CN111287748A - 一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构及方法，所述结构包括：采区；位于所述采区内的流态资源井下中转站；由所述流态资源井下中转站延伸至地面的流态资源竖向输送管道；位于所述采区且延伸至所述采区边界的水平大巷；位于所述水平大巷内且延伸至所述流态资源井下中转站的流态资源水平输送管线；以及位于所述采区内的迴行开采路线。本发明中的流态化迴行开采结构在进行深部煤炭资源开采时只需布设一个水平大巷和一个流态资源井下中转站，不需要建设用于煤炭提升、运输的井巷，减少了用于动力供应和设备供应的井巷数量，降低了井巷的建设与维护成本。采区中基本不会留下残余煤柱，采出率较高。

Description

一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构及方法

技术领域

本发明涉及矿产开采技术领域，具体涉及一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构及方法。

背景技术

为了克服传统煤炭开采方式存在极限深度的难题，解决深部煤炭资源开采过程中的安全与环境问题，一批学者提出了深部煤炭资源原位流态化开采的方法。所谓流态化开采，是指将深部固体矿产资源原位转化为气态、液态或气固液混态等流态资源，在井下实现无人智能化的采选充、热电气等转化的开采技术体系。为了实现该技术构想，这些学者提出采用盾构式采选充电气热一体化的流态化开采设备进行深部固体煤炭资源的流态化开采。流态化开采设备不同于传统的采煤机械，它能够直接在煤矿井下完成采煤、洗选、煤炭流态转化以及采空区充填等一系列过程。

然而，传统采煤方法为了运输和提升煤炭、动力供应、设备供应等需要，开掘多个井筒、大量巷道和流态资源井下中转站。这种开采方法不仅巷道掘进量大、井巷建设与维护成本高、留设煤柱多、采出率低，不适用于深部煤炭资源的流态化开采。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构及方法，旨在解决传统采煤方法巷道掘进量大、井巷建设与维护成本高、留设煤柱多、采出率低，不适用于深部煤炭资源的流态化开采等问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其中，所述结构包括：采区；位于所述采区内的流态资源井下中转站；由所述流态资源井下中转站延伸至地面的流态资源竖向输送管道；位于所述采区且延伸至所述采区边界的水平大巷；位于所述水平大巷内且延伸至所述流态资源井下中转站的流态资源水平输送管线；以及位于所述采区内的迴行开采路线。

所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其中，所述结构还包括：井底位于所述采区中央的中央立井。

所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其中，所述水平大巷位于所述中央立井的井底煤层中，且沿着所述中央立井的井底延伸至所述采区边界。

所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其中，所述流态资源竖向输送管道位于所述中央立井内。

所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其中，所述流态资源井下中转站位于所述中央立井的井底预设范围内。

所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其中，所述迴行开采路线包括：位于所述采区边界的第一迴行开采路线；与所述第一迴行开采路线相邻的第二迴行开采路线；与所述第二迴行开采路线相邻的第三迴行开采路线。

所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其中，所述水平大巷与所述中央立井在空间上垂直。

一种所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构的开采方法，其中，包括步骤：

通过流态化开采设备在采区内开拓流态资源井下中转站和水平大巷；

在所述流态资源井下中转站延伸至地面的方向上布设流态资源竖向输送管道以及在所述水平大巷内且延伸至所述流态资源井下中转站的方向上布设流态资源水平输送管线；

通过所述流态化开采设备沿着迴行开采路线进行流态资源开采，并通过所述流态资源水平输送管线、所述流态资源井下中转站以及所述流态资源竖向输送管道将所述流态资源运输提升至地面。

所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采方法，其中，所述迴行开采路线包括：位于所述采区边界的第一迴行开采路线；与所述第一迴行开采路线相邻的第二迴行开采路线；与所述第二迴行开采路线相邻的第三迴行开采路线。

所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采方法，其中，所述通过所述流态化开采设备沿着迴行开采路线进行流态资源开采，并通过所述流态资源水平输送管线、所述流态资源井下中转站以及所述流态资源竖向输送管道将所述流态资源运输提升至地面的步骤包括：

通过流态化开采设备依次沿着所述第一迴行开采路线、所述第二迴行开采路线和所述第三迴行开采路线进行煤炭资源开采，并在能够与所述流态资源水平输送管线对接的位置将流态资源输送至所述流态资源井下中转站，再经所述流态资源竖向输送管道将所述流态资源运输提升至地面。

本发明的有益效果：本发明通过在采区内布设由流态资源井下中转站延伸至地面的流态资源竖向输送管道以及位于水平大巷内且延伸至所述流态资源井下中转站的流态资源水平输送管线，通过流态资源竖向输送管道和流态资源水平输送管线对流态资源进行运送与提升，只需布设一个水平大巷和一个流态资源井下中转站，不需要建设用于煤炭提升、运输的井巷，减少了用于动力供应和设备供应的井巷数量，降低了井巷的建设与维护成本。采区中基本不会留下残余煤柱，采出率较高。

附图说明

图1是本发明提供的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构的俯视结构示意图；

图2是本发明提供的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采方法的较佳实施例流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于传统采煤方法为了运输和提升煤炭、动力供应、设备供应等需要，开掘多个井筒、大量巷道和流态资源井下中转站。这种开采方法不仅巷道掘进量大、井巷建设与维护成本高、留设煤柱多、采出率低，不适用于深部煤炭资源的流态化开采。为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，如图1所示，本发明的流态化迴行开采结构包括：采区1；位于所述采区1内的流态资源井下中转站2；由所述流态资源井下中转站2延伸至地面的流态资源竖向输送管道4；位于所述采区1且延伸至所述采区1边界的水平大巷3；位于所述水平大巷3内且延伸至所述流态资源井下中转站2的流态资源水平输送管线5；以及位于所述采区1内的迴行开采路线。深部煤炭资源的流态化开采过程中，流态化开采设备10沿着迴行开采路线进行流态资源开采，经过所述水平大巷3并与所述水平大巷3内的流态资源水平输送管线5对接，将流态资源输送至与流态资源井下中转站2中；随后流态资源通过延伸至所述流态资源井下中转站2的流态资源竖向输送管道4被输送到地面。本发明中的流态化迴行开采结构在进行深部煤炭资源开采时只需布设一个水平大巷3和一个流态资源井下中转站2，不需要建设用于煤炭提升、运输的井巷，减少了用于动力供应和设备供应的井巷的数量，降低了井巷的建设与维护成本。此外，采区1中基本不会留下残余煤柱，采出率较高。

具体实施时，本发明采区1是由井田划分所得，一个井田可以作为一个采区1，也可以划分为多个采区1；采区1可以是不规则形状区域，也可以是规则的形状区域，每个采区1都有其对应的采区边界。在一具体实施例中，如图1所示，所述采区1为规则的四边形区域，所述采区边界为长方形的四条边。

在一具体实施方式中，所述流态化迴行开采结构还包括中央立井6；所述中央立井6的井底位于所述采区1中央，所述中央立井6用于提升和下放设备，布设输运管线。具体开采过程中，可以通过流态化开采设备10对所述中央立井6进行开拓，或者通过已经开拓完成的中央立井6将流态化开采设备10下放至井底，进行后续流态资源井下中转站2和水平大巷3的开拓。

在一具体实施方式中，所述流态资源井下中转站2位于所述中央立井6的井底预设范围内，用于流态资源的中转。具体开采过程中，流态化开采设备10通过中央立井6进入所述中央立井6的井底后，在所述中央立井6的井底预设范围内开拓流态资源井下中转站2，所述预设范围可以根据用户的需求进行设定。

在一具体实施方式中，所述流态资源竖向输送管道4位于所述中央立井6内，在中央立井6内布设流态资源竖向输送管道4，该流态资源竖向输送管道4沿着中央立井6由流态资源井下中转站2延伸至地面，用于流态资源的提升。具体开采过程中，当流态资源井下中转站2中有流态资源时，流态资源可以通过延伸至流态资源井下中转站2的流态资源竖向输送管道4被提升到地面，适用于深部煤炭资源的流态化开采。

具体实施时，所述水平大巷3位于所述中央立井6的井底煤层中，且沿着所述中央立井6的井底延伸至所述采区边界，所述水平大巷3用于输运设备、布设输运管线。前述步骤中提到，所述采区1可以为不规则形状区域，也可以为规则的形状区域，显然所述采区1为多边形区域时，所述采区1对应的采区边界有多个。具体开采过程中，采用流态化开采设备10在井底煤层中开拓水平大巷3，水平大巷3沿着中央立井6的井底延伸至所述采区1的任意一个采区边界，且水平大巷3与中央立井6在空间上成垂直关系。

具体实施时，所述迴行开采路线可以设置为一条，也可以设置为多条。在一具体实施例中，所述迴行开采路线包括：位于所述采区1边界的第一迴行开采路线7；与所述第一迴行开采路线7相邻的第二迴行开采路线8；与所述第二迴行开采路线8相邻的第三迴行开采路线9。具体开采过程中，流态化开采设备10完成水平大巷3的开拓之后，到达采区1边界。此时流态化开采设备10向左或向右转设定的角度，紧贴着所述采区1边界进行最外侧一圈煤炭的流态化开采，完成第一迴行开采路线7的流态资源开采后到达转向点，流态化开采设备10与流态资源水平输送管线5对接，将流态化开采设备10内储存的流态资源通过流态资源水平输送管线5、流态资源井下中转站2以及流态资源竖向输送管道4输送提升至地面。随后采用相同的方式进行第二迴行开采路线8和第三迴行开采路线9的流态化开采，并采用相同的方式将流态资源输送提升至地面。

此外，本发明还提供了上述适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构的开采方法，如图2所示，其包括以下步骤：

S100、通过流态化开采设备在采区内开拓流态资源井下中转站和水平大巷；

S200、在所述流态资源井下中转站延伸至地面的方向上布设流态资源竖向输送管道以及在所述水平大巷内且延伸至所述流态资源井下中转站的方向上布设流态资源水平输送管线；

S300、通过所述流态化开采设备沿着迴行开采路线进行流态资源开采，并通过所述流态资源水平输送管线、所述流态资源井下中转站以及所述流态资源竖向输送管道将所述流态资源运输提升至地面。

具体实施时，为了进行深部煤炭资源的流态化开采，本实施例中首先通过流态化开采设备在采区内开拓用于流态资源中转的流态资源井下中转站以及用于输运设备、布设输运管线的水平大巷。然后在所述流态资源井下中转站延伸至地面的方向上布设用于流态资源提升的流态资源竖向输送管道以及在所述水平大巷内且延伸至所述流态资源井下中转站的方向上布设用于流态资源井下输送的流态资源水平输送管线。最后通过流态化开采设备沿着所述迴行开采路线进行煤炭资源开采，并在能够与所述流态资源水平输送管线对接的位置将流态资源输送至所述流态资源井下中转站，再经所述流态资源竖向输送管道运输提升至地面。本发明的流态化迴行开采方法只需要布设一个水平大巷和一个流态资源井下中转站，不需要建设用于煤炭提升、运输的井巷，减少了用于动力供应和设备供应的井巷的数量，降低了井巷的建设与维护成本。此外，采区中基本不会留下残余煤柱，采出率较高。

在一具体实施方式中，在采区内开拓流态资源井下中转站和水平大巷的步骤之前，还需要通过流态化开采设备在采区内开拓用于提升和下放设备，布设输运管线的中央立井。所述中央立井的井底位于所述采区中央，然后通过中央立井将流态化开采设备下放至井底，进行流态资源井下中转站和水平大巷的开拓。

在一具体实施例中，所述迴行开采路线包括：位于所述采区边界的第一迴行开采路线；与所述第一迴行开采路线相邻的第二迴行开采路线；与所述第二迴行开采路线相邻的第三迴行开采路线，所述步骤S300具体包括：

S310、通过流态化开采设备依次沿着所述第一迴行开采路线、所述第二迴行开采路线和所述第三迴行开采路线进行煤炭资源开采，并在能够与所述流态资源水平输送管线对接的位置将流态资源输送至所述流态资源井下中转站，再经所述流态资源竖向输送管道将所述流态资源运输提升至地面。

具体实施时，所述迴行开采路线可以设置为一条，也可以设置为多条。在一具体实施例中，所述迴行开采路线包括：位于所述采区边界的第一迴行开采路线；与所述第一迴行开采路线相邻的第二迴行开采路线；与所述第二迴行开采路线相邻的第三迴行开采路线。具体开采过程中，流态化开采设备完成水平大巷的开拓之后，到达采区边界。此时流态化开采设备向左或向右转设定的角度，紧贴着所述采区边界进行最外侧一圈煤炭的流态化开采，完成第一迴行开采路线的流态资源开采后到达转向点，流态化开采设备与流态资源水平输送管线对接，将流态化开采设备内储存的流态资源通过流态资源水平输送管线、流态资源井下中转站以及流态资源竖向输送管道输送提升至地面。随后采用相同的方式进行第二迴行开采路线和第三迴行开采路线的流态化开采，并采用相同的方式将流态资源输送提升至地面。

综上所述，本发明提供的一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构及方法，所述结构包括：采区；位于所述采区内的流态资源井下中转站；由所述流态资源井下中转站延伸至地面的流态资源竖向输送管道；位于所述采区且延伸至所述采区边界的水平大巷；位于所述水平大巷内且延伸至所述流态资源井下中转站的流态资源水平输送管线；以及位于所述采区内的迴行开采路线。本发明中的流态化迴行开采结构在进行深部煤炭资源开采时只需布设一个水平大巷和一个流态资源井下中转站，不需要建设用于煤炭提升、运输的井巷，减少了用于动力供应和设备供应的井巷的数量，降低了井巷的建设与维护成本。此外，采区中基本不会留下残余煤柱，采出率较高。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其特征在于，所述结构包括：采区；位于所述采区内的流态资源井下中转站；由所述流态资源井下中转站延伸至地面的流态资源竖向输送管道；位于所述采区且延伸至所述采区边界的水平大巷；位于所述水平大巷内且延伸至所述流态资源井下中转站的流态资源水平输送管线；以及位于所述采区内的迴行开采路线。

2.根据权利要求1所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其特征在于，所述结构还包括：井底位于所述采区中央的中央立井。

3.根据权利要求2所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其特征在于，所述水平大巷位于所述中央立井的井底煤层中，且沿着所述中央立井的井底延伸至所述采区边界。

4.根据权利要求2所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其特征在于，所述流态资源竖向输送管道位于所述中央立井内。

5.根据权利要求2所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其特征在于，所述流态资源井下中转站位于所述中央立井的井底预设范围内。

6.根据权利要求1所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其特征在于，所述迴行开采路线包括：位于所述采区边界的第一迴行开采路线；与所述第一迴行开采路线相邻的第二迴行开采路线；与所述第二迴行开采路线相邻的第三迴行开采路线。

7.根据权利要求3所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构，其特征在于，所述水平大巷与所述中央立井在空间上垂直。

8.一种利用权利要求1所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构的开采方法，其特征在于，包括步骤：

通过流态化开采设备在采区内开拓流态资源井下中转站和水平大巷；

在所述流态资源井下中转站延伸至地面的方向上布设流态资源竖向输送管道以及在所述水平大巷内且延伸至所述流态资源井下中转站的方向上布设流态资源水平输送管线；

通过所述流态化开采设备沿着迴行开采路线进行流态资源开采，并通过所述流态资源水平输送管线、所述流态资源井下中转站以及所述流态资源竖向输送管道将所述流态资源运输提升至地面。

9.根据权利要求8所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采方法，其特征在于，所述迴行开采路线包括：位于所述采区边界的第一迴行开采路线；与所述第一迴行开采路线相邻的第二迴行开采路线；与所述第二迴行开采路线相邻的第三迴行开采路线。

10.根据权利要求9所述的适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采方法，其特征在于，所述通过所述流态化开采设备沿着迴行开采路线进行流态资源开采，并通过所述流态资源水平输送管线、所述流态资源井下中转站以及所述流态资源竖向输送管道将所述流态资源运输提升至地面的步骤包括：

通过流态化开采设备依次沿着所述第一迴行开采路线、所述第二迴行开采路线和所述第三迴行开采路线进行煤炭资源开采，并在能够与所述流态资源水平输送管线对接的位置将流态资源输送至所述流态资源井下中转站，再经所述流态资源竖向输送管道将所述流态资源运输提升至地面。

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