CN109057797A - 一种矿山采选充抽开采设计方法 - Google Patents

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张吉雄
张强
齐文跃
欧阳神央
李猛
朱存利
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Abstract

本发明公开了一种矿山采选充抽开采设计方法，首先根据煤层赋存的地质条件，确定煤层上方保护层开采工作面，然后在保护层后部采空区预留的运输巷中打穿层瓦斯抽放钻孔至被保护层煤层进行瓦斯抽采，同时在保护层采空区内布置瓦斯抽采管路抽采从被保护层顶板裂隙溢出的瓦斯；待煤层瓦斯含量小于8m3/t时，在被保护层实体煤中布置综合机械化固体充填采煤工作面，其中充填矸石来源于分选矸石。本发明对于高瓦斯低渗透条件的矿井，可降低被保护层变形率，针对性瓦斯抽采，减少瓦斯残余，提高矿井生产力，延长矿井服务年限。

Description

一种矿山采选充抽开采设计方法
技术领域
本发明涉及一种矿山采选充抽开采设计方法，尤其适用于高瓦斯低渗透条件的矿井瓦斯灾害防治，属于煤矿开采技术领域。
背景技术
近年来，随着我国煤炭规模的逐渐扩大，矿井开采水平不断延伸，我国高瓦斯低透气性煤层的矿井比例也逐步扩大。据不完全统计，现存的高瓦斯矿井约2197个，约占矿井总数的17％，且95％以上的高瓦斯矿井所开采的煤层属于低透气性煤层，其透气性系数均小于0.1m2/(MPa2·d)。目前，高瓦斯低透性每层开采主要以常规保护层开采为主，技术包括保护层卸压机理、开采技术、泄压效果评价等。这些矿井绝大部分煤层均属难以抽采煤层，并且不具备常规开采保护层的条件，给矿井的安全生产带来了较大的威胁，制约了矿井生产力。
发明内容
为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种矿山采选充抽开采设计方法，对于高瓦斯低渗透条件的矿井可降低被保护层变形率，针对性瓦斯抽采，减少瓦斯残余，提高矿井生产力，延长矿井服务年限。
为了解决上述问题，本发明一种矿山采选充抽开采设计方法，其特征在于，步骤如下，
第一步、根据地质条件，选择距被保护层煤层上方8～40m处且含有薄煤线的岩层作为保护层进行卸压开采；
第二步、在井下开凿一少煤多矸分选硐室，用于分选保护层回采的原煤，筛选出来的原煤运至煤层，矸石经震动给料分选筛筛选后运至矸石仓存储，粒径大于25mm的大块矸石则需进一步破碎；
第三步、保护层回采过程中，在保护层后部采空区预留的运输巷中打穿层瓦斯抽放钻孔至被保护层实体煤中，钻孔间距为8-20m，对被保护层瓦斯进行抽采；同时在保护层采空区中布置瓦斯抽放钻孔抽采从被保护层顶板裂隙溢出的瓦斯；
第四步、待煤层含量小于8m3/t时，在被保护层实体煤中布置综合机械化固体充填采煤工作面回采煤炭资源；
第五步、被保护层回采过程中，矸石仓内的矸石通过皮带输送机经联络巷、矸石运输巷和被保护层运输平巷后到达被保护层回采工作面，然后利用矸石转载机及多孔底卸式刮板输送机将矸石卸料至采空区进行充填。
本方法首先对无瓦斯或低瓦斯突出风险的富含薄煤线的岩层进行开采，借此对上下被保护层均起到不同程度的采前卸压和预制裂隙增透效果，显著降低了被保护层瓦斯突出的风险和工作面前方才懂支承应力水平，应力集中系数亦相应降低，实现被保护层卸压的目的；在井下开掘一个大断面硐室，布置少煤多矸分选系统对煤炭、矸石进行分选；开采过程中对保护层和被保护层进一步钻孔卸压，以减少分选系统对硐室围岩的扰动，以及释放被保护层内的瓦斯含量，提高回采安全系数；分选后的大粒径矸石就地充填以实现深部采选充协同生产模式，保证高瓦斯低渗透条件的矿井煤炭及伴生资源的安全、高效及绿的开采。
进一步的，第二步中少煤多矸分选硐室中采用的分选工艺包括重介质浅槽排矸工艺和煤泥水处理工艺，具体步骤如下：
a、选择孔径为25mm的滚轴筛筛分保护层回采的煤炭；
b、利用重介质浅槽分选机对筛中小于25mm的煤炭进行回收处理；
c、通过煤泥回收系统再次进行煤泥洗选。
为了实现底板裂隙发育完全，保护层与被保护层回采需协同进行，即被保护层回采工作面滞后于保护层回采工作面2-3个工作面宽度。
进一步的，少煤多矸分选系统的分选能力与采空区的充填能力协同，即综合机械化固体充填系统的充填能力大于少煤多矸分选系统的分选能力，满足：
Q充＝kQKZ/ρ煤＞Q选＝Qjy/ρ矸；
式中：k为才充时间不平衡系数，Qk为工作面日产量，Z为充采作业不平衡系数，Qj为矸石日分选原煤量，y为含矸率。
为了便于瓦斯抽采，且避免瓦斯外溢至采空区。瓦斯抽采与裂隙演化协同，即被保护层处于保护层回采底板裂隙发育的顺层裂隙区内。
其中瓦斯抽采分为三步，包括采前瓦斯预抽采、采中抽采和采空区埋管抽采。
进一步的，第一步中所述的薄煤线为厚度小于0.8m的煤层。
本发明通过在煤层上部距煤层一定距离的位置，布置一个近全岩保护层开采工作面，并利用保护层开采后对下部煤岩体的采动影响，产生裂隙并贯穿至下伏保护层煤层，使得处于保护范围内的突出煤层的渗透系数和瓦斯渗流速度及涌量剧增，实现被保护层瓦斯卸压；同时在井下开掘一个大断面硐室，布置少煤多矸分选系统，用于筛选保护层回采的煤及矸石；将经过卸压后达到矿井安全生产要求的被保护层布置成充填工作面，回采煤炭资源并处理筛选出来的矸石，提高对覆岩的控制程度，降低地表沉陷。
附图说明
图1为本发明的一种矿山采选充抽开采设计方法立体示意图；
图2为本发明的近全岩保护层开采示意图；
图3为本发明的保护层工作面开采及瓦斯抽采系统图；
图4为本发明的被保护层工作面开采及瓦斯抽采系统图；
图5为本发明的被保护层工作面布置图；
图中：1、保护层，2、被保护层实体煤，3、保护层采空区，4、保护层底板裂隙，5、穿层瓦斯抽放钻孔，6、被保护层煤层裂隙，7、薄煤线，8、岩层，9、顺层瓦斯抽放钻孔，10、运矸皮带输送机，11、被保护层运输平巷，12、矸石转载机，13、矸石，14、采煤机，15、底卸式刮板输送机，16、工作面运煤皮带输送机，17、被保护层轨道平巷。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。
一种矿山采选充抽开采设计方法，步骤如下，
如图1和图2所示，第一步、根据地质条件，选择距被保护层煤层2上方8～40m处且含有厚度小于0.8m的薄煤线7的岩层8作为保护层1进行卸压开采；
保护层开采系统的回采工艺为综采工艺，主要工艺设备包括强力破岩采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机等设备；
第二步、在井下开凿一少煤多矸分选硐室，用于分选保护层回采的原煤，筛选出来的原煤运至煤层，矸石经震动给料分选筛筛选后运至矸石仓存储，粒径大于25mm的大块矸石则需进一步破碎；
分选硐室中采用的分选工艺包括重介质浅槽排矸工艺和煤泥水处理工艺，具体步骤如下：
a、选择孔径为25mm的滚轴筛筛分保护层回采的煤炭；
b、利用重介质浅槽分选机对筛中小于25mm的煤炭进行回收处理；
c、通过煤泥回收系统再次进行煤泥洗选。
工艺设备主要包括重介质浅槽分选机、破碎机、矸石脱介筛、精煤脱介机、三产品滚轴筛等设备；
如图1所示，第三步、保护层回采过程中，在保护层后部采空区预留的运输巷中打穿层瓦斯抽放钻孔5至被保护层实体煤2中，钻孔间距为8-20m，对被保护层2瓦斯进行抽采；如图3所示，同时在保护层采空区中布置瓦斯抽放钻孔9抽采从被保护层2顶板裂隙溢出的瓦斯；抽采工艺设备主要包括瓦斯封孔器、瓦斯抽放管路、瓦斯抽放泵以及瓦斯储藏站等设备。
如图4所示，第四步、待保护层煤体含量小于8m3/t时，在被保护层实体煤2中布置综合机械化固体充填采煤工作面回采煤炭资源；其中采用工艺设备主要包括采煤机14、刮板输送机、六柱式充填采煤液压支架、转载机等设备；
如图5所示，第五步、被保护层回采过程中，所开采煤体通过工作面运煤皮带输送机16经由被保护层轨道平巷17运出；矸石仓内的矸石通过工作面皮带输送机经联络巷、矸石运输巷和被保护层运输平巷11后到达被保护层回采工作面，然后利用运矸皮带输送机10、矸石转载机12及多孔底卸式刮板输送机15将矸石13卸料至采空区进行充填。
本方法首先对无瓦斯或低瓦斯突出风险的富含薄煤线的岩层进行开采，被保护煤层的瓦斯由被保护层煤层裂隙6、保护层底板裂隙4渗出，借此对上下被保护层均起到不同程度的采前卸压和预制裂隙增透效果，显著降低了被保护层瓦斯突出的风险和工作面前方才懂支承应力水平，应力集中系数亦相应降低，实现被保护层卸压的目的；在井下开掘一个大断面硐室，布置少煤多矸分选系统对煤炭、矸石进行分选；开采过程中对保护层和被保护层进一步钻孔卸压，以减少分选系统对硐室围岩的扰动，以及释放被保护层内的瓦斯含量，提高回采安全系数；分选后的大粒径矸石就地充填以实现深部采选充协同生产模式，保证高瓦斯低渗透条件的矿井煤炭及伴生资源的安全、高效及绿的开采。
为了实现底板裂隙发育完全，保护层与被保护层回采需协同进行，即被保护层回采工作面滞后于保护层回采工作面2-3个工作面宽度。
进一步的，少煤多矸分选系统的分选能力与采空区的充填能力协同，即综合机械化固体充填系统的充填能力大于少煤多矸分选系统的分选能力，满足：
Q充＝kQKZ/ρ煤＞Q选＝Qjy/ρ矸；
式中：k为才充时间不平衡系数，Qk为工作面日产量，Z为充采作业不平衡系数，Qj为矸石日分选原煤量，y为含矸率。
为了便于瓦斯抽采，且避免瓦斯外溢至采空区。瓦斯抽采与裂隙演化协同，即被保护层处于保护层回采底板裂隙发育的顺层裂隙区内。
其中瓦斯抽采分为三步，包括采前瓦斯预抽采、采中抽采和采空区埋管抽采。

Claims (7)

1.一种矿山采选充抽开采设计方法，其特征在于，步骤如下，
第一步、根据地质条件，选择距被保护层煤层(2)上方8～40m处且含有薄煤线(7)的岩层(8)作为保护层(1)进行卸压开采；
第二步、在井下开凿一少煤多矸分选硐室，用于分选保护层回采的原煤，筛选出来的原煤运至煤层，矸石经震动给料分选筛筛选后运至矸石仓存储，粒径大于25mm的大块矸石则需进一步破碎；
第三步、保护层回采过程中，在保护层后部采空区预留的运输巷中打穿层瓦斯抽放钻孔(5)至被保护层实体煤(2)中，钻孔间距为8～20m，对被保护层(2)瓦斯进行抽采；同时在保护层采空区中布置瓦斯抽放钻孔(9)抽采从被保护层(2)顶板裂隙溢出的瓦斯；
第四步、待保护层煤层含量小于8m3/t时，在被保护层实体煤(2)中布置综合机械化固体充填采煤工作面回采煤炭资源；
第五步、被保护层回采过程中，所开采煤体通过工作面运煤皮带输送机(16)经由被保护层轨道平巷(17)运出；矸石仓内的矸石通过皮带输送机经联络巷、矸石运输巷和被保护层运输平巷(11)后到达被保护层回采工作面，然后利用运矸皮带输送机(10)、矸石转载机(12)及多孔底卸式刮板输送机(15)将矸石(13)卸料至采空区进行充填。
2.根据权利要求1所述的矿山采选充抽开采设计方法，其特征在于，
第二步中少煤多矸分选硐室中采用的分选工艺包括重介质浅槽排矸工艺和煤泥水处理工艺，具体步骤如下：
a、选择孔径为25mm的滚轴筛筛分保护层回采的煤炭；
b、利用重介质浅槽分选机对筛中小于25mm的煤炭进行回收处理；
c、通过煤泥回收系统再次进行煤泥洗选。
3.根据权利要求1所述的矿山采选充抽开采设计方法，其特征在于：保护层与被保护层回采需协同进行，即被保护层回采工作面滞后于保护层回采工作面2-3个工作面宽度。
4.根据权利要求2所述的矿山采选充抽开采设计方法，其特征在于，少煤多矸分选系统的分选能力与采空区的充填能力协同，即综合机械化固体充填系统的充填能力大于少煤多矸分选系统的分选能力，满足：
Q充＝kQKZ/ρ煤＞Q选＝Qjy/ρ矸；
式中：k为才充时间不平衡系数，Qk为工作面日产量，Z为充采作业不平衡系数，Qj为矸石日分选原煤量，y为含矸率。
5.根据权利要求2所述的矿山采选充抽开采设计方法，其特征在于，瓦斯抽采与裂隙演化协同，即被保护层处于保护层回采底板裂隙发育的顺层裂隙区内。
6.根据权利要求1所述的矿山采选充抽开采设计方法，其特征在于，瓦斯抽采分为三步，包括采前瓦斯预抽采、采中抽采和采空区埋管抽采。
7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的矿山采选充抽开采设计方法，其特征在于，第一步中所述的薄煤线(7)为厚度小于0.8m的煤层。
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