CN111075505B - 一种煤矿综采工作面分段充填开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤矿综采工作面分段充填开采方法，包括根据综采工作面矿压实测数据确定隔离墙间距，根据顶板压力确定隔离墙支撑强度及尺寸，基于综采工作面分段开展采煤作业，在当前阶段使采煤作业推进隔离墙间距大小的距离后，通过在采煤作业所用支架后侧固定充填挂袋并向充填挂袋中充填材料的方式来构筑隔离墙，从而可以利用构筑的隔离墙在综采工作面推进至顶板来压之前对实体煤上面的顶板进行有效地支撑，以防止顶板坍塌。当前阶段的隔离墙凝固之后，可同时进行隔离墙后采空区充填以及下一阶段的采煤作业，极大地减少了隔离墙后采空区的充填与采煤作业的相互影响，有效地提高了煤矿充填和开采的推进速度。

Description

一种煤矿综采工作面分段充填开采方法

技术领域

本发明涉及综采充填技术领域，特别是一种煤矿综采工作面分段充填开采方法。

背景技术

目前，煤矿的综采充填工作面通常是采煤与充填作业交替进行，工作面先推进一定距离，然后停止采煤作业来对新形成的采空区域进行充填，采空区域充填完成之后，再继续采煤作业，这种方式使得采煤作业和充填作业相互影响，无法实现两者的同步进行，进而极大地降低采煤效率，使得综采充填工作面的整体产能难以提高。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的煤矿综采工作面分段充填开采方法。

根据本发明的一方面，提供了一种煤矿综采工作面分段充填开采方法，包括：

根据综采工作面矿压实测数据确定隔离墙间距，根据顶板压力确定所述隔离墙支撑强度及尺寸；其中所述隔离墙间距小于综采工作面来压步距；

基于综采工作面分段开展采煤作业，在当前阶段使采煤作业推进所述隔离墙间距大小的距离；

将依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋固定于采煤作业所用支架后侧，并穿过充填挂袋预留的通孔布置充填管；

将充填材料充填至所述充填挂袋中以构筑当前阶段的隔离墙；

待所述充填挂袋中的充填材料凝固且达到所述隔离墙支撑强度及尺寸，基于综采工作面继续开展下一阶段采煤作业并推进隔离墙间距大小的距离，同时经所述充填管对当前阶段构筑的隔离墙后的采空区进行充填直至充满。

可选地，所述支架的尾梁上设置有固定梁，将依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋固定于采煤作业所用支架后侧包括：

将依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋的顶面固定在所述支架的固定梁上；

将所述充填挂袋靠近所述支架的一侧紧贴所述支架，并将所述充填挂袋与所述支架在紧贴位置处固定连接。

可选地，将所述充填挂袋与所述支架在紧贴位置处固定连接，包括：

在所述支架后侧与所述充填挂袋紧贴位置处间隔设置多个固定绑带；

采用多个所述固定绑带将所述充填挂袋与所述支架在紧贴位置处固定连接。

可选地，依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋，包括：

尺寸大于隔离墙尺寸的一个充填挂袋。

可选地，依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋，包括：

尺寸小于隔离墙尺寸的至少两个充填挂袋，所述至少两个充填挂袋组合拼接后的尺寸大于所述隔离墙尺寸。

可选地，将依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋固定于采煤作业所用支架后侧之后，还包括：

将固定于所述支架后侧的充填挂袋的相应面分别调整舒展至位于充填挂袋顶部的顶板、位于充填挂袋底部的底板、位于充填挂袋两侧的煤壁。

可选地，所述充填挂袋上预留有充填口，所述将充填材料充填至所述充填挂袋中以构筑隔离墙包括：

将所述充填挂袋的充填口与位于所述回风顺槽或进风顺槽的充填管路连接；

将所述充填材料通过所述充填管路输送至所述充填口，经由所述充填口将所述充填材料充填至所述充填挂袋中以构筑隔离墙。

可选地，待所述充填挂袋中的充填材料凝固且达到所述隔离墙支撑强度及尺寸之后，还包括：

对充填挂袋与其顶部的顶板、底部的底板、两侧的煤壁之间存在的空隙进行封堵，以对隔离墙后采空区进行密封。

可选地，所述充填挂袋采用内含拉筋的自成型高强柔膜袋。

可选地，经所述充填管对隔离墙后采空区进行充填直至充满，包括：

将所述充填管与位于所述回风顺槽或进风顺槽的充填管路连接；

将待充填至隔离墙后采空区的材料通过所述充填管路输送至穿过充填挂袋的充填管，经由所述充填管将待充填至隔离墙后采空区的材料充填至隔离墙后采空区直至充满。

在本发明实施例中，基于综采工作面分段开展采煤作业，在当前阶段使采煤作业推进隔离墙间距大小的距离后，通过在采煤作业所用支架后侧固定充填挂袋并向充填挂袋中充填材料的方式来构筑隔离墙，从而可以利用构筑的隔离墙在综采工作面推进至顶板来压之前对实体煤上面的顶板进行有效支撑，防止顶板坍塌。进一步地，当前阶段的隔离墙凝固之后，可同时进行隔离墙后采空区充填以及下一阶段的采煤作业，极大地减少了隔离墙后采空区的充填与采煤作业的相互影响，有效提高了煤矿充填和开采的推进速度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一实施例的煤矿综采工作面分段充填开采方法的流程图；

图2示出了根据本发明一实施例的煤矿综采工作第一阶段中一现场状态示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的煤矿综采工作第一阶段中另一现场状态示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的煤矿综采工作第二阶段中一现场状态示意图；

图5示出了根据本发明一实施例的煤矿综采工作第二阶段中另一现场状态示意图；

图6示出了根据本发明一实施例的煤矿综采工作第五阶段中一现场状态示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种煤矿综采工作面分段充填开采方法，参见图1至图3，本发明实施例的煤矿综采工作面分段充填开采方法至少包含步骤S102至步骤S110。

步骤S102，根据综采工作面矿压实测数据确定隔离墙间距，根据顶板(图中未示出)压力确定隔离墙支撑强度及尺寸，其中隔离墙间距小于综采工作面来压步距。

该步骤中，在根据综采工作面矿压实测数据确定隔离墙间距时可以根据综采工作面矿压的显现规律来确定隔离墙间距，这里的隔离墙间距小于综采工作面来压步距，从而在后续可以在单个来压步距间构筑隔离墙40(如图2所示)，以利用隔离墙40将单个来压步距划分为两部分，使得综采工作面推进至顶板来压之前由隔离墙40支撑顶板。此外，根据顶板压力确定隔离墙支撑强度及尺寸可以使隔离墙40整体支撑强度能够保证顶板不发生大面积的整体垮落。

步骤S104，基于综采工作面分段开展采煤作业，在当前阶段使采煤作业推进隔离墙间距大小的距离。

在该步骤中，当采煤作业推进隔离墙间距大小的距离后，先暂停采煤作业，以准备构筑隔离墙40。这里假定当前阶段为图2所示的第一阶段。

步骤S106，将依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋10固定于采煤作业所用支架(图中未示出)后侧，并穿过充填挂袋10预留的通孔(图中未示出)布置充填管20。

在该步骤中，充填管20穿过充填挂袋10预留的通孔后使得充填管20的两端分别伸向充填挂袋10面向综采工作面一侧和充填挂袋10面向采空区一侧。充填管20用于后续对隔离墙后采空区进行充填。该实施例还可以穿过充填挂袋10预留的通孔布置排气管30，排气管30用于对采空区进行充填过程中对采空区进行排气。该实施例中的充填挂袋10所预留的通孔可以用于穿过充填管20和排气管30，需要说明的是虽然充填挂袋10上设置有通孔，但是仍然会保证充填挂袋10的密封性，不会使充填挂袋10漏气。

步骤S108，将充填材料充填至充填挂袋10中以构筑当前阶段的隔离墙40。

步骤S110，待充填挂袋10中的充填材料凝固且达到隔离墙支撑强度及尺寸，基于综采工作面继续开展下一阶段采煤作业并推进隔离墙间距大小的距离，同时经充填管20对当前阶段构筑的隔离墙40后的采空区进行充填直至充满。

在该步骤中，下一阶段综采工作面推进过程中可以同时对当前阶段构筑的隔离墙40后的采空区进行充填，以提高煤矿充填和开采的推进速度。

在本发明实施例中，基于综采工作面分段开展采煤作业，在当前阶段使采煤作业推进隔离墙间距大小的距离后，通过在采煤作业所用支架后侧固定充填挂袋10并向充填挂袋10中充填材料的方式来构筑隔离墙40，从而可以利用构筑的隔离墙40在综采工作面推进至顶板来压之前对实体煤上面的顶板进行有效支撑，防止顶板坍塌。进一步地，当前阶段的隔离墙40凝固之后，可同时进行隔离墙40后采空区充填以及下一阶段的采煤作业，极大地减少了隔离墙40后采空区的充填与采煤作业的相互影响，有效地提高了煤矿充填和开采的推进速度。

参见图2并结合上文步骤S104，在本发明一实施例中，当综采工作面进行初采时，可以从开切眼正常开展采煤作业，采煤作业的推进距离(含切眼宽度)为隔离墙间距大小，在采煤作业所用支架后未充填采空区的宽度达到隔离墙间距时停止采煤作业。

参见图2并结合上文步骤S106，在本发明一实施例中，支架的尾梁上通常可以设置固定梁，进而可以将依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋10的顶面固定在支架的固定梁上，然后将充填挂袋10靠近支架的一侧紧贴支架，进而将充填挂袋10与支架在紧贴位置处固定连接。

在一可选实施例中，可以在支架后侧与充填挂袋10紧贴位置处间隔的设置多个固定绑带(图中未示出)，从而采用多个固定绑带将充填挂袋10与支架在紧贴位置处固定连接。例如，可以在每个支架后侧按照上、中、下的间隔顺序设置多个固定绑带，以在支架的上中下位置处分别将充填挂袋10进行绑带连接，本发明实施例对固定绑带的数量和具体位置不做限定。

在另一可选实施例中，将依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋10固定于采煤作业所用支架后侧之后，为了方便后续向充填挂袋10中充填充填材料，还可以将固定于支架后侧的充填挂袋10的相应面分别调整舒展至位于充填挂袋10顶部的顶板、位于充填挂袋10底部的底板(图中未示出)、位于充填挂袋10两侧的煤壁。这里的煤壁指的是图2至图3中的煤柱靠近实体煤的侧壁。

在本发明实施例中，依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋10可以采用尺寸大于隔离墙尺寸的一个充填挂袋10，图2中示出了一个充填挂袋10，也可以采用尺寸小于隔离墙尺寸的至少两个充填挂袋，当采用尺寸小于隔离墙尺寸的至少两个充填挂袋时，通过将至少两个充填挂袋组合拼接使得组合后的充填挂袋的尺寸大于隔离墙尺寸。这里选取充填挂袋尺寸或者多个充填挂袋组合后的尺寸大于隔离墙尺寸目的是为后续充填材料的充填预留出富余量，保证充填材料的顺利充填。

在本发明一可选实施例中，充填挂袋10可以采用内含拉筋的自成型高强柔膜袋，当然还可以选用其他材质的充填挂袋10，本实施例对此不作具体的限定。

参见图3并结合上文步骤S108，在本发明一实施例中，可以在充填挂袋10上预留充填口(图中未示出)，当需要将充填材料充填至充填挂袋10中以构筑隔离墙40时，先将充填挂袋10的充填口与充填管路50进行密封连接，这里充填管路50预先设置于煤柱和实体煤之间的回风顺槽60或进风顺槽70中。然后将充填材料通过充填管路50输送至充填口，经由充填口将充填材料充填至充填挂袋10中以构筑隔离墙40。

本实施例中，充填至充填挂袋10中的材料可以选用具有高强、速凝、微膨胀特性的充填材料，不仅可以增加隔离墙40的支撑力，还可以使充填材料在充填挂袋10中快速地凝固，减少隔离墙40的构筑时间。充填挂袋10充填满后停止充填，采煤作业继续停止，以等待充填材料凝固并达到隔离墙支撑强度。

在本发明实施例中，当将预先准备的充填材料充填至充填挂袋10中，且充填材料凝固并达到隔离墙支撑强度之后，还可以通过对充填挂袋10与其顶部的顶板、底部的底板、两侧的煤壁之间存在的空隙进行封堵，以实现对隔离墙40后采空区的密封。这里对空隙进行封堵所采用的材料不作具体的限定。

参见图4并结合上文步骤S108，在本发明一实施例中，在利用充填管20对隔离墙40后采空区进行充填时，可以先将充填管20与位于回风顺槽60或进风顺槽70的充填管路50连接。然后将待充填至隔离墙40后采空区的材料通过充填管路50输送至穿过充填挂袋10的充填管20，经由充填管20将待充填至隔离墙40后采空区的材料充填至隔离墙40后采空区直至充满。

该实施例中，充填至隔离墙40后采空区的材料可以选用普通胶结材料，本实施例对此不作具体限定。由于隔离墙40后采空区的空间较大，因此可根据充填的材料性能进行一次充填或分次充填，以保证最终的充填效果。

本发明实施例的充填挂袋10预留的通孔(图中未示出)可以设置于充填挂袋10靠近顶板一侧，然后将充填管20和排气管30横穿通孔，该实施例中的充填管20和排气管30一共可以选取3-5个，当然还可以是其他的数量，本实施例对充填管20和排气管30的具体数量不作限定。

参见图5并结合上文步骤S110，在本发明实施例中，当充填挂袋10(图2所示)中的充填材料凝固且达到隔离墙支撑强度及尺寸后，可以基于当前综采工作面继续开展下一阶段采煤作业并推进隔离墙间距大小的距离，同时对当前阶段构筑的隔离墙40后的采空区进行充填直至充满，例如此处的当前阶段为第一阶段。当综采工作面开展下一阶段(例如第二阶段)采煤作业并推进至隔离墙间距大小的距离后，继续进行下一个阶段的隔离墙40构筑，即先在支架(图中未示出)上固定充填挂袋11，在向充填挂袋11中充填材料，具体的构建过程参见上文实施例。下一个阶段的隔离墙40构筑成功后(充填挂袋10中的充填材料凝固后)，继而对下一个阶段的隔离墙41后的采空区进行充填并继续开展采煤作业，如此循环。图5所示实施例中，充填管21有三个，排气管31有两个，本实施例对此不作具体限定。

图6所示为采煤作业开展至第5阶段时，支架(图中未示出)上固定充填挂袋12，且在充填挂袋12上设置充填管22和排气管32后的示意图，其中，在第二阶段、第三阶段、第四阶段构筑的隔离墙分别为隔离墙41、隔离墙41、隔离墙43。

通常情况下，为保证开采作业的高效进行，通过合理的控制隔离墙40后采空区的充填技术，使得当前阶段(如第一阶段)采煤作业和隔离墙40筑建完成(包含隔离墙40中充填材料的凝固)时，上一阶段构建的隔离墙40后的采空区充填和凝固也随之完成。并且，为保证采煤工作的安全进行，待充填挂袋10中的充填材料凝固之前会停止采煤，当待充填挂袋10中的充填材料凝固且达到隔离墙支撑强度及尺寸后才开展下一阶段采煤作业并进行隔离墙40后采空区的充填。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种煤矿综采工作面分段充填开采方法，其特征在于，包括：

根据综采工作面矿压实测数据确定隔离墙间距，根据顶板压力确定所述隔离墙支撑强度及尺寸；其中所述隔离墙间距小于综采工作面来压步距；

基于综采工作面分段开展采煤作业，在当前阶段使采煤作业推进所述隔离墙间距大小的距离；

将依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋固定于采煤作业所用支架后侧，并穿过充填挂袋预留的通孔布置充填管；所述充填挂袋采用内含拉筋的自成型高强柔膜袋；

将充填材料充填至所述充填挂袋中以构筑当前阶段的隔离墙；

待所述充填挂袋中的充填材料凝固且达到所述隔离墙支撑强度及尺寸，基于综采工作面继续开展下一阶段采煤作业并推进隔离墙间距大小的距离，同时经所述充填管对当前阶段构筑的隔离墙后的采空区进行充填直至充满；

其中，下一阶段综采工作面推进过程中同时对当前阶段构筑的隔离墙后的采空区进行充填。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支架的尾梁上设置有固定梁，将依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋固定于采煤作业所用支架后侧包括：

将依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋的顶面固定在所述支架的固定梁上；

将所述充填挂袋靠近所述支架的一侧紧贴所述支架，并将所述充填挂袋与所述支架在紧贴位置处固定连接。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述充填挂袋与所述支架在紧贴位置处固定连接，包括：

在所述支架后侧与所述充填挂袋紧贴位置处间隔设置多个固定绑带；

采用多个所述固定绑带将所述充填挂袋与所述支架在紧贴位置处固定连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋，包括：

尺寸大于隔离墙尺寸的一个充填挂袋。

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋，包括：

尺寸小于隔离墙尺寸的至少两个充填挂袋，所述至少两个充填挂袋组合拼接后的尺寸大于所述隔离墙尺寸。

6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，将依据隔离墙尺寸预制的充填挂袋固定于采煤作业所用支架后侧之后，还包括：

将固定于所述支架后侧的充填挂袋的相应面分别调整舒展至位于充填挂袋顶部的顶板、位于充填挂袋底部的底板、位于充填挂袋两侧的煤壁。

7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述充填挂袋上预留有充填口，所述将充填材料充填至所述充填挂袋中以构筑隔离墙包括：

将所述充填挂袋的充填口与位于回风顺槽或进风顺槽的充填管路连接；

将所述充填材料通过所述充填管路输送至所述充填口，经由所述充填口将所述充填材料充填至所述充填挂袋中以构筑隔离墙。

8.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，待所述充填挂袋中的充填材料凝固且达到所述隔离墙支撑强度及尺寸之后，还包括：

对充填挂袋与其顶部的顶板、底部的底板、两侧的煤壁之间存在的空隙进行封堵，以对隔离墙后采空区进行密封。

9.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，经所述充填管对隔离墙后采空区进行充填直至充满，包括：

将所述充填管与位于回风顺槽或进风顺槽的充填管路连接；

将待充填至隔离墙后采空区的材料通过所述充填管路输送至穿过充填挂袋的充填管，经由所述充填管将待充填至隔离墙后采空区的材料充填至隔离墙后采空区直至充满。

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