侧联巷掘进达到循环进尺后,连采机退出机组进入另一侧联巷继续进行截割作业,完成截割后且主支巷支护作业完成后连采机再进入主支巷继续掘进……照此工序,直至中间主支巷三3掘进完成;第二阶段(主支巷2和主支巷4):首先必须先将主支巷三2左右两侧的联巷掘到位,采用两侧双巷掘进的方式,平行作业交替完成掘进直至到位,然后采用掘、支平行作业的方式进行主支巷二2和主支巷四4掘进,直至完成;第三阶段(主支巷一1和主支巷五5):先进行主支巷二2和主支巷四4左右联巷的双巷掘进,完成后再进行主支巷一1和主支巷五5,掘进期间均能实现双巷的掘、支平行作业,至此,完成单个区段的掘进任务,连采机23进入下个区段的主支巷三3开口……直至完成第N个区段的准备任务,将巷道主系统完成。
其次为副支巷回采和充填工序:按照从两翼边界向中部的顺序准备副支巷30,依照顺序先进行第1区段12的A块段17副支巷30,D块段20副支巷33的双巷掘、支平行作业,直至掘完,连续采煤机23进行A块段17和D块段20另一侧边界副支巷进行掘进,始终按照从两翼向中间的顺序,与此同时,第1区段主支巷一1和主支巷五5采用充填管道29进行充填,初次充填宽度为a,即b×2/3,循环充填宽度为b(即为巷道宽度),长度方向上根据充填速度、掘进巷道的速度以及充填设备能力以及所要求强度的凝固时间确定一次充满的充填体28的体积,即一次充满充填体的体积V 充 =充填能力Q 充 ×充填时间T 1,并使巷道掘进循环时间T 3≤一次充填循环的充填时间T 1+初凝时间T 2,且初始充填时,已至少掘完两条支巷,同时要求A块段17、D块段20副支巷的每一步充填和副支巷掘进均能实现平行作业,互不干扰。此工艺很大程度上提高了掘进和充填效率,巷道充填顺序同副支巷的掘进顺序一致,直至完成。每次充填结束后,充填作业的巷道均留着宽度为c的(c=b×1/3)的回风通道,实现充填过程中的全风压通风……最后,留下的回风通道不充填,及时进行简易密闭,每个块段按此循环顺序,完成后进入B块段18和C块段19,按照从块段两翼向中部的顺序完成各个副支巷的掘进和充填,从而完成第1区段12的掘进和充填……并按照上述工艺,依次完成第2区段13、第3区段14…第N区段16的掘进和充填作业。
Claims (5)
1.一种分区块段式全风压短壁连采充填方法,其特征在于:包括以下步骤,
1)巷道总体布置,沿矿井轨道大巷、运输大巷和回风大巷中线的法向方向布置5条主支巷,主支巷间通过联巷进行联通,使主支巷与联巷形成近似等长的正方形煤柱,每个正方形煤柱称为一个块段,平行中线方向的四个块段组成一个区段,根据工作面支巷方向的允许长度可布置1区段、2区段、3区段、4区段……直至完成,通风上在联巷设置控风装置,使开采区域形成“四进一回”的全风压通风系统;运输上最中间主支巷布置带式输送机进行煤炭运输,其余巷道可通过需要均可进行辅助运输,使整个开采区域形成“4×N”的分区、分块段的巷道系统,并在每个块段上从两翼边界向中心方向布置副支巷;
2)工作面设备配置;
3)区、块段掘进,从中部向两翼边界前进式掘进,分三个阶段,第一阶段:主支巷在掘进;第二阶段:两侧主支巷在掘进;第三阶段:先进行其边界左右联巷的双巷掘进,完成后再进行边界两主支巷的掘进,按照“主支巷-联巷-主支巷-联巷-主支巷”的顺序,由中间向两侧的方向进行掘进,始终保持2~3个掘进头,单个区段或单个块段,其掘进顺序均是按照从两侧向中间的顺序,始终保持2个相对块段的副支巷同时掘进,副支巷根据顶底板条件选择支护方式及参数;
4)副支巷回采与充填,单个块段在充填时,充填顺序是从两侧向中间的顺序,其充填属于部分充填,首次充填宽度应达到巷道宽度的2/3,保留巷道宽度的1/3作为回风通道以及充填体质量检修空间,其余每次循环充填宽度按照巷道宽度充填,最终充填结束后,块段会留下巷道宽度的2/3的回风通道,可选择不充填,对其进行封闭。
2.根据权利要求1所述的分区块段式全风压短壁连采充填方法,其特征在于:所述的步骤3)采取以下方法,第一阶段:主支巷在掘进时,按照从中间向两侧的顺序开始,最先开口的巷道为中间主支巷,主支巷与两侧联巷同时进行施工,实现三条巷道的掘进与支护工序平行作业,即主支巷完成循环进尺后,连采机组退出主支巷进入左侧或右侧的联巷进行作业,四臂锚杆钻车进入主支巷对空顶、空帮区进行锚网和锚带网支护作业,左侧或右侧联巷掘进达到循环进尺后,连采机退出机组进入另一侧联巷继续进行截割作业,完成截割后且主支巷支护作业完成后连采机再进入主支巷继续掘进……照此工序,直至中间主支巷掘进完成;第二阶段:两侧主支巷在掘进前,必须先准备中间主支巷左右两侧的联巷,采用两侧双巷掘进的方式,平行作业交替完成掘进直至到位,然后采用掘、支平行作业的方式进行两侧主支巷掘进,直至完成;第三阶段:先进行其边界左右联巷的双巷掘进,完成后再进行边界两主支巷的掘进,至此,完成单个区段的掘进任务,连采机组进入下个区段的中间主支巷开口……直至完成N个区段的准备任务。
3.根据权利要求2所述的分区块段式全风压短壁连采充填方法,其特征在于:所述的步骤4)中,无论是区段还是块段,均按照从两翼边界向中部后退式准备副支巷,依照顺序先进行左右两边界块段的副支巷掘进,左块段先行掘进最右侧副支巷,右块段先行掘进最左侧副支巷,任何一侧副支巷先掘进时,掘进循环进尺完成后,连采机组退出并调机至另一侧副支巷进行掘进,四臂锚杆钻车进入掘完副支巷进行锚杆支护,支护完成后,连采机进入继续进行掘进,四臂锚杆钻车进入另一副支巷进行支护作业…如此循环,直至将左右两块段首条副支巷掘进完成,连采机组进入下一个循环的副支巷进行作业;同时,首个区段的边界主支巷开始膏体充填作业,左、右边界主支巷的每一步充填和凝固工序均能实现平行作业,直至完成,然后,充填管道进入已掘进完成的首个块段的副支巷同样按照左右两侧同时进行充填和凝固的方式,充填体宽度为巷道宽度,同时掘进左块段最左侧副支巷以及右块段最右侧副支巷,每次充填结束后,充填作业的巷道均留着“巷宽×1/3”的回风通道,最后留下的回风通道不充填,及时进行简易密闭,如此循环,完成区段的充填作业。
4.根据权利要求3所述的分区块段式全风压短壁连采充填方法,其特征在于:所述的步骤4)中,边界主支巷膏体充填作业时,在巷道宽度方向上只充至“巷宽×2/3”即可,在巷道长度方向上根据充填速度、掘进巷道的速度以及充填设备能力以及所要求的强度的凝固时间确定一次充满的充填体的体积,即一次充满充填体的体积V 充 =充填能力Q×充填时间T 1,并使巷道掘进循环时间T 3≤一次充填循环的充填时间T 1+初凝时间T 2,要求初始充填时,已至少掘完两条支巷。
5.根据权利要求4所述的分区块段式全风压短壁连采充填方法,其特征在于:所述的每个分区块段宽度≤60m,区段长度≤240m,工作面主支巷和副支巷宽度为5.5~6m,主支巷或副支巷与联巷的角度为90°,连采机单次截割宽度为3.3m,连采机截割高度为2.0~5.5m,工作面循环进尺3~6m,选择电缆式梭车最大运行距离控制在150m。
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