CN109236363A - 一种短壁块段式充填采煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短壁块段式充填采煤方法，首先布置采煤系统，在开采区域的下部边界布置主运输巷和辅助运输巷，在主运输巷和辅助运输巷之间每间隔设定的距离布置一条联络巷，沿辅助运输巷走向，将开采区域划分成若干矩形开采块段，沿辅助运输巷走向每隔设定的间距垂直于辅助运输巷向开采块段内开掘支巷，各支巷之间每隔设定的距离设置联巷，每个开采块段被划分为多个矩形待回收煤柱；相邻开采块段间设保护煤柱。然后，由远及近依次回采各矩形待回收煤柱，形成各矩形煤柱采空区。用矸石作为充填体充填各煤柱采空区，同时对下一个开采块段进行开采。本发明方法留设煤柱少且回收率高。通风更易于管理、减小通风的压力，实现回采工作面全风压通风。

Description

一种短壁块段式充填采煤方法

技术领域

本发明涉及一种地下采煤方法，尤其是一种短壁块段式充填采煤方法。

背景技术

随着我国中东部地区煤炭资源的快速消耗，煤炭发展重心已逐步转移至西部，随着西部地区生态环境的特殊性以及煤炭矿山迅速且粗犷的发展，很多问题也随之显现，主要体现在生态问题与安全问题两个方面。一方面西部地区煤炭资源有着储量大、埋深浅、地质构造简单的特点，同时我国西部特殊的地理位置与气候条件导致当地水资源匮乏，生态环境脆弱，加之煤矿工程的大肆开采，很容易导致地表水土的流失，环境的破坏，让本就脆弱的环境问题更加突显。另一方面，为了缓解这种生态严重破坏的情况，煤炭矿山一般选择留设大量的煤柱，而针对这些煤柱的回收和一些长壁工作面无法回采的块段资源，现阶段大多数煤矿采用短壁采煤法中的条状煤柱房柱式采煤法。传统的条状煤柱房柱式采煤法通常为盘区布置，在盘区的一侧或两侧布置长条状房柱，先掘进煤房，在煤房里进行回采以及回收煤柱，其机械设备主要选用连续采煤机，为了方便其运输巷道布置复杂，导致通风管理困难、风路易串联的问题，而且现阶段大多数煤矿使用条状煤柱房柱式开采时，通常利用垮落法处理顶板，不仅面临上覆岩层移动带来的水资源、生态环境破坏问题，还需要面临着顶板长距离悬空所产生的来压问题，大面积的来压可能导致顶板难以维护，垮落甚至是造成动力灾害。

例如，中国某煤矿在不同工作面在回收煤柱和采边角煤时，因为顶板过于坚硬以及悬顶距离问题，发生了多次顶板悬空大面积垮落，造成了多起人员伤亡事故，尽管该矿采取了强制深孔预裂爆破等一系列措施，但是效果甚微。在中国其他多个煤矿也出现了相同的情况，即使留设了大量煤柱，也不能避免安全问题的发生。

目前煤矿条状煤柱房柱式采煤法垮落法开采易造成的生态环境以及通风、顶板等方面的安全问题。

上述开采方法造成的生态环境以及通风、顶板等方面的安全问题，如何在浅埋煤层工程开采或类似情况开采的过程中有效地控制、改善甚至是消除传统条状煤柱房柱式采煤法带来的生态、安全方面的不利影响成为重中之重。并且在目前的煤炭形势下研究一种可以兼顾煤炭资源安全高效开采和生态环境保护的开采方法，对提高煤炭资源回收率、降低对生态环境的破坏、保护水资源有着重要意义。

发明内容

本发明针对目前煤矿条状煤柱房柱式采煤法垮落法开采易造成的生态环境以及通风、顶板等方面的安全问题，提供一种短壁块段式充填采煤方法，通过掘进工艺、回采工艺及充填工艺的合理配合，可以实现提高煤炭资源回收率的同时降低对生态环境的影响。

本发明为实现发明目的所提出的一种短壁块段式充填采煤方法，其步骤如下：

步骤1. 采煤系统布置（巷道掘进阶段）

在开采区域的下部边界（煤层一般均为倾斜层面赋存，高程低的一侧为下）布置短壁块段式充填采煤系统的主运输巷和辅助运输巷，主运输巷用于运煤、行人及进风；辅助运输巷用于运料（矸）及回风，主运输巷与辅助运输巷平行。在主运输巷和辅助运输巷之间每间隔设定的距离布置一条联络巷，以实现主、辅运输巷间的连通。沿辅助运输巷走向，将开采区域划分成若干矩形开采块段，沿辅助运输巷走向每隔设定的间距垂直于辅助运输巷向开采块段内开掘支巷，各支巷之间每隔设定的距离设置联巷，每个开采块段被划分为多个矩形待回收煤柱。相邻开采块段间设保护煤柱。

步骤2. 回采

由远及近依次回采各矩形待回收煤柱，形成各矩形煤柱采空区。

步骤3. 采空区充填

矸石作为充填体充填各煤柱采空区，同时对下一个开采块段进行开采，实现采、充共行作业模式，提高开采效率。

所述开采块段沿辅助运输巷走向的长度优选70m，相邻开采块段间的保护煤柱的宽度优选为10m，所述支巷与联巷的宽度优选为5m，支巷长度则根据对应块段参数而进行具体设定。

在步骤1所述采煤系统布置阶段（各巷道掘进阶段），由于掘进工作面无法与通风系统构成完整的循环风路系统，因此通过在支巷和联巷设置挡风帘及密闭墙，采用局部通风机实现压入式通风，保证将新鲜风流送至掘进工作面。巷道掘进阶段通风线路为：新风→主运输巷→联络巷→辅助运输巷→支巷、联巷→掘进工作面→支巷、联巷→辅助运输巷→乏风。

在步骤2所述回采阶段，开采块段中的所有待回收煤柱通过一台连续采煤机及多台履带行走式液压支架，按照由远离辅助运输巷一端开始向辅助运输巷方向纵向依次回采同一排待回收煤柱，然后再按顺序回采其他排待回收煤柱。回采阶段运煤线路为：回采工作面→支巷、联巷→辅助运输巷→联络巷→主运输巷。

在步骤2所述的回采阶段，由于巷道已经贯通整个开采块段，因此可以通过设置挡风帘及密闭墙，使通风系统形成完整风路循环系统，实现回采工作面全风压通风。回采阶段通风线路为：新风→主运输巷→联络巷→辅助运输巷→支巷、联巷→回采工作面→支巷、联巷→辅助运输巷→乏风。

步骤3所述的采空区充填，充填过程中，将矸石运至充填工作面，并在开采块段最顶部联巷中的各个相邻支巷间布置密闭墙；从开采块段最后一排最顶部的煤柱采空区开始，往辅助运输巷方向按顺序依次充填煤柱采空区，每个煤柱采空区充填完成后，要在该煤柱采空下方的联巷布置密闭墙，并把下一待充填的煤柱采空区下部的联巷中的挡风帘移除，形成新的通风线路，充填阶段具体通风线路为：新风→主运输巷→联络巷→辅助运输巷→支巷、联巷→充填工作面→支巷、联巷→辅助运输巷→乏风。由于充填工作面无法与通风系统构成完整的循环风路系统，因此通过设置挡风帘及密闭墙，并采用局部通风机实现压入式通风，保证将新鲜风流送至充填工作面，其中充填工作面通风机位于联络巷。如此一排排依次充填，直至完成整个开采块段煤柱采空区的充填。

本发明提出了一种短壁块段式充填采煤方法，结合短壁块段式开采的优势和充填开采对于生态、安全问题的控制进行采充并行可以避免传统条状煤柱房柱式采煤法固有的缺陷。

1）本发明与传统条状煤柱房柱式开采方法大量留设煤柱的情况相比，该方法不仅留设的煤柱更少，而且对于煤柱的回收率更高。

2）与传统条状煤柱房柱式开采方法出现的工作面通风管理困难、风路易串联问题相比，该方法通风更易于管理、减小通风的压力，本发明方法的巷道布置方式将开采区域划分为若干个矩形块段，可以通过挡风帘及密闭墙的配合使用，形成完整的全风压通风系统，实现回采工作面全风压通风，故可以成功避免传统房柱式开采时易发生的通风问题。

附图说明

图1为本发明短壁块段式充填采煤方法工作面布置图。

图2为本发明短壁块段式充填采煤方法巷道掘进阶段工作面布置图（一个开采块段）。

图3为本发明短壁块段式充填采煤方法回采阶段工作面布置图（一个开采块段）。

图4为本发明短壁块段式充填采煤方法采空区充填阶段工作面布置图（一个开采块段中，充填第一个煤柱采空区）。

图5为本发明短壁块段式充填采煤方法充填阶段工作面布置图（一个开采块段中，充填第二个煤柱采空区）。

附图标记说明

1-主运输巷，2-辅助运输巷，3-联络巷，4-联巷，5-支巷，6-密闭墙，7-挡风帘，8-皮带，9-梭车，10-连续采煤机，11-四臂锚杆钻车，12-履带行走式液压支架，13-推土机，14-抛投机，15-局部通风机。

a-支巷1，b-支巷2，c-支巷3，d-支巷4，e-联络巷，f-联络巷，g-联络巷3，h-采硐间临时保护煤柱，i-采硐，j-开采块段，k-充填体，l-块段长度，w-块段间保护煤柱宽度

Ⅰ-开采块段1，Ⅱ-开采块段2，Ⅲ-开采块段3

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例

某矿短壁块段式充填采煤工程，面积约为32200m²，长约为230m，宽约为140m，预计可回采总原煤量约为19.7万t，煤层平均埋深约为120m，煤厚约为4.2m，倾角2～5°，现对其采用本发明短壁块段式充填采煤法进行回收，根据现场实际情况决定在该开采区域布置3个短壁块段式充填采煤的开采块段。

（1）如图1、2所示，在开采区域的边界布置短壁块段式充填采煤系统的主运输巷1和辅助运输巷2，主运输巷用于运煤、行人及进风；辅助运输巷用于运料（矸）及回风，主运输巷与辅助运输巷相互平行，布置于开采区域的下水平的煤层中，沿煤层水平走向布置。主、辅助运输巷两条巷道采用一台连续采煤机与一台四臂锚杆钻车交替作业的方式进行双巷掘进，每掘进约为30m主、辅助运输巷间布置一条联络巷3，实现主、辅运输巷间的连通，其中连续采煤机负责巷道掘进，锚杆钻车负责巷道支护，保证掘进工作面安全，并配备一台梭车负责运煤。从已开设的辅助运输巷2向开采区域掘进支巷5，在支巷之间等间距设置三条联巷4（其中一条位于支巷最顶端），四条支巷5构成一个开采块段j，共形成开采块段（I,II,III）其中开采块段长度l约为70m，相邻开采块段j间留设保护煤柱，其宽度w约为10m，支巷与联巷宽约为5m，支巷长约为105m，联巷长约为70m。开采块段j中的巷道掘进方式与主辅运输巷相同，当四条支巷与三条联巷掘进完成后，开采块段j被划分为A、B、C…G、H、I共12个待回收煤柱。掘进阶段运煤线路如图2所示：掘进工作面→支巷5或联巷4到支巷5→辅助运输巷2→联络巷3→主运输巷1→地表。

（2）在掘进阶段，由于掘进工作面工作面无法与通风系统构成完整的循环风路系统，因此通过设置挡风帘7及密闭墙6（挡风帘及密闭墙的具体位置如图3，密闭墙采用混凝土浇筑而成，完成调整风流方向的任务后可用作充填时的挡墙），并采用二台局部通风机实现压入式通风，保证将新鲜风流送至掘进工作面，其中掘进工作面通风机位于联络巷e中，支护工作面通风机位于联络巷f中。掘进阶段通风线路如图3所示：新风→主运输巷1→联络巷3→辅助运输巷2→支巷5、联巷4→掘进工作面→支巷5、联巷4→辅助运输巷2→乏风。

（3）在回采阶段，开采块段j中的所有待回收煤柱通过一台连续采煤机10及四台履带行走式液压支架12，按A→B→C→…→G→H→I的顺序进行回采。其中连续采煤机10采用双翼斜切进刀后退式采煤法，回采时采硐i长约为11m，宽约为3.3m；采硐间临时保护煤柱h宽约为1m（采硐布置形式如图2），并配备二台梭车9交替运煤。四台履带行走式液压支架12负责支撑顶板，保证回采工作面安全，两台履带行走式液压支架布置在支巷内，另两台履带行走式液压支架布置在相邻两条支巷间的联巷内，回采过程中支巷内的两台履带行走式液压支架在支巷内跟随连续采煤机交替移动，至下一条支巷，联巷内的两台履带行走式液压支架在联巷中只移动两次。回采阶段运煤线路如图4所示：回采工作面→支巷5、联巷4→辅助运输巷2→联络巷3→主运输巷1→地表。回采完成后，形成12个煤柱采空区（此时标注A,B,……,I表示煤柱采空区）。

（4）回采过程中，由于巷道已经贯通整个开采块段，因此可以通过设置挡风帘及密闭墙（挡风帘及密闭墙的具体位置如图4所示），使通风系统形成完整风路循环系统，实现回采工作面全风压通风。回采阶段通风线路如图4所示：新风→主运输巷1→联络巷3→辅助运输巷2→支巷5、联巷4→回采工作面→支巷5、联巷4→辅助运输巷2→乏风。

（5）当开采块段j完成回采后，则将堆积矸石作为充填体运至开采块段j的煤柱采空区进行充填，同时对下一开采块段进行回采，实现“采充共行”的高效作业模式（“采充共行”方式如图2所示）。充填过程中，将矸石通过辅助运输巷2、支巷5及联巷4运至充填工作面，并在煤柱采空区A、D、G上部联巷中相邻支巷间各布置一堵密闭墙。当煤柱采空区A完成充填后，在煤柱采空区A、B间的联巷布置一堵密闭墙，并把煤柱采空区B、C间联巷中的挡风帘移除（即由图4到图5的充填过程）。所有采空区通过一台抛投机14、一台推土机13及二台履带行走式液压支架12，按A→B→C→…→G→H→I的顺序进行充填，其中抛投机负责将矸石运至充填工作面，推土机负责将矸石夯实，直至矸石与顶板接触则进行下一阶段充填工作，履带行走式液压支架布置在支巷内，随充填工作的进行，二台履带行走式液压支架在抛投机和推土机的后方交替移动直至进入下一条支巷，负责保证充填工作面的安全性。

（6）在充填阶段，由于充填工作面无法与通风系统构成完整的循环风路系统，因此通过设置挡风帘及密闭墙（挡风帘及密闭墙的具体位置如图5所示），并采用一台局部通风机实现压入式通风，保证将新鲜风流送至充填工作面，其中充填工作面通风机位于联络巷e中。充填阶段具体通风线路如图5所示：新风→主运输巷1→联络巷3→辅助运输巷2→支巷5、联巷4→充填工作面→支巷5、联巷4→辅助运输巷2→乏风。如此循环直至完成整个设计开采区域待回收煤柱的回采工作及采空区的充填工作。

Claims (6)

1.一种短壁块段式充填采煤方法，其步骤如下：

步骤1. 采煤系统布置

在开采区域的下部边界布置短壁块段式充填采煤系统的主运输巷和辅助运输巷；在主运输巷和辅助运输巷之间每间隔设定的距离布置一条联络巷，以实现主、辅运输巷间的连通；沿辅助运输巷走向，将开采区域划分成若干矩形开采块段，沿辅助运输巷走向每隔设定的间距垂直于辅助运输巷向开采块段内开掘支巷，各支巷之间每隔设定的距离设置联巷，每个开采块段被划分为多个矩形待回收煤柱；相邻开采块段间设保护煤柱；

步骤2. 回采

由远及近依次回采各矩形待回收煤柱，形成各矩形煤柱采空区；

步骤3. 采空区充填

矸石作为充填体充填各煤柱采空区，同时对下一个开采块段进行开采。

2.根据权利要求1所述的短壁块段式充填采煤方法，其特征是：所述开采块段沿辅助运输巷走向的长度优选70m，相邻开采块段间的保护煤柱的宽度优选为10m，所述支巷与联巷的宽度优选为5m。

3.根据权利要求1所述的短壁块段式充填采煤方法，其特征是：在步骤1所述采煤系统布置阶段，通过在支巷和联巷设置挡风帘及密闭墙，采用局部通风机实现压入式通风，将新鲜风流送至掘进工作面，通风线路为：新风→主运输巷→联络巷→辅助运输巷→支巷、联巷→掘进工作面→支巷、联巷→辅助运输巷→乏风。

4.根据权利要求1所述的短壁块段式充填采煤方法，其特征是：在步骤2所述回采阶段，开采块段中的所有待回收煤柱通过一台连续采煤机及多台履带行走式液压支架，按照由远离辅助运输巷一端开始向辅助运输巷方向纵向依次回采同一排待回收煤柱，然后再按顺序回采其他排待回收煤柱。

5.根据权利要求1所述的短壁块段式充填采煤方法，其特征是：在步骤2所述的回采阶段，通过设置挡风帘及密闭墙，使通风系统形成完整风路循环系统，实现回采工作面全风压通风；回采阶段通风线路为：新风→主运输巷→联络巷→辅助运输巷→支巷、联巷→回采工作面→支巷、联巷→辅助运输巷→乏风。

6.根据权利要求1所述的短壁块段式充填采煤方法，其特征是：步骤3所述的采空区充填，充填过程中，将矸石运至充填工作面，并在开采块段最顶部的联巷中在各个相邻支巷间布置密闭墙；从开采块段最后一排最顶部的煤柱采空区开始，往辅助运输巷方向按顺序依次充填煤柱采空区，每个煤柱采空区充填完成后，要在改煤柱采空下方的联巷布置密闭墙，并把下移待充填的煤柱采空区下部的联巷中的挡风帘移除，形成新的通风线路，充填阶段具体通风线路为：新风→主运输巷→联络巷→辅助运输巷→支巷、联巷→充填工作面→支巷、联巷→辅助运输巷→乏风。