CN110145308A - 近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法 - Google Patents
近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，涉及采煤方法技术领域，将厚煤层划分为多个开采分层，具体步骤包括：A.沿煤层顶板布置集中充填巷，沿煤层底板布置运输顺槽，在工作面边界按5～7°的倾角开切眼；B.通过设置集中充填斜巷和充填硐室与集中充填巷连通，形成运输顺槽‑切眼‑集中充填斜巷‑充填硐室‑集中充填巷的回风系统；C.沿切眼在最下方开采分层交替布置多个支巷Z和煤柱M先完成支巷Z的开采，并充填支巷Z；D.充填完成后开采煤柱M,并充填煤柱区域、运输巷和运输顺槽；E.重复步骤A至D，完成各个开采分层的开采；该方法实现了近水平特厚煤层的充填开采，并且安全高效。
Description
技术领域
本发明涉及采煤方法技术领域，尤其是一种近水平特厚煤层壁式系统集中充填巷分层迈步采充的三下采煤方法。
背景技术
三下开采是指对位于地表水体、建筑物和铁路(公路)下的矿床的开采，在开采这类矿床时，要根据矿床的赋存条件，采取相应的回采工艺技术；目的在于使地下回采工作对地面建筑物、铁路(公路)干线的变形控制在允许范围以内，同时防止地表水涌入井下造成水患等。充填采矿法是指伴随落矿、运搬及其他作业的同时，用充填料充填采空区的采矿方法，充填的目的是支护采空区两帮岩石，并为继续进行上面分层回采造成立足的底板。
在进水平煤层的开采中特厚煤层主要回采工艺主要有三种：大采高一次采全高、放顶煤开采、分层开采，但是一次采全高对地质条件的要求较高，并且不适合三下开采；放顶煤开采充填困难，并且回采效率低；另外分层开采中利用现有的开采方法进行充填会导致开采效率低下，并且充填系统的巷道布置，开采接续困难。为了节省开采成本，提高开采效率和经济效益，满足三下开采条件，需要对现有的特厚煤层开采方法做进一步的改进。
发明内容
为了实现了三下条件下近水平特厚煤层的充填开采，并节省开采成本，提高开采效率和经济效益，本发明提供了一种近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，具体技术方案如下：
近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，将厚煤层划分为多个开采分层，具体步骤包括：
A.沿煤层顶板布置集中充填巷，沿煤层底板布置运输顺槽，在工作面边界按5～7°的倾角开切眼；
B.通过设置集中充填斜巷和充填硐室与集中充填巷连通，形成运输顺槽-切眼-集中充填斜巷-充填硐室-集中充填巷的回风系统；
C.沿切眼在最下方开采分层交替布置多个支巷Z和煤柱M，先完成支巷Z的开采，并充填支巷Z，平行于运输顺槽设置上一开采分层的运输巷；
D.充填完成后开采煤柱M,并充填煤柱区域、运输巷和运输顺槽，形成充填层；
E.重复步骤A至D，直至完成各个开采分层的开采。
优选的是，充填斜巷的倾角为50～60°，从运输顺槽内开切眼，所述开切眼的长度根据巷道充填设备的充填能力确定。
优选的是，支巷和煤柱的宽度相等，支巷和煤柱的宽度根据极限跨度理论计算和开采设备的开采能力确定；开采设备为掘进机。
优选的是，运输巷布置在上一个充填工作面的集中充填斜巷的下侧，并且在充填层的下方，以减少煤柱损失；充填为矸石和水泥浆的自流充填。
优选的是，厚煤层的最上方的开采分层利用智能矸石充填机对巷道进行充填，并通过预埋注浆管注浆的充填系统加固充填体。
进一步优选的是，智能矸石充填机包括顶板固定装置、牵引绳、充填笆斗、第一电动滚筒、第二电动滚筒和位置传感器，顶板固定装置设置在顶板上，包括滑轮和牵引绳，牵引绳绕设在滑轮上，牵引绳中部还设置有充填笆斗，牵引绳的两端分别固定在第一电动滚筒和第二电动滚筒上，位置传感器确定笆斗与滑轮以及第一电动滚筒之间的距离。
进一步优选的是，预埋注浆管注浆的充填系统包括充填泵、充填管路和注浆孔启闭装置，充填泵连接充填管路，充填管路包括送料管和注浆管，注浆管固定在顶板和两帮上，注浆孔启闭装置设置在注浆管上控制注浆孔的开启和封闭。
本发明的有益效果包括：
(1)本发明提供的近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，通过先设置顶板集中充填巷和底板运输顺槽，并从运输顺槽一侧开切眼，然后通过集中充填斜巷沟通集中充填巷形成通风回路系统；集中充填斜巷和充填硐室的布置能够实现良好的通风，并便于充填材料的运输，提高了充填的效率；通过交替布置了多个支巷和煤柱将各个分层呈条状划分从而保证交替开采过程中上部煤层的稳定性，利用掘进机开采能够提升开采效率；通过逐层开采充填，完成各个开采分层的开采提高了采出率。
(2)本方法还可以利用集中充填斜巷的大倾角方便充填材料的下行运输，并且方便通风，布置的充填斜巷可服务于各个开采分层的充填和开采；利用矸石水泥进行充填其充填体的强度高，能够满足开采的需求；运输巷布置在上一个充填工作面集中充填巷的下侧，并且在充填层的下方可以减少煤柱的损失；采用预埋注浆管注浆的充填系统解决了最上分层近水平煤层充填体无法实现自流的问题，采用智能矸石充填机作为充填工具，能够高效的对巷道进行充填。另外，本方法还大大的节省开采成本，提高开采效率和经济效益。
附图说明
图1是采煤方法的第一步施工示意图；
图2是采煤方法的第二步施工示意图；
图3是采煤方法的第三步施工示意图；
图4是采煤方法的第四步施工示意图；
图5是采煤方法的第五步施工示意图；
图6是A-A方向的截面施工示意图；
图7是智能矸石充填机施工示意图；
图8是预埋注浆管注浆的充填系统施工示意图；
图中：1-集中充填巷；2-运输顺槽；3-切眼；4-充填斜巷；5-充填硐室；6-充填体；7-运输巷；8-顶板固定装置；9-牵引绳；10-充填笆斗；11-第一电动滚筒；12-第二电动滚筒；13-滑轮；14-充填泵；15-充填管路；16-注浆孔启闭装置。
具体实施方式
结合图1至图8所示，本发明提供的一种近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法具体实施方式如下。
实施例1
近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，如图1至图6所示，将厚煤层划分为多个开采分层，具体步骤包括：
步骤A.沿煤层顶板布置集中充填巷1，沿煤层底板布置运输顺槽2，在工作面边界按5～7°的倾角开切眼3。具体是从运输顺槽2内开切眼3，开切眼3的长度根据巷道充填设备的充填能力来具体确定。
步骤B.通过设置集中充填斜巷4和充填硐室5与集中充填巷1连通，其中充填斜巷4的倾角为50～60°，利用该倾角实现充填材料的自溜，并可以为各个分层上下对应层位的开采充填服务，形成运输顺槽2-切眼3-集中充填斜巷4-充填硐室5-集中充填巷1的回风系统。
步骤C.沿切眼3在最下方开采分层交替布置多个支巷Z和煤柱M，并且每个支巷和煤柱在开采时均与一条集中充填斜巷4对应，该充填斜巷4服务于该支巷或煤柱，以及该支巷和煤柱上部开采煤层对应的支巷和煤柱。先完成支巷Z的开采，并充填支巷Z。其中支巷和煤柱的宽度相等，支巷和煤柱的宽度根据开采设备的开采能力确定；开采设备为掘进机。
步骤D.充填完成后开采煤柱M,并充填煤柱区域、运输巷和运输顺槽，形成充填层。另外还在平行于运输顺槽2设置服务于下充填工作面的运输巷7，其中运输巷具体是布置在充填层的下方，从而减少煤柱损失；充填层的充填体6采用矸石和水泥浆的充填。
步骤E.重复步骤A至D，直至完成各个开采分层的开采。
其中厚煤层的最上方的开采分层利用智能矸石充填机对巷道进行充填，如图7和图8所示，并通过预埋注浆管注浆的充填系统加固充填体。智能矸石充填机包括顶板固定装置8、牵引绳9、充填笆斗10、第一电动滚筒11、第二电动滚筒12和位置传感器，顶板固定装置8设置在顶板上，滑轮13设置在顶板上，牵引绳9绕设在滑轮13上，牵引绳9中部还设置有充填笆斗10，牵引绳9的两端分别固定在第一电动滚筒11和第二电动滚筒12上，位置传感器确定笆斗与滑轮以及第一电动滚筒之间的距离。预埋注浆管注浆的充填系统包括充填泵14、充填管路15和注浆孔启闭装置16，充填泵14连接充填管路15，充填管路15包括送料管和注浆管，注浆管固定在顶板和两帮上，注浆孔启闭装置16设置在注浆管上控制注浆孔的开启和封闭。
本方法通过先设置顶板集中充填巷和底板运输顺槽，并从运输顺槽一侧开切眼，然后通过集中充填斜巷沟通集中充填巷形成通风回路系统；集中充填斜巷和充填硐室的布置能够实现良好的通风，并便于充填材料的运输，提高了充填的效率；通过交替布置了多个支巷和煤柱将各个分层呈条状划分从而保证交替开采过程中上部煤层的稳定性，利用掘进机开采能够提升开采效率；通过逐层开采充填，完成各个开采分层的开采提高了采出率。
实施例2
为进一步说明该采煤方法的有益效果，解决某矿实例对本方法做进一步的说明，某矿有一近水平煤层，其厚度为24米，矿井设计能力为1000万吨/年，排放煤矸石200万/年，工业广场和政府开发区压煤5000万吨，采用该方法后有效地解决了煤矸石的排放问题，同时还回收煤炭180万吨/年，既具有社会效益又有经济效益。
该矿的开采过程具体是，将24米的特厚煤层具体划分为5个开采分层，自下至上依次为C1、C2、C3、C4和C5，各个开采分层的厚度均小于5米；划分工作面的边界后，其开采步骤具体包括：
步骤A.沿煤层顶板布置集中充填巷，沿煤层底板布置运输顺槽，从运输顺槽内开切眼，在工作面边界按6°的倾角开切眼，切眼长度取50米，在这个过程中，掘进和开切眼过程产生的煤通过运输顺槽运送。
步骤B.通过设置集中充填斜巷和充填硐室与集中充填巷连通，其中充填斜巷的倾角为60°，形成运输顺槽-切眼-集中充填斜巷-充填硐室-集中充填巷的回风系统，具体是通过运输顺槽进风，新鲜风量流经切眼，后从集中充填斜巷向上，经过集中充填巷回风。
步骤C.沿切眼在最下方开采分层交替布置多个支巷Z和煤柱M，其中支巷从切眼向工作面一侧依次编号为Z1、Z2、Z3、Z4···煤柱从切眼一侧依次编号为M1、M2、M3、M4···具体是靠近切眼的为煤柱M1，依次为M1、Z1、M2、Z2、M3···平行于运输顺槽设置运输巷用于上一开采分层的支巷掘进或煤柱掘进过程中产煤的运输，运输巷可以布置在集中充填巷的下侧，先完成支巷Z部分的开采，并通过集中充填斜巷送料充填各个支巷Z。其中支巷和煤柱的宽度相等，支巷和煤柱的宽度根据开采设备的开采能力确定，并结合具体的煤层硬度、采高等条件具体确定。其中开采设备为掘进机，利用掘进机能够快速形成支巷完成开采，在这个掘进过程中利用运输顺槽进风进行通风。
步骤D.支巷Z的充填完成后开采煤柱M,开采煤柱后，并同时充填煤柱区域、运输巷和运输顺槽，形成充填层。其中运输巷具体是布置在充填层的下方，从而减少煤柱损失；充填层采用矸石和水泥浆的充填，其充填体的强度高，能够满足开采的需求。
步骤E.重复步骤A至D，即通过先设置顶板集中充填巷和底板运输顺槽，并从运输顺槽一侧开切眼···其中在重复上述步骤的过程中煤层的底板已经变成了充填体；重复该过程直至完成各个开采分层的开采，但是后续重复的步骤中不需要再设置集中充填斜巷，继续使用下一开采分层开采时使用的充填斜巷。其中厚煤层的最上方的开采分层利用智能矸石充填机对巷道进行充填，并通过预埋注浆管注浆的充填系统加固充填体。
智能矸石充填机包括顶板固定装置8、牵引绳9、充填笆斗10、第一电动滚筒11、第二电动滚筒12和位置传感器，顶板固定装置8设置在顶板上，滑轮13设置在顶板上，牵引绳9绕设在滑轮13上，牵引绳9中部还设置有充填笆斗10，通过充填笆斗的往返将矸石堆积到巷道内部，牵引绳9的两端分别固定在第一电动滚筒11和第二电动滚筒12上，位置传感器确定笆斗10与滑轮13以及第一电动滚筒11之间的距离，从而防止电动滚动过卷导致装置整体损坏危及安全。
预埋注浆管注浆的充填系统包括充填泵14、充填管路15和注浆孔启闭装置16，充填泵14连接充填管路15，充填管路15包括送料管和注浆管，注浆管固定在顶板和两帮上，注浆孔启闭装置16设置在注浆管上控制注浆孔的开启和封闭。充填时首先在待充填区域将注浆管固定在顶板和两帮，然后将充填物堆积充满整个充填空间，随后连接充填泵14和充填管路，泵送清水试验管路，最后通过注浆孔启闭装置16依次开闭注浆管上的注浆孔，直至完成注浆。该充填系统解决了近水平煤层中浆液自流困难，以及堵管和漏浆的问题，还具有充填效率高，经济耐用等优点。
本方法还可以利用集中充填斜巷的大倾角方便充填材料的下行运输，并且方便通风，布置的充填斜巷可服务于各个开采分层的充填和开采；利用矸石水泥进行充填其充填体的强度高，能够满足开采的需求；运输巷布置在集中充填巷的一侧，并且在充填层的下方可以减少煤柱的损失；采用预埋注浆管注浆的充填系统解决了近水平煤层充填体无法实现自流的问题，采用智能矸石充填机作为充填工具，能够高效的对巷道进行充填。另外，本方法还大大的节省了开采成本，提高开采效率和经济效益。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，将厚煤层划分为多个开采分层，其特征在于，具体步骤包括：
A.沿煤层顶板布置集中充填巷，沿煤层底板布置运输顺槽，在工作面边界按5～7°的倾角开切眼；
B.通过设置集中充填斜巷和充填硐室与集中充填巷连通，形成运输顺槽-切眼-集中充填斜巷-充填硐室-集中充填巷的回风系统；
C.沿切眼在最下方开采分层交替布置多个支巷Z和煤柱M，先完成支巷Z的开采，并充填支巷Z，平行于运输顺槽设置上一开采分层的运输巷；
D.充填完成后开采煤柱M,并充填煤柱区域、运输巷和运输顺槽，形成充填层；
E.重复步骤A至D，直至完成各个开采分层的开采。
2.根据权利要求1所述的近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，其特征在于，所述充填斜巷的倾角为50～60°；从运输顺槽内开切眼，所述开切眼的长度根据巷道充填设备的充填能力确定。
3.根据权利要求1所述的近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，其特征在于，所述支巷和煤柱的宽度相等，支巷和煤柱的宽度根据极限跨度理论计算和开采设备的开采能力确定；所述开采设备为掘进机。
4.根据权利要求1所述的近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，其特征在于，所述运输巷布置在上一个充填工作面集中充填斜巷的下侧，并且在充填层的下方，以减少煤柱损失；所述充填为矸石和水泥浆的自流充填。
5.根据权利要求1所述的近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，其特征在于，所述厚煤层的最上方的开采分层利用智能矸石充填机对巷道进行充填，并通过预埋注浆管注浆的充填系统加固充填体。
6.根据权利要求5所述的近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，其特征在于，所述智能矸石充填机包括顶板固定装置、牵引绳、充填笆斗、第一电动滚筒、第二电动滚筒和位置传感器，顶板固定装置设置在顶板上，包括滑轮和牵引绳，牵引绳绕设在滑轮上，牵引绳中部还设置有充填笆斗，牵引绳的两端分别固定在第一电动滚筒和第二电动滚筒上，位置传感器确定笆斗与滑轮以及第一电动滚筒之间的距离。
7.根据权利要求5所述的近水平特厚煤层集中充填巷分层迈步采充的三下采煤法，其特征在于，所述预埋注浆管注浆的充填系统包括充填泵、充填管路和注浆孔启闭装置，充填泵连接充填管路，充填管路包括送料管和注浆管，注浆管固定在顶板和两帮上，注浆孔启闭装置设置在注浆管上控制注浆孔的开启和封闭。
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