CN111156000A - 薄煤层无煤柱后退式采煤方法 - Google Patents

薄煤层无煤柱后退式采煤方法 Download PDF

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何满潮
杨晓杰
黄瑞峰
夏洪满
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

一种薄煤层无煤柱后退式采煤方法，包括：布置巷道、布置工作区间、开采充填和完全开采。该薄煤层无煤柱后退式采煤方法，采煤系统布置简单，一次开采宽度小，矿山压力显现小，易于留巷，生产效率高；工作面采用后退式开采工艺，无需布设液压支架，配套设备少，采煤工艺简单，工作面设备投资小，出煤速度快，且有益于缓解采掘接续紧张；采用跳采方式，所形成的固废收纳空间形状规则，两侧均为实体结构，容易形成规则充填体；将采空区作为固废收纳空间利用，实现地下废弃空间有效利用，减弱矿山压力显现，降低留巷难度，防止地表下沉；工作面不留煤柱，提高了煤炭资源采出率。

Description

薄煤层无煤柱后退式采煤方法
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是一种薄煤层无煤柱后退式采煤方法。
背景技术
煤炭资源是我国的战略能源，战略能源是指占一次消费比重50%以上的能源。通常薄煤层是指煤层厚度小于1.3m的煤层，极薄煤层是指煤层厚度小于0.8m的煤层，其高效采出一直是煤矿开采领域的热点和难点问题。目前，薄和极薄煤层巷道布置方式主要采用传统121工法，即开采1个工作面，需要提前掘进2条巷道，并且开采后要留1个煤柱作为支撑，其安全条件差，资源浪费严重。
发明内容
为了解决薄煤层开采过程困难且效率低的技术问题，而提供一种巷道掘进率低、生产效率高、出煤速度快、采空区利用合理的薄煤层无煤柱后退式采煤方法。
一种薄煤层无煤柱后退式采煤方法，包括如下步骤：
S1、布置巷道，将煤矿区域分为至少一个采矿区间，每一所述采矿区间中设置一条主巷道和一条辅巷道，并在所述辅巷道与所述主巷道之间形成工作面；
S2、布置工作区间，将所述工作面沿所述主巷道掘进方向的相反方向分为多个工作区间，并对所有所述工作区间进行编号分别为NX，x为大于等于3的正整数；
S3、开采充填，对所有所述工作区间由N1至NX的方向进行开采，并对已经开采的所述工作区间进行充填；
S4、完全开采，在将一个所述采矿区间完成开采后，对下一个所述采矿区间重复步骤S1至S3。
在步骤S1中，所述主巷道为采煤机主机巷，所述辅巷道为固废浆液输送巷。
在步骤S1中，将所述主巷道和所述辅巷道完全掘进完毕。
对每一所述采矿区间中设置一条主巷道和一条辅巷道进行支护。
在所述主巷道和/或所述辅巷道内设置固废制浆充填系统。
所述固废制浆充填系统使用无污染固废进行充填。
在步骤S3中，将所有所述工作区间按照x的奇数和偶数分为奇数工作区间和偶数工作区间，并沿x增大的方向依次对所有所述奇数工作区间进行开采，并在所有所述奇数工作区间开采完毕后沿x增大的方向依次对所有所述偶数工作区间进行开采。
在步骤S3中，对x的所述工作区间完成开采后，对x-2的所述工作区间进行充填。
在步骤S3中，所述工作区间的开采方向与所述主巷道垂直。
所述工作区间的俯视图为长方形，且相邻两个所述工作区间的长边共线。
在步骤S3中，还包括：在对x的所述工作区间进行开采时，所述主巷道、x-2的所述工作区间和所述辅巷道形成全负压通风系统。
在步骤S3中，对开采完的所述工作区间的充填方向与所述主巷道垂直。
在步骤S3中，对充填完的所述工作区间沿所述主巷道侧和/或辅巷道侧进行永久支护。
在步骤S3中，在对同一个采矿区间中的第一个所述偶数工作区间开采完成后开始对最后开采完成的所述奇数工作区间进行充填。
在步骤S1之前，还包括：
根据煤矿赋存情况将煤矿区域分为至少一个采矿层，每一所述采矿层内划分出至少一个所述采矿区间，并在一个所述采矿层完成开采后对下一个所述采矿层开始进行开采。
在完成一个采矿层的开采后，对其内的所有所述主巷道进行混凝土回填。
在步骤S4中，还包括：将已经开采完的所述采矿区间的一条所述辅巷道作为下一个所述采矿区间的一条主巷道或将已经开采完的所述采矿区间的一条所述主巷道作为下一个所述采矿区间的一条辅巷道。
在步骤S3中，还包括：在对正在开采的所述工作区间采用局部通风方式进行通风。
还包括：对所述主巷道和所述辅巷道进行临时支护，并对与即将开采的工作区间相对应的所述主巷道的部分和所述辅巷道的部分进行液压支架支护和/或支柱加强支护。
所述薄煤层无煤柱后退式采煤方法应用于厚度b＜1.3m的煤层。
本发明提供的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，具有以下有益效果：
（1）采煤系统布置简单，一次开采宽度小，矿山压力显现小，易于留巷，生产效率高；
（2）工作面采用后退式开采工艺，无需布设液压支架，配套设备少，采煤工艺简单，工作面设备投资小，出煤速度快，且有益于缓解采掘接续紧张；
（3）采用跳采方式，所形成的固废收纳空间形状规则，两侧均为实体结构，容易形成规则充填体；将采空区作为固废收纳空间利用，实现地下废弃空间有效利用，减弱矿山压力显现，降低留巷难度，防止地表下沉；
工作面不留煤柱，提高了煤炭资源采出率。
附图说明
图1为薄煤层无煤柱后退式采煤方法的实施例1的准备开采的示意图；
图2为薄煤层无煤柱后退式采煤方法的实施例1的NX完成开采的示意图；
图3为薄煤层无煤柱后退式采煤方法的实施例1的N＇ X对完成充填的示意图；
图4为薄煤层无煤柱后退式采煤方法的实施例1的对NX进行开采的示意图；
图5为薄煤层无煤柱后退式采煤方法的实施例1的对NX中偶数工作区间完成开采和充填的示意图；
图6为薄煤层无煤柱后退式采煤方法的实施例2的两个采矿层的示意图；
图7为薄煤层无煤柱后退式采煤方法的实施例2的下层采矿层完成开采和充填的示意图；
图8为薄煤层无煤柱后退式采煤方法的实施例2的下层采矿层的一个巷道完成充填的示意图；
图中：
1、主巷道；2、辅巷道；3、工作区间；31、奇数工作区间；32、偶数工作区间；4、采矿层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图5所示的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，包括：
S1、布置巷道，将煤矿区域按照设定条件（如煤层分布情况等）分为至少一个采矿区间，每一所述采矿区间中设置一条主巷道1和一条辅巷道2，并在所述辅巷道2与所述主巷道1之间形成工作面，所述主巷道1和所述辅巷道2均使用掘进机进行掘进；
S2、布置工作区间3，将所述工作面沿所述主巷道1掘进方向的相反方向分为多个工作区间3，并对所有所述工作区间3进行编号分别为NX，x为大于等于3的正整数；
S3、开采充填，对所有所述工作区间3由N1至NX的方向进行开采，并对已经开采的所述工作区间3进行充填，也就是间隔的对工作面上的所述工作区间3进行开采，在开采完成x后，对x-2的工作区间3进行充填，能够实现地下废弃空间有效利用，减弱矿山压力显现，降低留巷难度，防止地表下沉；
S4、完全开采，在将一个所述采矿区间完成开采后，对下一个所述采矿区间重复步骤S1至S3。
其中，图1至图5中已经完成开采的工作区间3端部是与主巷道或辅巷道连通的，图中所存在的连线作为区分工作区间和巷道的界限，并非表示工作区间与主巷道或者辅巷道之间不连通。
在步骤S1中，所述主巷道1为采煤机主机巷，所述辅巷道2为固废浆液输送巷。
在步骤S1中，将所述主巷道和所述辅巷道完全掘进完毕，也即将主巷道1和辅巷道2完全掘进完成后再进行步骤S2。
在沿所述设定方向对所述主巷道1和所述辅巷道2进行掘进中，对所述主巷道1和所述辅巷道2进行支护，其中对顶板和采区大巷保护煤柱范围巷道两帮采取锚网索喷支护方式，对采区大巷保护煤柱范围外两帮采用锚网临时支护。
在所述主巷道1和/或所述辅巷道2内设置固废制浆充填系统。
利用所述固废制浆充填系统使用无污染固废进行充填。
在步骤S3中，将每一所述工作面中的所有所述工作区间3按照x的奇数和偶数分为奇数工作区间31和偶数工作区间32，并沿x增大的方向依次对所有所述奇数工作区间31进行开采，并在所有所述奇数工作区间31开采完毕后沿x增大的方向依次对所有所述偶数工作区间32进行开采，也即当xmax为奇数时，依次对x为1、3、……、max、2、4、……、max-1的工作区间进行开采，当xmax为偶数时，依次对x为1、3、……、max-1、2、4、……、max的工作区间进行开采。
在步骤S3中，在对x的所述工作区间3完成开采后，对x-2的所述工作区间3进行充填，如x为5的工作区间3开采完毕时，对x为3的工作区间3进行充填。
在步骤S3中，所述工作区间3的开采方向与所述主巷道1垂直。
所述工作区间3的截面为长方形，且相邻两个所述工作区间3的长边共线，从而在充填中易于形成规则的充填体。
在步骤S3中，还包括：在对x的所述工作区间3进行开采时，所述主巷道、x-2的所述工作区间3和所述辅巷道形成全负压通风系统。
在步骤S3中，对开采完的所述工作区间3进行充填的方向与所述主巷道1垂直。
在步骤S3中，对充填完的所述工作区间3沿所述主巷道1侧和/或辅巷道2侧进行永久支护，减弱矿山压力显现，降低留巷难度，防止地表下沉。
在步骤S3中，在对同一个采矿区间中的第一个所述偶数工作区间32开采完成后开始对最后开采完成的所述奇数工作区间31的充填，也即保证存在一个开采完成的工作区间3，进行通风等相关操作。
在步骤S1之前，还包括：
根据煤矿赋存情况将煤矿区域分为至少一个采矿层4，每一所述采矿层4内划分出至少一个所述采矿区间，并在一个所述采矿层4完成开采后对下一个所述采矿层4开始进行开采，其中相邻两个采矿层4之间利用其它材料层进行区分，如自然沉积的岩石层等。
在完成一个采矿层4的开采后，对其内的所述主巷道1进行回填，减弱矿山压力显现，降低留巷难度，防止地表下沉。
在步骤S4中，还包括：将已经开采完的所述采矿区间的一条所述辅巷道2作为下一个所述采矿区间的一条主巷道1或将已经开采完的所述采矿区间的一条所述主巷道1作为下一个所述采矿区间的一条辅巷道2，减少巷道的开采数量，增加开采效率。
在步骤S3中，还包括：对正在开采的所述工作区间采用局部通风方式进行通风。
还包括：对所述主巷道1和所述辅巷道2进行临时支护，并对与即将开采的工作区间3相对应的所述主巷道1的部分和所述辅巷道2的部分进行液压支架支护和/或支柱加强支护。
所述薄煤层无煤柱后退式采煤方法应用于厚度b＜1.3m的煤层。
实施例1
本实施例中的采矿层数量为1个；
根据采区通风系统和采区布局，选择首采工作面位置。
在采煤机主机巷开口处布置掘进机超前掘进主巷道；在固废浆液输送巷开口处布置掘进机超前掘进辅巷道（如图1所示，主巷道开口处和固废浆液输送巷开口处均为图1中左侧的一端）。
进一步，掘进期间采用局部通风机对巷道进行通风。
进一步，随着上述主巷道1和辅巷道2的掘进，对巷道的顶板和采区大巷保护煤柱范围巷道两帮采取锚网索喷支护方式，增强大巷煤柱的稳定性；对采区大巷保护煤柱范围外两帮采用锚网临时支护。
进一步，随着巷道的掘进，对顶板采取锚网索喷支护方式，对两帮采用锚网临时支护。
进一步，所述主巷道1和辅巷道2采用现有技术进行监测监控。
在辅巷道2布置移动式固废制浆充填系统。
将一个工作面上的工作区间按照x增大的方向编号分别为N1、N2、N3……NX，也即当xmax为奇数时，依次对x为1、3、……、max、2、4、……、max-1的工作区间进行开采，当xmax为偶数时，依次对x为1、3、……、max-1、2、4、……、max的工作区间进行开采，本实施例设定xmax为奇数；
进一步，在N1开采前，将主巷道和辅巷道上与N1相对应的部分的锚网临时支护拆掉，附近采用液压支柱加强支护。
进一步，该N1采完后形成固废收纳空间N＇ 1，如图2所示。
进一步，主巷道与采区进风巷道联通，辅巷道与采区回风巷道联通，主巷道、N＇ 1、辅巷道共同构成全负压通风系统。
进一步，随着巷道的掘进，对顶板采取锚网索喷支护方式，对两帮采用锚网临时支护。
进一步，主巷道和辅巷道采用现有技术进行监测监控。
采用上述的步骤，开采N3。并待N3开采完成后，利用移动式固废制浆充填系统，采用井下掘进形成的固废对固废收纳空间N＇ 1进行填充密闭，该固废收纳空间N＇ 1形状规则，两侧为实体煤，易于形成规则的充填体，如图3所示。
具体的充填工艺为：井下无污染固废→翻车机→梭式矿车→破碎机→皮带→搅拌机→充填泵→固废收纳空间。
进一步，固废收纳空间充填方向与巷道走向垂直。
进一步，该固废收纳空间密闭后，采用锚网喷对该处巷道进行永久支护。
采用上述步骤，对NX中x为奇数的奇数工作区间进行开采，并对所形成的固废收纳空间进行处理，直至NX中奇数工作区间开采完毕，且所形成的固废收纳空间处理完毕。
进一步NX最后一个奇数固废收纳空间暂不充填。
采用上述步骤，开采NX-1，如图4所示。
进一步，当NX-1工作区间开采完毕后，采用井下掘进形成的固废对最后一个奇数固废收纳空间N1进行填充，并采用锚网喷对该处巷道进行永久支护。
采用上述步骤，开采NX-3；待该工作区间开采完成后，采用砌墙方式N＇ X-1密闭，并将表面进行喷浆处理，当做备用固废收纳空间用。
采用上述步骤，开采NX其他偶数工作区间，并对形成的固废收纳空间进行处理，直到所述工作面开采完毕，如图5所示。
采用上述步骤继续对下个采矿区间进行开采，且开采下一个采矿区间时，只需采用上述方式掘进1条采煤机主机巷，上一个工作面的固废浆液输送巷可保留下来作为下一个采矿区间的主巷道。
实施例2
煤层倾角8~10°，第一层煤平均厚度0.8m，第二层煤平均厚度1.0m，两层煤之间为平均厚度1.5m的泥质砂岩；
与实施例1的区别在于，将煤矿区域分为两个采矿层，并优先对下层的采矿层进行开采，如图6所示；
在下层采矿层开采完成后，对下层采矿层的主巷道进行修复：
撤出下层采矿层主巷道内设备，并对主巷道采用混凝土回填采煤机主机巷底板2.3m并加固，使底板标高与上煤层（第二层煤）底板标高一致，如图7所示。
进一步，对下层采矿层的主巷道的顶板进行挑顶处理，使巷道高度达到2.5m。
进一步，对主巷道采用实施例1中的支护方式进行支护。
在完成对下层采矿层的主巷道修复后，对上层采矿层重复上述步骤进行开采，如图7-8所示。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (20)

1.一种薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、布置巷道，将煤矿区域分为至少一个采矿区间，每一所述采矿区间中设置一条主巷道（1）和一条辅巷道（2），并在所述辅巷道（2）与所述主巷道（1）之间形成工作面；
S2、布置工作区间（3），将所述工作面沿所述主巷道（1）掘进方向的相反方向分为多个工作区间（3），并对所有所述工作区间（3）进行编号分别为NX ，x为大于等于3的正整数；
S3、开采充填，对所有所述工作区间（3）由N1至NX的方向进行开采，并对已经开采的所述工作区间（3）进行充填；
S4、完全开采，在将一个所述采矿区间完成开采后，对下一个所述采矿区间重复步骤S1至S3。
2.根据权利要求1所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S1中，所述主巷道（1）为采煤机主机巷，所述辅巷道（2）为固废浆液输送巷。
3.根据权利要求1或2所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S1中，将所述主巷道和所述辅巷道完全掘进完毕。
4.根据权利要求3所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在每一所述采矿区间中设置一条主巷道（1）和一条辅巷道（2）中，对所述主巷道（1）和所述辅巷道（2）进行支护。
5.根据权利要求1或2所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在所述主巷道（1）和/或所述辅巷道（2）内设置固废制浆充填系统。
6.根据权利要求5所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：所述固废制浆充填系统使用无污染固废和/或与步骤S3中使用的相同的固废进行充填。
7.根据权利要求1所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S3中，将所有所述工作区间（3）按照x的奇数和偶数分为奇数工作区间（31）和偶数工作区间（32），并沿x增大的方向依次对所有所述奇数工作区间（31）进行开采，并在所有所述奇数工作区间（31）开采完毕后沿x增大的方向依次对所有所述偶数工作区间（32）进行开采。
8.根据权利要求7所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S3中，在对x的所述工作区间（3）完成开采后，对x-2的所述工作区间（3）进行充填。
9.根据权利要求7所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S3中，所述工作区间（3）的开采方向与所述主巷道（1）垂直。
10.根据权利要求1所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：所述工作区间（3）的截面为长方形，且相邻两个所述工作区间（3）的长边共线。
11.根据权利要求7所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S3中，还包括：在对x的所述工作区间（3）进行开采时，所述主巷道、x-2的所述工作区间（3）和所述辅巷道形成全负压通风系统。
12.根据权利要求7所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S3中，对开采完的所述工作区间（3）的充填方向与所述主巷道（1）垂直。
13.根据权利要求7所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S3中，对充填完的所述工作区间（3）沿所述主巷道（1）侧和/或辅巷道（2）侧进行永久支护。
14.根据权利要求7所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S3中，在对第一个所述偶数工作区间（32）开采完成后开始对最后开采完成的所述奇数工作区间（31）进行充填。
15.根据权利要求1所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S1之前，还包括：
根据煤矿赋存情况将煤矿区域分为至少一个采矿层（4），每一所述采矿层（4）内划分出至少一个所述采矿区间，并在一个所述采矿层（4）完成开采后对下一个所述采矿层（4）开始进行开采。
16.根据权利要求15所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在完成一个采矿层（4）的开采后，对其内的所有所述主巷道（1）进行回填。
17.根据权利要求1所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S4中，还包括：将已经开采完的所述采矿区间的一条所述辅巷道（2）作为下一个所述采矿区间的一条主巷道（1），或将已经开采完的所述采矿区间的一条所述主巷道（1）作为下一个所述采矿区间的一条辅巷道（2）。
18.根据权利要求1所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：在步骤S3中，还包括：对正在开采的所述工作区间（3）采用局部通风方式进行通风。
19.根据权利要求1所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：还包括：对所述主巷道（1）和所述辅巷道（2）进行临时支护，并对与即将开采的工作区间（3）相对应的所述主巷道（1）的部分和所述辅巷道（2）的部分进行液压支架支护和/或支柱加强支护。
20.根据权利要求1所述的薄煤层无煤柱后退式采煤方法，其特征在于：所述薄煤层无煤柱后退式采煤方法应用于厚度b＜1.3m的煤层。
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