CN109812269A - 一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法 - Google Patents

一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法 Download PDF

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黄志增
马兆瑞
李正杰
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Abstract

本发明公开了一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,包括:在复采工作面上布置掘进巷道后,对掘进巷道的顶板和/或工作面侧进行支护;在掘进巷道内架设充填模袋,并使填充模袋的上边缘高于掘进巷道的高度的至少300mm;向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙,即使得复采工作面隔离采空区。通过填充模袋的上边缘高于掘进巷道的高度的至少300mm,使充填模袋沿掘进方向长度可调,以适应每天不同的掘进进尺;通过充填泵将充填浇筑材料泵入填充模袋,能够避免现有的复采工作面多以工字钢棚支护,可提供的支护阻力远低于充填隔墙,进而提高复采工作面生产系统安全可靠性。

Description

一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法
技术领域
本发明涉及复采煤层开采技术领域,特别是涉及一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法。
背景技术
国内复采煤层主要包括多煤层开采过程中遗留的薄煤层,中厚煤层开采过程中遗留的顶底煤,整合矿井原小窑房式或柱式开采遗留的余煤等。遗煤复采能提高煤炭采出率,充分挖掘煤炭资源,缓解采掘接替的紧张局面,延长衰老矿井的服务年限。复采工作面的安全隐患在于原有煤层多为无序开采,顶板破碎,剩余煤层呈现不规则,老空区水和有害气体积聚。复采工作面巷道掘进是复采核心技术,也是主要难题。掘进期间,由于频繁过空巷和破碎区,巷道掘进和支护极其困难,通风线路漏风系数大,工作面煤层自燃危险性高。
目前,复采工作面巷道通常采用梯形断面、架棚支护,顶部铺网,工艺繁琐,掘进速度较慢。由于架棚支护存在不连续支护区域,为防止巷道与破碎老空区导通,需采取大量的辅助工程,包括漏风监测、挂防漏风袋、注浆封堵、不燃物充填和返修巷道等。实践证明,这些方案耗时费力,成本高,受采动影响下仍存在较高与老空区导通风险。如上所述,传统复采技术未能有效改变或提高复采生产系统本质不安全、不稳定的特点。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足之处,本发明提供了一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,包括:
在复采工作面上布置掘进巷道后,对掘进巷道的顶板和/或工作面侧进行支护;
在掘进巷道内架设充填模袋,并使填充模袋的上边缘高于掘进巷道的高度的至少300mm;
向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙,即使得复采工作面隔离采空区。
进一步的,在对掘进巷道的顶板和/或工作面侧进行支护时,包括:
当掘进巷道的非工作面侧为实体煤、破碎区或老空区,掘进巷道的上部为完整顶板时,通过锚杆和锚索对掘进巷道的顶板和工作面侧进行支护。
进一步的,在对掘进巷道的顶板和/或工作面侧进行支护时,包括:
当掘进巷道位于复采工作面的破碎区或老空区,和/或掘进巷道的顶板无法进行锚杆和锚索支护时,通过架设工字钢棚对掘进巷道的顶板和工作面侧进行支护。
进一步的,在通过架设工字钢棚对掘进巷道的顶板和工作面侧进行支护时,还包括:
通过在工字钢棚的外侧挂金属网,对掘进巷道的顶板和工作面侧进行护顶,其中,金属网与工字钢棚之间的距离为0.5-0.8m;
通过在掘进巷道内布置至少1根支柱,支撑掘进巷道的顶部的工字钢棚,并使用挡风布或其它不燃物对掘进巷道内侧进行密闭隔离。
进一步的,在通过在工字钢棚的外侧挂金属网时,还包括:
在支撑掘进巷道的顶部的工字钢棚和金属网之间设置用于对破碎区进行超前及时支护的钻杆。
进一步的,在对掘进巷道的顶板和/或工作面侧进行支护时,包括:
当掘进巷道前方为破碎区或老空区时,在掘进巷道的内侧上方沿掘进巷道长度方向布设用于对破碎区或老空区进行超前及时支护的钻杆,其中,钻杆的一端穿入掘进巷道的工作面前方直至实体煤内。
进一步的,在掘进巷道的内侧上方沿掘进巷道长度方向布设用于对破碎区或老空区进行超前及时支护的钻杆时,还包括:
通过在掘进巷道的顶板和工作面侧挂金属网,对掘进巷道的顶板和工作面侧进行护顶;
通过在掘进巷道内布置至少1根支柱,支撑掘进巷道的顶部;
通过在掘进巷道内布置多个工字钢,支撑掘进巷道的顶部的钻杆和金属网,对掘进巷道的内部进行临时支护。
进一步的,在向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙时,还包括:
通过在充填隔墙上部的漏风处注入充填浇筑材料或注入玻璃水,对漏风处进行密闭处理。
进一步的,所述充填浇筑材料按照质量比为水:石子:矸石粉:水泥:粉煤灰=2-4:13-17:8-12:5-7:0.5-1.5的比例。
进一步的,所述充填模袋由能够柔性伸展的土工布制备而成。
本发明提供了一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,通过在复采工作面上布置掘进巷道后,对掘进巷道的顶板和/或工作面侧进行支护;在掘进巷道内架设充填模袋,并使填充模袋的上边缘高于掘进巷道的高度的至少300mm;向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙,即使得复采工作面隔离采空区。通过填充模袋的上边缘高于掘进巷道的高度的至少300mm,使充填模袋沿掘进方向长度可调,以适应每天不同的掘进进尺;通过充填泵将充填浇筑材料泵入填充模袋,能够避免现有的复采工作面多以工字钢棚支护,可提供的支护阻力远低于充填隔墙,进而提高复采工作面生产系统安全可靠性。
附图说明
图1为通过本发明示例性实施例1一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法开采出的采空区的结构示意图;
图2为通过本发明示例性实施例2一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法开采出的采空区的结构示意图;
图3为通过本发明示例性实施例3一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法开采出的采空区的结构示意图。
图中:1、充填隔墙;2、破碎区或老空区;3、锚杆;4、锚索;5、工字钢棚;6、支柱;7、钻杆;8、金属网;9、实体煤;10、工字钢。
具体实施方式
为克服现有技术中的不足,本发明提供一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明的优选实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1
如图1所示,一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,包括:
S101、当掘进巷道的非工作面侧为实体煤9、破碎区或老空区2,掘进巷道的上部为完整顶板时,在复采工作面上布置掘进巷道后,通过锚杆3和锚索4对掘进巷道的顶板和工作面侧进行支护;
S201、在掘进巷道内架设充填模袋,并使填充模袋的上边缘高于掘进巷道的高度的至少300mm;
S301、向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙1,即使得复采工作面隔离采空区。
由于,煤矿井下巷道作业环境不稳定性,为保证安全,使填充模袋的上边缘高于掘进巷道的高度的至少300mm,使充填模袋沿掘进方向长度可调,以适应每天不同的掘进进尺;在通过充填泵将充填浇筑材料泵入填充模袋时,要保持填充泵在充填模袋处的出口压力不应小于10MPa,这样可使充填隔墙具有良好的主动接顶能力。当充填隔墙1实际宽度为1.2m、高度为4.0m时,可采用Bieniawaki提出的强度公式计算充填体的整体强度,如下所示。
σm取值35.4MPa,充填隔墙1宽度w,高度h,可得充填隔墙1整体强度为26.5MPa,每米充填隔墙1提供的支护阻力大于31000kN。而现有的复采工作面多以工字钢棚支护,可提供的支护阻力远低于充填隔墙1。
作为一优选实施方式,在向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙1时,还包括:
通过在充填隔墙1上部的漏风处注入充填浇筑材料或注入玻璃水,对漏风处进行密闭处理。
作为一优选实施方式,充填浇筑材料按照质量比为水:石子:矸石粉:水泥:粉煤灰=2:13:8:5:0.5的比例。
由于,充填浇筑材料中添加了成本低廉的矸石粉和粉煤灰,不但降低了充填浇筑材料的原料成本,而且在充填浇筑材料中矸石粉和粉煤灰的重量占比大于30%,该材料试样28d终凝强度35.4MPa。
进一步的,充填模袋由能够柔性伸展的土工布制备而成,有利于对凸凹不平的顶板接顶。
作为一优选实施方式,在掘进巷道内架设充填模袋时,根据掘进巷道的尺寸选择充填模袋的尺寸,并通过对拉锚杆确保充填模袋在填充充填浇筑材料后形成充填隔墙1的形状。
实施例2
如图2所示,一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,包括:
S102、当掘进巷道位于复采工作面的破碎区或老空区2,和/或掘进巷道的顶板无法进行锚杆3和锚索4支护时,在复采工作面上布置掘进巷道后,通过架设工字钢棚5对掘进巷道的顶板和工作面侧进行支护;
S202、在掘进巷道内架设充填模袋,并使填充模袋的上边缘高于掘进巷道的高度的至少300mm;
S302、向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙1,即使得复采工作面隔离采空区。
当掘进巷道位于破碎区或老空区2,顶板无法进行锚杆3和锚索4支护时,采用工字钢棚5和充填隔墙1的的永久支护,可提高复采工作面生产系统安全可靠性。
作为一优选实施方式,在通过架设工字钢棚5对掘进巷道的顶板和工作面侧进行支护时,还包括:
S102-1、通过在工字钢棚5的外侧挂金属网8,对掘进巷道的顶板和工作面侧进行护顶,其中,金属网8与工字钢棚5之间的距离为0.5-0.8m;
S102-2、通过在掘进巷道内布置至少1根支柱6,支撑掘进巷道的顶部的工字钢棚5,并使用挡风布或其它不燃物对掘进巷道内侧进行密闭隔离。
进一步的,在通过在工字钢棚5的外侧挂金属网8时,还包括:
在支撑掘进巷道的顶部的工字钢棚5和金属网8之间设置用于对破碎区2进行超前及时支护的钻杆7。
作为一优选实施方式,在向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙1时,还包括:
通过在充填隔墙1上部的漏风处注入充填浇筑材料或注入玻璃水,对漏风处进行密闭处理。
作为一优选实施方式,充填浇筑材料按照质量比为水:石子:矸石粉:水泥:粉煤灰=3:15:10:67:1的比例。
作为一优选实施方式,充填模袋由能够柔性伸展的土工布制备而成。
实施例3
如图3所示,一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,包括:
S103、当掘进巷道前方为破碎区或老空区2时,在复采工作面上布置掘进巷道后,对掘进巷道的顶板和/或工作面侧进行支护,在掘进巷道的内侧上方沿掘进巷道长度方向布设用于对破碎区或老空区2进行超前及时支护的钻杆7,其中,钻杆7的一端穿入掘进巷道的工作面前方直至实体煤内;
S203、在掘进巷道内架设充填模袋,并使填充模袋的上边缘高于掘进巷道的高度的至少300mm;
S303、向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙1,即使得复采工作面隔离采空区。
作为一优选实施方式,在掘进巷道的内侧上方沿掘进巷道长度方向布设用于对破碎区或老空区2进行超前及时支护的钻杆时,还包括:
S103-1、通过在掘进巷道的顶板和工作面侧挂金属网8,对掘进巷道的顶板和工作面侧进行护顶;
S103-2、通过在掘进巷道内布置至少1根支柱6,支撑掘进巷道的顶部;
S103-3、通过在掘进巷道内布置多个工字钢10,支撑掘进巷道的顶部的钻杆7和金属网8,对掘进巷道的内部进行临时支护。
作为一优选实施方式,在向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙1时,还包括:
通过在充填隔墙1上部的漏风处注入充填浇筑材料或注入玻璃水,对漏风处进行密闭处理。
作为一优选实施方式,充填浇筑材料按照质量比为水:石子:矸石粉:水泥:粉煤灰=4:17:12:7:1.5的比例。
作为一优选实施方式,充填模袋由能够柔性伸展的土工布制备而成。
本发明提供的一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,通过充填墙体可隔离破碎区和老空区,杜绝通风线路漏风问题;开发的低成本充填浇筑材料,实测终凝强度大于35.4MPa,使得每米隔墙可提供31000kN以上的支护阻力,并具有一定的主动支撑能力;破碎区段巷道临时支护采用“多个工字钢+支柱”,永久支护采用“工字钢棚+充填隔墙”支护,显著提高了支护强度和掘进速度;浇筑的充填隔墙为本工作面创造了较为完整和稳定的生产系统,同时,临近巷道可沿隔墙掘进,为下一工作面的巷道掘进创造了一侧支护条件,提前隔离了采空区,改良了后续工作面复采条件,实现了无煤柱开采。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,其特征在于,包括:
在复采工作面上布置掘进巷道后,对掘进巷道的顶板和/或工作面侧进行支护;
在掘进巷道内架设充填模袋,并使填充模袋的上边缘高于掘进巷道的高度的至少300mm;
向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙,即使得复采工作面隔离采空区。
2.根据权利要求1所述的一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,其特征在于,在对掘进巷道的顶板和/或工作面侧进行支护时,包括:
当掘进巷道的非工作面侧为实体煤、破碎区或老空区,掘进巷道的上部为完整顶板时,通过锚杆和锚索对掘进巷道的顶板和工作面侧进行支护。
3.根据权利要求1所述的一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,其特征在于,在对掘进巷道的顶板和/或工作面侧进行支护时,包括:
当掘进巷道位于复采工作面的破碎区或老空区,和/或掘进巷道的顶板无法进行锚杆和锚索支护时,通过架设工字钢棚对掘进巷道的顶板和工作面侧进行支护。
4.根据权利要求3所述的一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,其特征在于,在通过架设工字钢棚对掘进巷道的顶板和工作面侧进行支护时,还包括:
通过在工字钢棚的外侧挂金属网,对掘进巷道的顶板和工作面侧进行护顶,其中,金属网与工字钢棚之间的距离为0.5-0.8m;
通过在掘进巷道内布置至少1根支柱,支撑掘进巷道的顶部的工字钢棚,并使用挡风布或其它不燃物对掘进巷道内侧进行密闭隔离。
5.根据权利要求4所述的一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,其特征在于,在通过在工字钢棚的外侧挂金属网时,还包括:
在支撑掘进巷道的顶部的工字钢棚和金属网之间设置用于对破碎区进行超前及时支护的钻杆。
6.根据权利要求1所述的一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,其特征在于,在对掘进巷道的顶板和/或工作面侧进行支护时,包括:
当掘进巷道前方为破碎区或老空区时,在掘进巷道的内侧上方沿掘进巷道长度方向布设用于对破碎区或老空区进行超前及时支护的钻杆,其中,钻杆的一端穿入掘进巷道的工作面前方直至实体煤内。
7.根据权利要求6所述的一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,其特征在于,在掘进巷道的内侧上方沿掘进巷道长度方向布设用于对破碎区或老空区进行超前及时支护的钻杆时,还包括:
通过在掘进巷道的顶板和工作面侧挂金属网,对掘进巷道的顶板和工作面侧进行护顶;
通过在掘进巷道内布置至少1根支柱,支撑掘进巷道的顶部;
通过在掘进巷道内布置多个工字钢,支撑掘进巷道的顶部的钻杆和金属网,对掘进巷道的内部进行临时支护。
8.根据权利要求1所述的一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,其特征在于,在向充填模袋内泵入充填浇筑材料,使充填模袋在掘进巷道内形成充填隔墙时,还包括:
通过在充填隔墙上部的漏风处注入充填浇筑材料或注入玻璃水,对漏风处进行密闭处理。
9.根据权利要求1至8任一所述的一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,其特征在于,所述充填浇筑材料按照质量比为水:石子:矸石粉:水泥:粉煤灰=2-4:13-17:8-12:5-7:0.5-1.5的比例。
10.根据权利要求9所述的一种适用于复采工作面的无煤柱开采方法,其特征在于,所述充填模袋由能够柔性伸展的土工布制备而成。
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