CN110374598B - 人工矿柱协同矸石充填置换工业广场保护煤柱的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工矿柱协同矸石充填置换工业广场保护煤柱的方法，采用短壁块段式生产系统，对块段内煤柱进行开采划分，并通过人工矿柱置换待采煤柱，需保留块段间保护煤柱两侧的巷道直至回收此煤柱，待一个块段内的待采煤柱全部回采、置换完毕后，采用抛矸机进行矸石充填，并用推土机夯实，同时在下一块段内进行掘进、回采作业。最后，对块段间的保护煤柱和主、辅助运输巷之间的煤柱进行回采、置换，并对相关巷道进行充填。本发明方法基于短壁块段式采煤方法，通过构筑人工矿柱、巷道废弃矸石充填的方法对工业广场保护煤柱进行回收，不仅延长了矿井的服务年限，并在减轻地面矸石堆积对环境危害的同时减小了地下开采对地表建筑物的影响。

Description

人工矿柱协同矸石充填置换工业广场保护煤柱的方法

技术领域

本发明涉及人工矿柱协同矸石充填置换工业广场保护煤柱的方法。

背景技术

煤炭是一种不可再生能源，每个煤炭生产企业都会经历由储量丰富到资源枯竭的过程，特别是在我国存在着很多上世纪六七十年代的矿井，近年来已进入资源枯竭期，只能依靠回收煤柱维持矿井生产。据不完全统计，仅我国煤矿工业广场建筑物下的压煤量约87.7亿吨，从资源角度出发，在不影响地表工业广场的前提下合理回收工业广场保护煤柱势在必行。

对于工业广场保护煤柱的合理回收，在避免地表下沉、保证地面建筑物安全的首要前提下提高工业广场保护煤柱的回采率是根本原则。传统的长壁开采由于其开采方法的局限性，必然会对地表建筑物安全构成威胁，并且影响自然生态环境；同时，工业广场保护煤柱此类不规则煤柱不适合布置长壁开采工作面。目前，工业广场保护煤柱回收的主要方法为冒落条带法与充填条带法，其需留设永久保护煤柱，采出率一般为40-50%，资源浪费较为严重。且由于条带开采宽度较大，随着工作面的推进，产生的采动影响必然会影响上覆岩层甚至地面工业广场建筑物。因此，为了有效降低矿柱回采对地表的影响，避免地表沉降，并提高采出率，需提出一种更为合理的开采布置方式回收工业广场保护煤柱。

基于提高煤炭采出率的要求和绿色开采的理念，提出人工矿柱协同矸石充填置换工业广场保护煤柱的方法，不仅能够安全、高效的回收工业广场保护煤柱资源，避免了地表沉降，同时也解决了地面堆积矸石污染生态环境问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的缺陷，提供了人工矿柱协同矸石充填置换工业广场保护煤柱的方法，本发明方法不仅可回收工业广场保护煤柱此类永久损失资源，而且能有效控制地表沉降，保护地表建筑物不受影响，同时充分利用废弃矸石使其变废为宝，不仅提高了煤炭的采出率、延长了矿井的服务年限，而且解决了废弃矸石堆积占地导致的环境污染问题。

本发明提供了人工矿柱协同矸石充填置换工业广场保护煤柱的方法，包括划分阶段、掘进阶段及回采阶段，其中回采阶段包含人工矿柱浇筑和矸石充填，本方法具体步骤如下：

步骤1）首先对待回收工业广场保护煤柱采用短壁块段式生产系统进行布置，将待回收工业广场保护煤柱划分为若干个块段，每个块段通过支巷与联巷将块段划分为若干个待采煤柱，最后将待采煤柱划分为若干个采块；

步骤2）工业广场保护煤柱回采系统设计划分后，进行掘进作业；首先，在回采区域内掘出主运输巷与辅助运输巷，两巷之间每隔一定距离掘进一条联巷；然后，根据系统设计对块段内的支巷与联巷完成掘进。掘进期间，采用1台连续采煤机、1台四臂锚杆钻车和1台梭车相互配合进行掘进作业，采用连续采煤机进行支巷和联巷的掘进工作，同时，在已掘进巷道内采用四臂锚杆钻车进行巷道支护工作，梭车负责运煤工作。

步骤3）待一个块段内的掘进工作全部完成后，依次对块段内的待采煤柱进行回收；在回收块段内待采煤柱过程中，将每个待采煤柱划分为若干采块，并对其进行间隔回收；当一个采块采完后，在采后形成的采空区内浇筑混凝土矿柱。具体为：采用1台连续采煤机、8台履带行走液压支架、2台梭车、1台注浆泵和若干人工矿柱模具相互配合对待采煤柱进行回收作业。采用连续采煤机沿垂直支巷方向对采块进行回采，并在回采区域附近的支巷和联巷中各布置2台履带行走液压支架以保障作业空间的安全；待一个采块回采完毕后，将连续采煤机移至下一采块进行回采，同时，对上一已回采的采块形成的采空区布置人工矿柱模具，其尺寸与单个采块尺寸相同，利用注浆泵对模具内采空区进行混凝土浇筑以形成人工矿柱，并在混凝土浇筑区域附近的支巷和联巷中各布置2台履带行走液压支架保证混凝土浇筑过程中的安全；采用2台梭车轮流作业完成运煤工序。行走液压支架的移动方式为先移动正在回采的待采煤柱（或者正在浇筑的人工矿柱）侧的行走支架，后移动另一台行走支架。其他待采煤柱的回收、置换重复上述步骤。

步骤4）待一个块段内的待采煤柱完全回收、置换完成后，在下一相邻块段进行掘进作业，同时，在已回收块段内对支巷和联巷进行废弃矸石充填，并暂时保留块段间保护煤柱两侧的巷道。具体为：采用1台抛矸机、2台履带行走液压支架和1台推土机相互配合进行充填作业。在巷道中的适当位置砌筑砌墙，采用抛矸机将矸石材料充入人工矿柱周边的联巷和支巷内，并采用推土机进行夯实；在推土机后方布置2台履带行走液压支架以支护巷道顶板，保证充填施工安全；充填完成后砌筑砌墙对充填区域进行封闭。

步骤5）待所有的块段的回收、置换和充填工序结束后，在块段间保护煤柱附近布置若干个矿压监测设备，待稳定后，有序的对块段间保护煤柱和主、辅助运输巷间煤柱进行回收；对块段间保护煤柱和主、辅助运输巷间煤柱的回收，均利用联巷将块段间保护煤柱（或者主、辅助运输巷间煤柱）划分为若干待采煤柱，并按照步骤a中的工序对块段间保护煤柱（或者主、辅助运输巷间煤柱）进行回收、置换，最终将所有其周边巷道充满矸石，通过砌墙将其封闭。具体回收顺序为：由主、辅助运输巷端部后退式回收，回收至块段间保护煤柱时，首先回收块段间保护煤柱，而后继续回收主、辅助运输巷间煤柱。

本发明方法：通过置换工业广场保护煤柱的方法，加强了资源回收，延长了矿井的服务年限。通过对井下巷道的矸石充填，减少了地面矸石的堆积，有益于环境的保护。通过对工业广场保护煤柱采取短壁块段式生产系统的布置方法，弥补了长壁开采对于回收工业广场保护煤柱的不足。

附图说明

图1为本发明工业广场保护煤柱设计划分示意图。

图2为本发明待采煤柱回采工艺示意图。

图3为本发明巷道充填工艺示意图。

图4为本发明相邻块段回收工艺示意图。

图5为本发明块段间保护煤柱与主、辅助运输巷间煤柱回收顺序示意图。

图6为本发明人工矿柱模具完成示意图。

图7为本发明应用于不规则工业广场保护煤柱回收划分示意图。

附图标记说明

1-主运输巷，2-辅助运输巷，3-联络巷，4-块段，5-待采煤柱，6-采块，7-支巷，8-联巷，9-保护煤柱，10-推土机，11-抛矸机，12-履带行走式液压支架，13-梭车重车，14-梭车空车，15-注浆软管，16-预留注浆口，17-金属网，18-土工布，19-连续采煤机，20-四臂锚杆钻车，21-砌墙，22-金属网，23-矸石充填体，24-已回收煤柱。

L-块段长度，W-块段宽度，E-块段间保护煤柱宽度，z-待采煤柱长度，k-待采煤柱宽度，u-采块长度，v-采块宽度。

实施例1

如图所示，本发明短壁人工矿柱开采协同矸石充填置换工业广场保护煤柱的方法，应用于某矿面积约为2.4×10⁵m²的不规则状工业广场保护煤柱，并以1条主、辅助运输两侧保护煤柱回收、置换、充填为例，所述方法包括如下步骤：

步骤1）在工业广场保护煤柱中的回采区域内掘出主运输巷与辅助运输巷，两巷之间每隔30m距离由联络巷联通，主、辅助运输巷以及联络巷宽度为6m，主、辅助运输巷间的保护煤柱宽度为10m。而后依据设计划分掘出块段支巷与联巷，支巷与联巷宽度均为6m，同一块段中相邻两支巷间距为12m(即待采煤柱长度z为12m)，相邻两联巷间距为13.2m(即待采煤柱宽度k为13.2m)。相邻两块段间的保护煤柱宽度为12m。块段长度L为78m，块段宽度W为76.8m，每个块段内设16个待采煤柱，每个待采煤柱设8个采块。掘进期间，采用1台连续采煤机、1台四臂锚杆钻车和1台梭车相互配合进行掘进作业，具体为：采用连续采煤机垂直于主、辅助运输巷向块段内支巷进行掘进，利用梭车进行运煤，每掘至垮落步距处即停止掘进，将连续采煤机转移至相邻支巷进行掘进作业，同时采用锚杆钻车对已掘支巷进行锚杆支护；每掘至联巷处，则利用连续采煤机垂直于支巷向联巷方向进行掘进，使相邻两支巷联通，并利用锚杆钻车对其进行锚杆支护。后续支巷、联巷掘进工序重复上述步骤。

步骤2）待一个块段内的掘进工作全部完成后，依次对块段内的待采煤柱进行回收；在回收块段内待采煤柱时，按A→B→C→…的顺序对待采煤柱进行回收。在回收每个待采煤柱中的采块时，按a→b→c→…的顺序对采块进行间隔回收；当一个采块采完后，在采后形成的采空区内浇筑混凝土矿柱。采用1台连续采煤机、8台履带行走液压支架、2台梭车、1台注浆泵和若干人工矿柱模具相互配合对待采煤柱进行回收。具体为：连续采煤机垂直支巷方向向采块推入进行回采，在回采采块相邻的支巷与联巷内各布置2台履带行走液压支架，支架贴近巷道两帮布置；待一个采块回采完毕后，连续采煤机转入下一采块进行回采，同时，对上一已回采的采块形成的采空区布置人工矿柱模具，其尺寸与单个采块尺寸相同（采块长度u为6m，宽度v为3.3m），随后利用注浆泵对模具内采空区进行混凝土浇筑以形成人工矿柱；待人工矿柱形成稳定结构后按照先移动人工矿柱侧支架后移动另一侧支架的顺序将履带行走液压支架移动至下一待采煤柱相邻巷道；两台梭车轮流作为空车与重车进行运煤。在回收下一个待采煤柱时，将上述设备转移至此煤柱处，布置与回采步骤同上一待采煤柱。其他待采煤柱的回收、置换重复上述步骤。

步骤3）待一个块段内的待采煤柱完全回收、置换完成后，在下一相邻块段进行掘进作业，同时，在已回收块段内对支巷和联巷进行废弃矸石充填，并暂时保留块段间保护煤柱两侧的巷道。采用1台抛矸机、2台履带行走液压支架和1台推土机相互配合进行充填作业。具体为：在相邻支巷的联巷中砌筑砌墙，采用抛矸机将矸石材料充入人工矿柱周边的联巷和支巷内，2台履带行走液压支架贴近巷道两帮布置于抛矸机两侧，充填一段距离后抛矸机停止抛矸并后移，启动推土机对矸石进行夯实，并将装满矸石的编织袋充填于夯实后的矸石与顶板缝隙处，以保证充填质量；推土机完成夯实接顶后，启动抛矸机继续抛矸，完成循环作业；充填完成后砌筑砌墙对充填区域进行封闭。

步骤4）待所有的块段的回收、置换和充填工序结束后，在块段间保护煤柱附近布置若干个矿压监测设备，待稳定后，有序的对块段间保护煤柱和主、辅助运输巷间煤柱进行回收；对块段间保护煤柱和主、辅助运输巷间煤柱的回收，均利用联巷将块段间保护煤柱（或者主、辅助运输巷间煤柱）划分为若干待采煤柱，并参照待采煤柱回采阶段中的工序对块段间保护煤柱（或者主、辅助运输巷间煤柱）进行回收、置换，最终将所有其周边巷道充满矸石，通过砌墙将其封闭。具体回收顺序为：①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧→⑨→…。

Claims (1)

1.人工矿柱协同矸石充填置换工业广场保护煤柱的方法，包括如下步骤：

步骤1.针对待回收工业广场保护煤柱，通过利用短壁块段式生产系统对回采区域进行布置，将待回收工业广场保护煤柱划分为若干个块段，每个块段通过支巷与联巷将块段划分为若干个待采煤柱，最后将待采煤柱划分为若干个采块；

步骤2. 当回采区域生产系统设计和划分完后，进而对回采区域进行掘进：首先，在回采区域内掘出主运输巷与辅助运输巷，两巷之间每隔一定距离掘进一条联巷；然后，根据系统设计对块段内的支巷与联巷完成掘进；

步骤3. 待一个块段内的掘进工作全部完成后，依次对块段内的待采煤柱进行回收；在回收块段内待采煤柱过程中，将每个待采煤柱划分为若干采块，并对其进行间隔回收；当一个采块采完后，在采后形成的采空区内浇筑混凝土矿柱；在块段内全部的待采煤柱均回采、置换完毕以后，随后采用抛矸机对支巷和联巷进行废弃矸石充填，并采用推土机夯实，暂时保留块段间保护煤柱两侧的巷道，待后序回收块段间保护煤柱时再进行矸石充填；

步骤4. 在上一块段进行废弃矸石充填的同时，对下一相邻块段进行掘进作业；而后重复步骤3进行块段的回收、置换以及充填工作，然后依次回收后续相邻的块段；

步骤5. 所有块段的回收、置换以及充填工序完毕后，再对块段间保护煤柱和主、辅助运输巷之间的保护煤柱进行回收，并对块段间保护煤柱两侧巷道以及主、辅助运输巷进行矸石充填；

所述块段间保护煤柱和主、辅助运输巷之间的保护煤柱进行回收，包括如下步骤：

a.采用1台连续采煤机、10台履带行走液压支架、2台梭车、1台注浆泵以及若干人工矿柱槽模具相互配合对工业广场保护煤柱进行回收工序；

b.采用连续采煤机沿垂直支巷方向对采块进行回采，并将4台行走液压支架布置在回采区域附近的支巷和联巷中来保障作业空间的安全；待一个采块回采完毕后，将连续采煤机移至下一采块进行回采，同时，对上一已回采的采块形成的采空区布置人工矿柱模具，其尺寸与单个采块尺寸相同，利用注浆泵对模具内采空区进行混凝土浇筑以形成人工矿柱，并采用4台行走液压支架保证混凝土浇筑过程中的安全；采用2台梭车轮流作业完成运煤工序；

c.其他待采煤柱的回收、置换重复步骤a至步骤b；

d.待一个块段内的待采煤柱完全回收、置换完成后，将连续采煤机和8台履带行走液压支架转移至下一个块段内，重复步骤a至步骤c完成下一个块段的回收、置换，同时，待混凝土人工矿柱固结后，将1台抛矸机、2台履带行走液压支架和1台推土机移至上一回收、置换完的块段内，利用所述抛矸机、履带行走液压支架和推土机将矸石材料充入人工矿柱周边的联巷和支巷内，完成充填工序；

e.待所有的块段的回收、置换和充填工序结束后，在块段间保护煤柱附近布置若干个矿压监测设备，待稳定后，对块段间保护煤柱和主、辅助运输巷间煤柱进行回收；对块段间保护煤柱和主、辅助运输巷间煤柱的回收，均利用联巷将块段间保护煤柱或者主、辅助运输巷间煤柱划分为若干待采煤柱，并按照步骤a中的工序对块段间保护煤柱或者主、辅助运输巷间煤柱进行回收、置换，最终将所有其周边巷道充满矸石，通过砌墙将其封闭；具体回收顺序为：由主、辅助运输巷端部后退式回收，回收至块段间保护煤柱时，首先回收块段间保护煤柱，而后继续回收主、辅助运输巷间煤柱。

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