CN108868878B - 一种房柱式膏体充填置换采煤方法 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了一种房柱式膏体充填置换采煤方法，属于煤矿充填开采领域。其主要步骤包括：首先在一个区段用连续采煤机回采四个纵向煤房和横向煤房进行煤房的开采、用运煤车将采下的煤转到带式输送机上外运；后面已采完的中间两个纵向煤房用履带式充填液压支架、堵漏橡胶进行密封，用充填泵将配置好的膏体充填到密封的纵向煤房中，按照这个回采和充填顺序一直回采到区段边界。从区段边界回收煤柱时，先将一排四个纵向煤房中的另外两个用膏体充填，然后将该排的五个纵向煤柱按顺序回采和充填。本发明采用的一种房柱式膏体充填置换采煤方法，设备投资少，充填和回采互不干扰，通风效果好，并能有效控制覆岩运动，是一种新型的充填采煤方法。
Description
技术领域
本发明属于煤矿充填开采领域，具体涉及到一种房柱式膏体充填置换采煤方法。
背景技术
当前，在国家提倡青山绿水的背景下，很多煤矿企业都开展了绿色采煤技术，而充填采煤技术是其中最重要的一项技术。充填采煤技术是将矸石、沙土、鹅卵石、粉煤灰等材料直接充填或者制成浆体材料随着采煤工作面的推进充填至工作面后方采空区的采煤技术，应用充填采煤技术可以做到矸石不升井，消灭地面矸石山，减轻岩层和地表沉降，保护地下和地表水资源。经过近十几年的发展，充填采煤技术已形成了固体直接充填、膏体充填和高水材料充填等生产工艺技术体系。
目前的充填采煤技术大部分是用于长壁工作面开采，采用采煤机割煤，利用特制的充填支架进行采空区充填，并且一般是割几刀煤后，在采空区顶板未垮落之前进行充填，因此，采煤和充填相互干扰，影响到了采煤生产能力，与正常采煤相比，生产能力大为降低。
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房柱式膏体充填置换采煤方法。
该种充填采煤方法是通过充填泵将矸石、城市建筑垃圾等材料配制的膏体送到密封的纵向煤房和开采后的纵向煤柱中，用膏体置换煤炭资源的一种方法。这种方法采用常规的房柱式采煤机械，设备投资少，同时也可以消灭矸石、城市垃圾等废弃物。在履带式充填液压支架密封充填空间条件下，充填效果好。通过合理设计煤房和煤柱的开采和充填顺序，回采和充填互不干扰，并且使得原有的房柱式采煤方法的通风中的漏风问题基本得到解决。这种方法可用于煤炭常规开采和“三下”压煤特定条件下，为煤炭的绿色开采提供了一种新方法。
一种房柱式膏体充填置换采煤方法，包括以下步骤：
a：在区段用连续采煤机回采四个纵向煤房，当连续采煤机在某一纵向煤房回采时，用锚杆机在相邻已采出的纵向煤房内对围岩进行锚网支护；
b：连续采煤机采下的煤通过运煤车转运到带式输送机前方的破碎机上，破碎后通过带式输送机外运；
c：当连续采煤机在纵向煤房中回采到横向煤房位置时，用连续采煤机将横向煤房贯通，形成纵向煤柱；
d：当连续采煤机用同样的方式进行回采下一排纵向煤房并通过带式输送机外运时，对已采完的上一排四个纵向煤房中间两个的其中一个在纵向煤房两侧出口用履带式充填液压支架和堵漏橡胶进行密封；
e：充填管道连通履带式充填液压支架上的充填孔，然后充填泵将搅拌好的膏体通过充填管道输送到密封好的纵向煤房中，该纵向煤房充填完后，再将另外一个纵向煤房用同样的方式进行充填；
f：在各纵向煤房回采工作面处布置好纵向风障，在横向煤房位置设置风帘，新鲜风流通过未充填的一侧煤房进风，清洗工作面后，污风通过另外一侧的煤房回风；
g：按照这种回采、支护、运输、充填、通风的方式，一直回采到区段边界；
h：从区段边界开始回收纵向煤柱，在回收某一排纵向煤柱之前，先将该排另外两个纵向煤房用膏体充填完毕；
I：用后退的方式，按顺序开采该排的五个纵向煤柱；
J：连续采煤机转到下一排纵向煤柱进行回采，然后将上一排已经采完纵向煤柱的空间密封、充填，按此顺序完成该区段内纵向煤柱的回采和充填。
步骤c所述的纵向煤房，其宽度为3000mm-5000mm，高度为煤层的厚度；纵向煤柱的尺寸，长度为30000mm-40000mm，宽度为4000mm-6000mm，高度为煤层的厚度。
步骤d中所述的履带式充填液压支架包括г型密封构件，垂直密封构件、履带行走装置、底座、立柱、操控台。
上述的г型密封构件，当履带式充填液压支架立柱升起时，г型密封构件水平部分支撑煤层顶板，履带式充填液压支架充填孔在г型密封构件垂直部分的上部。
上述的垂直密封构件与г型密封构件垂直部分协作完成对纵向煤房出口的密封；当г型密封构件水平部分接顶后，垂直密封构件在液压缸的作用下与г型密封构件垂直部分相接。
上述的履带行走装置是履带式充填液压支架的自行行走部分，履带行走装置将履带式充填液压支架靠近纵向煤柱与纵向煤房出口相接位置，并挤压放置在纵向煤柱前方的堵漏橡胶，形成对纵向煤房一侧出口的密封。
步骤d中所述的纵向煤房两侧出口用履带式充填液压支架和堵漏橡胶进行密封，其纵向煤房一侧出口的密封过程为：一架履带式充填液压支架自行行走至纵向煤柱和纵向煤房一侧出口一边的相接位置，在履带行走装置的水平力作用下，四分之一至五分之一宽度的г型密封构件挤压立在纵向煤柱前面的堵漏橡胶，升起履带式充填液压支架立柱，г型密封构件水平部分支撑煤层顶板，然后垂直密封构件在液压缸的作用下，与г型密封构件垂直部分相接并挤压堵漏橡胶；接下来的一到两架履带式充填液压支架自行与上一架履带式充填液压支架对齐，将纵向煤房一侧出口中间位置密封；最后一架履带式充填液压支架与第一架履带式充填液压支架采用同样的方式，该架履带式充填液压支架挤压纵向煤柱前方的堵漏橡胶，垂直密封构件同样挤压堵漏橡胶，将纵向煤房一侧出口另外一边与纵向煤柱相接位置密封；纵向煤房另外一侧出口用同样的方式密封，纵向煤房两侧出口密封后就形成了纵向煤房密封空间。
上述的的纵向煤房密封空间，是纵向煤房每一侧的出口3-4台履带式充填液压支架、两侧纵向煤柱、顶板和底板形成的膏体充填空间。
步骤e中所述的膏体，是将破碎机破碎后的煤矸石、城市建筑垃圾先用碱性材料对其消毒后，然后按比例加入粉煤灰、水泥、早强剂、水制成质量浓度为75％-85％的浆体，膏体材料硬化速度快，固结体支撑顶板以不影响相邻纵向煤房、纵向煤柱的回采为前提，另外该膏体固结体不会污染地下水。
本发明公开了一种房柱式膏体充填置换采煤方法，主要通过履带式充填液压支架密封纵向煤房、密封回采后的纵向煤柱空间，用充填泵将煤矸石、城市建筑垃圾配成的膏体输送到密封空间，在将煤房、煤柱采出的同时，膏体充填固结后形成的固结体能支撑覆岩，控制地表的下沉，是将房柱式开采与煤矿充填开采的有效结合，是原有房柱式开采的重大改革。
本发明采用的一种房柱式膏体充填置换采煤方法，主要的优点有：回采工作面只有连续采煤机和运煤车等少数设备，设备投资少；膏体充填工序在回采工序的后部，回采和充填互不干扰；纵向煤房的充填有效的减少了煤房串风，通风效果好；将矸石、城市建筑垃圾等材料充填到煤矿井下，能消灭矸石、城市建筑垃圾等废弃材料，减少地面存贮这些废弃材料的耕地面积；本方法采用充填泵将膏体充填到密封区域，充填效果好，固结体强度高，能有效控制覆岩和地表移动，是一种新型的充填采煤方法。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明：
图1：煤房回采与充填示意图
图2:履带式充填支架示意图
图3:履带式充填支架密封煤房示意图
图4:煤柱回采与充填示意图
其中：1、连续采煤机，2、运煤车，3、破碎机，4、锚杆机，5、带式输送机，6、充填泵，7、充填管道，8、履带式充填液压支架，9、风帘，10、纵向风障，11、新鲜风流，12、污风，13、横向煤房，14、纵向煤柱，15、纵向煤房，16、г型密封构件，17、垂直密封构件，18、液压缸，19、立柱，20、底座，21、操控台，22、履带行走装置，23、充填孔，24、堵漏橡胶，25、底板
具体的实施步骤
本发明公开了一种房柱式膏体充填置换采煤方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。
本发明一种房柱式膏体充填置换采煤方法的煤房回采与充填示意图如图1所示。连续采煤机1在纵向煤房15中进行回采，采下的煤通过运煤车2转运到带式输送机5前方的破碎机3上，然后通过带式输送机5外运，通过履带式充填液压支架8、堵漏橡胶将纵向煤房15两侧出口进行密封，充填泵6通过充填管道7将膏体材料输送至密封空间。在横向煤房内挂上风帘9，新鲜风流11通过未充填的一侧煤房进风，清洗工作面后，污风12通过另外一侧的煤房回风。
本发明一种房柱式膏体充填置换采煤方法的履带式充填液压支架如图2所示。履带式充填液压支架主要包括г型密封构件16，垂直密封构件17、履带行走装置22、底座20、立柱19、操控台21。履带式充填液压支架的行走靠履带行走装置22，纵向煤房15的密封主要靠г型密封构件16、垂直密封构件17。
本发明一种房柱式膏体充填置换采煤方法的履带式充填支架密封煤房示意图如图3所示。纵向煤房15两出口侧用履带式充填液压支架8和堵漏橡胶24进行密封，纵向煤房15密封空间，是纵向煤房15每一侧出口的3-4台履带式充填液压支架8、两侧纵向煤柱14、顶板和底板25形成的膏体充填空间。
本发明的一种房柱式膏体充填置换采煤方法的煤柱回采与充填示意图如图4所示。采用后退式方式回收纵向煤柱14，当连续采煤机1在回收纵向煤柱14时，采完后一排纵向煤柱14后对其充填空间A、B、C、D、E按顺序进行密封和充填。
本发明的沿空留巷方法，主要步骤为：
a：在区段用连续采煤机1回采四个纵向煤房15，当连续采煤机1在某一纵向煤房15回采时，用锚杆机4在相邻已采出的纵向煤房15内对围岩进行锚网支护。
b：连续采煤机1采下的煤通过运煤车2转运到带式输送机5前方的破碎机3上，破碎后通过带式输送机5外运。
c：当连续采煤机1在纵向煤房15中回采到横向煤房13位置时，用连续采煤机1将横向煤房13贯通，形成纵向煤柱14。
d：当连续采煤机1用同样的方式进行回采下一排纵向煤房15并通过带式输送机5外运时，对已采完的上一排四个纵向煤房15中间两个的其中一个在纵向煤房15两侧出口用履带式充填液压支架8和堵漏橡胶24进行密封。纵向煤房15一侧出口的密封过程为：一架履带式充填液压支架8在底板25上靠履带行走装置22自行行走至纵向煤柱14和纵向煤房15一侧出口一边的相接位置，在履带行走装置22的水平力作用下，四分之一至五分之一宽度的г型密封构件16挤压立在纵向煤柱14前面的堵漏橡胶24，升起履带式充填液压支架8立柱，г型密封构件16水平部分支撑煤层顶板，然后垂直密封构件17在液压缸18的作用下，与г型密封构件16垂直部分相接并挤压堵漏橡胶24；接下来的一到两架履带式充填液压支架8自行与上一架履带式充填液压支架8对齐，将纵向煤房15一侧出口中间位置密封；最后一架履带式充填液压支架8与第一架履带式充填支架8采用同样的方式，该架履带式充填液压支架8挤压纵向煤柱前方的堵漏橡胶24，垂直密封构件17同样挤压堵漏橡胶24，将纵向煤房15一侧出口另外一边与纵向煤柱14相接位置密封。纵向煤房15另外一侧出口用同样的方式密封，纵向煤房15两侧出口密封后就形成了纵向煤房密封空间。
e：充填管道7连通履带式充填液压支架8上的充填孔23，然后充填泵6将搅拌好的膏体通过充填管道7输送到密封好的纵向煤房15中，该纵向煤房15充填完后，再将另外一个纵向煤房15用同样的方式进行充填。
f：在各纵向煤房15回采工作面处布置好纵向风障10，在横向煤房13位置设置风帘9，新鲜风流11通过未充填的一侧煤房进风，清洗工作面后，污风12通过另外一侧的煤房回风。
g：按照这种回采、支护、运输、充填、通风的方式，一直回采到区段边界。
h：从区段边界开始回收纵向煤柱14，在回收某一排纵向煤柱14之前，除该排已经充填的纵向煤房15(b、c)外，将该排另外两个纵向煤房15(a、d)用膏体充填完毕。
I：用后退的方式，按顺序开采该排的五个纵向煤柱14。
J：连续采煤机1转到下一排纵向煤柱14进行回采，然后将上一排已经采完纵向煤柱14的空间密封、充填，按此顺序完成该区段内纵向煤柱14的回采和充填。
Claims (9)
1.一种房柱式膏体充填置换采煤方法，其特征主要包括以下步骤：
a：在区段用连续采煤机回采四个纵向煤房，当连续采煤机在某一纵向煤房回采时，用锚杆机在相邻已采出的纵向煤房内对围岩进行锚网支护；
b：连续采煤机采下的煤通过运煤车转运到带式输送机前方的破碎机上，破碎后通过带式输送机外运；
c：当连续采煤机在纵向煤房中回采到横向煤房位置时，用连续采煤机将横向煤房贯通，形成纵向煤柱；
d：当连续采煤机用同样的方式进行回采下一排纵向煤房并通过带式输送机外运时，对已采完的上一排四个纵向煤房中间两个的其中一个在纵向煤房两侧出口用履带式充填液压支架和堵漏橡胶进行密封；
e：充填管道连通履带式充填液压支架上的充填孔，然后充填泵将搅拌好的膏体通过充填管道输送到密封好的纵向煤房中，该纵向煤房充填完且浆体凝固后，再将另外一个纵向煤房用同样的方式进行充填；
f：在各纵向煤房回采工作面处布置好纵向风障，在横向煤房位置设置风帘，新鲜风流通过未充填的一侧煤房进风，清洗工作面后，污风通过另外一侧的煤房回风；
g：按照这种回采、支护、运输、充填、通风的方式，一直回采到区段边界；
h：从区段边界开始回收纵向煤柱，在回收某一排纵向煤柱之前，先将该排另外两个纵向煤房用膏体充填完毕；
I：用后退的方式，按顺序开采该排的五个纵向煤柱；
J：连续采煤机转到下一排纵向煤柱进行回采，然后将上一排已经采完纵向煤柱的空间密封、充填，按此顺序完成该区段内纵向煤柱的回采和充填。
2.根据权利要求1所述的一种房柱式膏体充填置换采煤方法，其特征在于：步骤c所述的纵向煤房，其宽度为3000mm-5000mm，高度为煤层的厚度；纵向煤柱的尺寸，长度为30000mm-40000mm，宽度为4000mm-6000mm，高度为煤层的厚度。
3.根据权利要求1所述的一种房柱式膏体充填置换采煤方法，其特征在于：步骤d中所述的履带式充填液压支架包括г型密封构件，垂直密封构件、履带行走装置、底座、立柱、操控台。
4.根据权利要求3所述的一种房柱式膏体充填置换采煤方法，其特征在于：所述г型密封构件，当履带式充填液压支架立柱升起时，г型密封构件水平部分支撑煤层顶板，履带式充填液压支架充填孔在г型密封构件垂直部分的上部。
5.根据权利要求3所述的一种房柱式膏体充填置换采煤方法，其特征在于：所述垂直密封构件与г型密封构件垂直部分协作完成对纵向煤房出口的密封；当г型密封构件水平部分接顶后，垂直密封构件在液压缸的作用下与г型密封构件垂直部分相接。
6.根据权利要求3所述的一种房柱式膏体充填置换采煤方法，其特征在于：所述的履带行走装置是履带式充填液压支架的自行行走部分，履带行走装置将履带式充填液压支架靠近纵向煤柱与纵向煤房出口相接位置，并挤压放置在纵向煤柱前方的堵漏橡胶，形成对纵向煤房一侧出口的密封。
7.根据权利要求1所述的一种房柱式膏体充填置换采煤方法，其特征在于：步骤d中所述的纵向煤房两侧出口用履带式充填液压支架和堵漏橡胶进行密封，其纵向煤房一侧出口的密封过程为：一架履带式充填液压支架自行行走至纵向煤柱和纵向煤房一侧出口一边的相接位置，在履带行走装置的水平力作用下，四分之一至五分之一宽度的г密封构件挤压立在纵向煤柱前面的堵漏橡胶，升起履带式充填液压支架立柱，г型密封构件水平部分支撑煤层顶板，然后垂直密封构件在液压缸的作用下，与г型密封构件垂直部分相接并挤压堵漏橡胶；接下来的一到两架履带式充填液压支架自行与上一架履带式充填液压支架对齐，将纵向煤房一侧出口中间位置密封；最后一架履带式充填液压支架与第一架履带式充填液压支架采用同样的方式，该架履带式充填液压支架挤压纵向煤柱前方的堵漏橡胶，垂直密封构件同样挤压堵漏橡胶，将纵向煤房一侧出口另外一边与纵向煤柱相接位置密封；纵向煤房另外一侧出口用同样的方式密封，纵向煤房两侧出口密封后就形成了纵向煤房密封空间。
8.根据权利要求7所述的一种房柱式膏体充填置换采煤方法，其特征在于：所述的纵向煤房密封空间，是纵向煤房每一侧的出口3-4台履带式充填液压支架、两侧纵向煤柱、顶板和底板形成的膏体充填空间。
9.根据权利要求7所述的一种房柱式膏体充填置换采煤方法，其特征在于：步骤e中所述的膏体，是将破碎机破碎后的煤矸石、城市建筑垃圾先用碱性材料对其消毒后，然后按比例加入粉煤灰、水泥、早强剂、水制成质量浓度为75％-85％的浆体，膏体材料硬化速度快，固结体支撑顶板以不影响相邻纵向煤房、纵向煤柱的回采为前提，另外该膏体固结体不会污染地下水。
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