CN111691885B - 一种特厚煤层高效充填开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特厚煤层高效充填开采方法，包括以下步骤：确定采充关键技术参数；布置巷道和采充生产系统；确定采充衔接顺序，进行铣刨式采煤、构建长“船”型深槽采空区，进行采空区充填，进行采空区充填接顶；实现特厚煤层的安全高效开采、煤矸石等低成本高效充填和生态环境有效保护；本方法能够提高采煤能力、降低采煤成本，简化采充衔接关系、提高充填能力、保障采充安全，优化充填空间结构、实现采空区全体积充填，简化充填工艺系统、降低充填成本，拓展充填开采应用范围、解放呆滞煤炭资源、提高矿井回采率，低成本高效充填地面和井下煤矸石、解决生态环保问题，总体实现煤炭资源开发利用最优化和生态环境影响最小化。

Description

一种特厚煤层高效充填开采方法

技术领域

本发明属于煤层绿色开采技术领域，具体涉及一种特厚煤层高效充填开采方法，主要应用于厚度5m以上特厚煤层及类似条件固体矿床的绿色充填开采。

背景技术

我国是世界上最大的能源生产国和消费国，煤炭资源开发利用的同时，带来了许多生态环保问题，煤炭开采造成的水资源破坏，地面塌陷导致的耕地被毁，为解放资源而进行的村庄搬迁，地面矸石山影响了矿区的局部环境和生态平衡等。煤炭绿色开采以实现煤炭资源开发利用最优化和生态环境影响最小化为目的，煤炭充填开采是其重要组成部分。我国煤矿充填开采技术经过多年的发展，形成了以固体充填、水砂充填、膏体或似膏体充填和高水充填为主的充填方法，应用范围涵盖近水平、缓倾斜、中倾斜、急倾斜煤层，薄煤层、中厚煤层、厚煤层，应用情况涉及建筑物下、铁路下、水体下和承压水体上“三下一上”等呆滞煤炭资源的回收，以及尾矿的回填处理，等。充填开采技术体系以长壁充填开采技术体系和房式充填开采技术体系为代表，长壁充填开采技术体系由于采煤速度受到充填速度的制约，采充工作面生产能力一般在30～60万t/a左右，而房式充填开采技术体系由于充填速度受到采煤速度的制约，采充工作面生产能力一般在20～30万t/a左右。针对厚度5m以上特厚煤层的充填开采，应用现有的长壁充填开采技术方法时，需要进行分层开采(单次开采厚度3m左右)，加大了充填开采技术难度，应用现有的房式充填开采技术方法时，难以高效发挥特厚煤层开采的产能优势。因此，如何实现厚度5m以上特厚煤层的高效充填开采，是煤炭绿色开采亟待解决的一项重大技术难题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种特厚煤层高效充填开采方法，该方法能够提高采煤能力、降低采煤成本，简化采充衔接关系、提高充填能力、保障采充安全，优化充填空间结构、实现采空区全体积充填，简化充填工艺系统、降低充填成本，拓展充填开采应用范围、解放呆滞煤炭资源、提高矿井回采率，低成本高效充填地面和井下煤矸石、解决生态环保问题，总体实现煤炭资源开发利用最优化和生态环境影响最小化。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种特厚煤层高效充填开采方法，包括以下步骤：

第一步，确定采充关键技术参数：根据特厚煤层的赋存条件，结合开采区域特征、围岩控制要求以及采充设备技术特征，确定采充关键技术参数；

第二步，布置巷道和采充生产系统：根据采充工作面关键技术参数，按照长度500～1000m、推进度500～1000m、厚度5～10m划分采充工作面，在采充工作面上部沿煤层顶板布置出煤巷道、充填巷道，形成采充工作面完整的生产系统；

第三步，确定采充衔接顺序：在采充工作面内，按照长度500～1000m、宽度4～7m、深度5～10m、槽间保护煤柱宽度4～7m的采充槽关键技术参数，布置采充槽；根据围岩控制要求和采空区充填体技术特征，确定各采充槽的采充方式和衔接顺序；

第四步，进行铣刨式采煤、构建长“船”型深槽采空区：在采充槽上部首先掘出4m左右高的刨铣式采煤机作业巷，之后采用刨铣式采煤机按照300～700mm的单次切削深度逐层下行进行刨铣式采煤，形成长“船”型深槽采空区；

第五步，进行采空区充填：选用合理的采空区充填方法，将充填材料充填至采空区；

第六步，进行采空区充填接顶，实现长“船”型深槽采空区全体积充填；

第七步，重复第一步到第六步，实现特厚煤层的开采、采空区充填。

进一步的，所述采充关键技术参数包括采充工作面的长度、推进度、厚度，采充槽的长度、宽度、深度、槽间保护煤柱宽度，分层之间保护煤柱厚度，巷道间保护煤柱宽度。

进一步的，所述采充槽的采充方式和衔接顺序包括：单间隔采充、不回收槽间保护煤柱的方式, 单间隔采充、部分或全部回收槽间保护煤柱的方式，多间隔采充、部分或全部回收槽间保护煤柱的方式。

进一步的，所述铣刨式采煤过程中，在采充槽上部刨铣式采煤机作业巷掘进过程中，对巷道顶板、两帮采用锚杆+金属网+钢带的基本支护，并根据围岩实际情况采用锚索或支设横梁加强支护；在采充槽下部刨铣式采煤过程中，针对左右煤壁不稳定的区域，采用锚杆+金属网+钢带的基本支护，并根据围岩实际情况支设横梁或采用锚索加强支护，或在开采过程中形成倒梯形的左右煤壁斜面以保障槽间保护煤柱稳定。

进一步的，所述采空区充填方法为矸石机械化充填方法、膏体或似膏体充填方法、矸石与胶结料浆充填方法中的一种或几种组合。

进一步的，所述矸石机械化充填方法包括以下步骤：将地面煤矸石或井下掘进矸石运至矸石缓冲仓，矸石缓冲仓的矸石经过胶带输送机、刮板输送机运至矸石充填机，由矸石充填机抛射充填至采空区；矸石充填过程中，应用矸石平整机或其他设备对充填矸石进行碾压、平整，通过先前进式充填采空区下部、再后退式充填采空区上部实现长“船”型深槽采空区的往返一次高效充填；充填过程中，根据矸石充填机的实际充填能力和保证采充作业安全的时间要求，在长“船”型深槽采空区灵活采用单头布置一套矸石填充系统、双头布置两套矸石填充系统，或通过相邻采充槽的充填联络巷将长“船”型深槽采空区进行分段、多头布置多套矸石填充系统的方式，实现采空区充填。

进一步的，所述膏体或似膏体充填方法包括以下步骤：将煤矸石破碎，与充填胶结材料搅拌混合后，输送至长“船”型深槽采空区进行充填；膏体或似膏体充填过程中，根据充填、输送设备的实际能力、采充槽的空间关系、充填体的流动充填特性和保证采充作业安全的时间要求，通过相邻采充槽的充填联络巷将长“船”型深槽采空区分成若干分段，采用多头布置充填管路、同时运行高效充填的方式，实现采空区充填。

进一步的，所述矸石与胶结料浆充填方法包括以下步骤：将地面煤矸石或井下掘进矸石破碎后运至矸石缓冲仓；将充填胶结料浆输送至采空区的充填联络巷；将矸石缓冲仓的矸石通过经过胶带输送机、刮板输送机运至采空区充填联络巷，与充填胶结料浆无搅拌、自然混合、冲积充填到采空区；充填过程中，根据充填、输送设备的实际能力、采充槽的空间关系、煤矸石和充填胶结料浆的流动充填特性、以及保证采充作业安全的时间要求，通过相邻采充槽的充填联络巷将长“船”型深槽采空区分成若干分段，采用多头布置充填设施、同时运行高效充填的方式，实现采空区充填。

进一步的，所述采空区充填接顶方法为构筑挡浆设施、泵送充填胶结料浆中的一种或两种。

进一步的，所述特厚煤层指厚度5m以上特厚煤层。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

1、本发明解决了厚度5m以上特厚煤层的安全高效开采、煤矸石低成本高效充填和生态环境有效保护的问题，并为类似条件固体矿床的绿色安全高效开采提供了有效的技术途径。

2、本发明改变水平落煤为竖向落煤，可充分借助采煤设备自身重量实现煤炭破碎和保障设备自身工作稳定，改变了水平落煤需要通过增加采煤设备重量和功率以实现煤炭破碎和保障设备自身工作稳定的方式，减少了设备重量、功率和能耗，降低了落煤成本。

3、本发明开采形成长“船”型深槽的采空区空间特征(同时可灵活构建倒梯形的煤壁斜面)，并可通过相邻采充槽施工充填联络巷对采空区进行分段、多头充填，有利于提高采空区的充填率、实现采空区全体积快速充填、保障煤柱稳定和采充安全，简化了充填工艺系统、降低了充填成本，低成本高效解决矸石地面堆存造成的生态环保问题。

4、本发明煤炭开采、采空区充填在不同的区域分开独立进行，通过在采充槽两端分别布置出煤巷道和充填巷道，结合采用单间隔采充、多间隔采充及灵活回收槽间煤柱的采充方式和衔接顺序，使得煤炭开采、采空区充填平行作业、互不干扰，充分发挥煤炭开采、采空区充填效能，一套铣刨式煤炭开采设备的采煤能力预期可达240万t/a以上，相匹配的采空区充填装备充填能力可达160万m³/a以上，实现煤炭高效开采和采空区高效充填。

5、本发明应用煤矸石作为充填材料，实现井下掘进矸石充填不升井，有效解决煤矸石地面堆存等生态环保问题，总体实现煤炭资源开发利用最优化和生态环境影响最小化。

6、本发明灵活配套矸石机械化充填、膏体或似膏体充填、矸石与胶结料浆独立运输、自然混合、冲积充填等采空区充填工艺系统，简化了充填工艺系统、降低了充填成本、提高了充填效率；利用煤柱与充填体相互耦合的作用，可以长期有效地控制采空区围岩，提高了充填开采安全效果，可应用于建筑物下、铁路下、水体下和承压水体上“三下一上”等呆滞煤炭资源的回收，及在实施过程中，可对充填体之间留设的煤柱进行部分或全部回收，提高了矿井回采率。

7、本发明工艺配套简单、开采布置灵活，可规避长壁充填开采要求煤炭赋存连续、规则的条件，应用于赋存不连续、形状不规则、地质构造影响大等特殊难采的边角煤资源回收，拓展了充填开采应用范围，提高了矿井回采率。

附图说明

图1为本发明采充工作面布置平面图。

图2为图1中A-A剖面图。

图3为图2中B-B剖面图。

图4为构建长“船”型深槽采空区的铣刨式采煤工艺示意图

图5为图4中C-C剖面图。

图6为长“船”型深槽采空区矸石机械化充填工艺示意图。

图7为长“船”型深槽采空区膏体或似膏体充填工艺示意图(采空区分段、多头充填时)。

图8为图7中D-D剖面图(采空区分段、多头充填时)。

图9为长“船”型深槽采空区矸石与胶结料浆独立运输、自然混合、冲积充填工艺示意图(采空区分段、多头充填时)。

图10为图9中E-E剖面图(矸石与胶结料浆独立运输、自然混合、冲积充填)。

图11为图9中F-F剖面图(构筑挡浆设施、泵送充填胶结料浆进行采空区上部接顶)。

图中：1为采充工作面，2为采充工作面出煤巷道，3为采充工作面充填巷道，4为采充槽或槽间保护煤柱，D1、D2、D3····为采(充)槽或槽间保护煤柱编号，5为采充槽上部刨铣式采煤机作业巷，6为长“船”型深槽采空区，7为倒梯形的左右煤壁，8为相邻采充槽的充填联络巷，9为刨铣式采煤机，10为刨铣式采煤机逐层下行进行刨铣式采煤，11为铲运机，12为运煤刮板输送机，13为运煤胶带输送机，14为锚杆+金属网+钢带，15为锚索，16为支设横梁，17为前进式充填采空区下部空间的矸石，18为后退式充填采空区上部空间的矸石，19为采空区上部充填接顶料浆，20为挡浆设施，21为矸石充填机，22为矸石平整机，23为运输矸石胶带输送机，24为运输矸石刮板输送机，25为膏体或似膏体充填管路，26为采空区膏体或似膏体充填体，27为采空区矸石与胶结料浆自然混合、冲积充填体，28为煤炭运煤方向，29为矸石运输方向，30为新鲜风流方向，31为乏风风流方向；a为采充工作面长度或采充槽长度，b为采充工作面推进度，c为采充工作面厚度或采充槽深度，d为采充工作面分层之间保护煤柱厚度，e为采充工作面巷道间保护煤柱宽度，f为采充槽宽度，g为采充槽间保护煤柱宽度。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

实施例1

如图1～图6所示，特厚煤层高效充填开采方法配套矸石机械化充填工艺系统时，按照下列步骤进行：

第一步，确定采充关键技术参数：根据特厚煤层的厚度、埋深、覆岩、形态等赋存条件，结合开采区域特征、围岩控制要求以及采充设备技术特征，合理确定采充工作面的长度、推进度、厚度，采充槽的长度、宽度、深度、槽间保护煤柱宽度，分层之间保护煤柱厚度，巷道间保护煤柱宽度等采充关键技术参数，布置巷道和生产系统进行煤炭开采和采空区充填。

第二步，布置巷道和采充生产系统：根据采充工作面的采充关键技术参数，按照长度500～1000m、推进度500～1000m、厚度5～10m划分采充工作面，在采充工作面上部沿煤层顶板布置出煤巷道、充填巷道，形成采充工作面完整的煤炭运输、人员材料设备辅助运输、采空区充填、通风、排水等生产系统。

第三步，确定采充衔接顺序：在采充工作面内，按照长度500～1000m、宽度4～7m、深度5～10m、槽间保护煤柱宽度4～7m的采充槽关键技术参数，布置采充槽并进行编序，序号包含槽间保护煤柱，图1中从上之下依次为D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9······；根据围岩控制要求和采空区充填体技术特征，合理确定各采充槽的采充方式和衔接顺序，如采用单间隔采充、不回收槽间保护煤柱的方式(采充D1、D3、D5、D7、D9···，不回收D2、D4、D6、D8···),多间隔采充、部分回收槽间保护煤柱的方式(首轮采充D1、D5、D9···，次轮部分回收采充D3、D7···，不回收D2、D4、D6、D8···)，及其他的采充方式和衔接顺序。

第四步，进行铣刨式采煤、构建长“船”型深槽采空区：在采充槽上部首先采用综掘机或其他设备掘进形成4m左右高的刨铣式采煤机作业巷，之后采用刨铣式采煤机按照300～700mm的单次切削深度逐层下行进行刨铣式采煤，形成长“船”型深槽采空区，采落的煤炭经铲运机、刮板输送机、胶带输送机进行运输。在采充槽上部刨铣式采煤机作业巷掘进过程中，对巷道顶板、两帮采用锚杆+金属网+钢带的基本支护，并根据围岩实际情况采用锚索或支设横梁等方式加强支护，在采充槽下部刨铣式采煤过程中，针对左右煤壁不稳定的区域，采用锚杆+金属网+钢带的基本支护，并根据围岩实际情况支设横梁或采用锚索等方式加强支护(如图3中的 3 a所示为矩形断面示意图)，或在开采过程中形成倒梯形的左右煤壁斜面(如图3中的 3 b所示为倒梯形断面示意图)以保障槽间保护煤柱稳定和开采安全。

第五步，进行采空区矸石机械化充填：将地面煤矸石经过矸石溜井、胶带输送机运至矸石缓冲仓，或将井下掘进矸石经过胶带输送机(或经过矿车、翻矸硐室)运至矸石缓冲仓，矸石缓冲仓的矸石经过胶带输送机、刮板输送机运至矸石充填机，由矸石充填机抛射充填至采空区；矸石充填过程中，应用矸石平整机或其他设备对充填矸石进行碾压、平整，通过先前进式充填采空区下部、再后退式充填采空区上部实现长“船”型深槽采空区的往返一次高效充填。充填过程中，根据矸石充填机的实际充填能力和保证采充作业安全的时间要求，在长“船”型深槽采空区灵活采用单头布置一套矸石填充系统、双头布置两套矸石填充系统，或通过相邻采充槽的充填联络巷将长“船”型深槽采空区进行分段、多头布置多套矸石填充系统的方式，实现采空区快速、安全充填。

第六步，进行采空区充填接顶：针对矸石充填难以充满的上部未充填空隙，采用构筑挡浆设施、泵送充填胶结料浆的方式进行接顶，实现长“船”型深槽采空区全体积充填。

第七步，重复第一步到第六步，实现厚度5m以上特厚煤层的安全高效开采、煤矸石低成本高效充填和生态环境有效保护。

实施例2

如图1～图5、图7～图8所示，特厚煤层高效充填开采方法配套膏体或似膏体充填工艺系统时，按照下列步骤进行：

第一步，确定采充关键技术参数：根据特厚煤层的厚度、埋深、覆岩、形态等赋存条件，结合开采区域特征、围岩控制要求以及采充设备技术特征，合理确定采充工作面的长度、推进度、厚度，采充槽的长度、宽度、深度、槽间保护煤柱宽度，分层之间保护煤柱厚度，巷道间保护煤柱宽度等采充关键技术参数，布置巷道和生产系统进行煤炭开采和采空区充填；

第二步，布置巷道和采充生产系统：根据采充工作面的采充关键技术参数，按照长度500～1000m、推进度500～1000m、厚度5～10m划分采充工作面，在采充工作面上部沿煤层顶板布置出煤巷道、充填巷道，形成采充工作面完整的煤炭运输、人员材料设备辅助运输、采空区充填、通风、排水等生产系统。

第三步，确定采充衔接顺序：在采充工作面内，按照长度500～1000m、宽度4～7m、深度5～10m、槽间保护煤柱宽度4～7m的采充槽关键技术参数，布置采充槽并进行编序，序号包含槽间保护煤柱，图1中从上之下依次为D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9······。根据围岩控制要求和采空区充填体技术特征，合理确定各采充槽的采充方式和衔接顺序，如采用单间隔采充、不回收槽间保护煤柱的方式(采充D1、D3、D5、D7、D9···，不回收D2、D4、D6、D8···), 单间隔采充、回收槽间保护煤柱的方式(首轮采充D1、D3、D5、D7、D9···，次轮回收采充D2、D4、D6、D8···),多间隔采充、回收槽间保护煤柱的方式(首轮采充D1、D4、D7···，次轮回收采充D2、D5、D8···，最后回收采充D3、D6、D9···)，及其他的采充方式和衔接顺序。

第四步，进行铣刨式采煤、构建长“船”型深槽采空区：在采充槽上部首先采用综掘机或其他设备掘进形成4m左右高的刨铣式采煤机作业巷，之后采用刨铣式采煤机按照300～700mm的单次切削深度逐层下行进行刨铣式采煤，形成长“船”型深槽采空区，采落的煤炭经铲运机、刮板输送机、胶带输送机进行运输。在采充槽上部刨铣式采煤机作业巷掘进过程中，对巷道顶板、两帮采用锚杆+金属网+钢带的基本支护，并根据围岩实际情况采用锚索或支设横梁等方式加强支护，在采充槽下部刨铣式采煤过程中，针对左右煤壁不稳定的区域，采用锚杆+金属网+钢带的基本支护，并根据围岩实际情况支设横梁或采用锚索等方式加强支护，或在开采过程中形成倒梯形的左右煤壁斜面以保障槽间保护煤柱稳定和开采安全。

第五步，进行采空区膏体或似膏体充填：在地面膏体或似膏体充填系统将煤矸石破碎，与水泥、粉煤灰、水等材料(或其他充填胶结材料)搅拌混合后，通过充填泵、充填管路输送至长“船”型深槽采空区进行充填。膏体或似膏体充填过程中，根据充填、输送设备的实际能力、采充槽的空间关系、充填体的流动充填特性和保证采充作业安全的时间要求，通过相邻采充槽的充填联络巷将长“船”型深槽采空区分成若干分段，采用多头布置充填管路、同时运行高效充填的方式，实现采空区快速、安全充填。

第六步，进行采空区充填接顶：充填至采空区上部时，在充填联络巷等位置采用构筑挡浆设施的方式进行接顶，实现长“船”型深槽采空区全体积充填。

第七步，重复第一步到第六步，实现厚度5m以上特厚煤层的安全高效开采、采空区高效充填和生态环境有效保护。

实施例3

如图1～图5、图9～图11所示，特厚煤层高效充填开采方法配套矸石与胶结料浆独立运输、自然混合、冲积充填工艺系统时，按照下列步骤进行：

第一步，确定采充关键技术参数：根据特厚煤层的厚度、埋深、覆岩、形态等赋存条件，结合开采区域特征、围岩控制要求以及采充设备技术特征，合理确定采充工作面的长度、推进度、厚度，采充槽的长度、宽度、深度、槽间保护煤柱宽度，分层之间保护煤柱厚度，巷道间保护煤柱宽度等采充关键技术参数，布置巷道和生产系统进行煤炭开采和采空区充填；

第二步，布置巷道和采充生产系统：根据采充工作面的采充关键技术参数，按照长度500～1000m、推进度500～1000m、厚度5～10m划分采充工作面，在采充工作面上部沿煤层顶板布置出煤巷道、充填巷道，形成采充工作面完整的煤炭运输、人员材料设备辅助运输、采空区充填、通风、排水等生产系统。

第三步，确定采充衔接顺序：在采充工作面内，按照长度500～1000m、宽度4～7m、深度5～10m、槽间保护煤柱宽度4～7m的采充槽关键技术参数，布置采充槽并进行编序(序号包含槽间保护煤柱)，图1中从上之下依次为 D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9······；根据围岩控制要求和采空区充填体技术特征，合理确定各采充槽的采充方式和衔接顺序，如采用单间隔采充、不回收槽间保护煤柱的方式(采充D1、D3、D5、D7、D9···，不回收D2、D4、D6、D8···), 单间隔采充、部分或全部回收槽间保护煤柱的方式(首轮采充D1、D3、D5、D7、D9···，次轮部分或全部回收采充D2、D4、D6、D8···),多间隔采充、部分或全部回收槽间保护煤柱的方式(首轮采充D1、D4、D7···，次轮部分或全部回收采充D2、D5、D8···，最后部分或全部回收采充D3、D6、D9···)，及其他的采充方式和衔接顺序。

第四步，进行铣刨式采煤、构建长“船”型深槽采空区：在采充槽上部首先采用综掘机或其他设备掘进形成4m左右高的刨铣式采煤机作业巷，之后采用刨铣式采煤机按照300～700mm的单次切削深度逐层下行进行刨铣式采煤，形成长“船”型深槽采空区，采落的煤炭经铲运机、刮板输送机、胶带输送机进行运输。在采充槽上部刨铣式采煤机作业巷掘进过程中，对巷道顶板、两帮采用锚杆+金属网+钢带的基本支护，并根据围岩实际情况采用锚索或支设横梁等方式加强支护，在采充槽下部刨铣式采煤过程中，针对左右煤壁不稳定的区域，采用锚杆+金属网+钢带的基本支护，并根据围岩实际情况支设横梁或采用锚索等方式加强支护，或在开采过程中形成倒梯形的左右煤壁斜面以保障槽间保护煤柱稳定和开采安全。

第五步，进行采空区矸石与胶结料浆独立运输、自然混合、冲积充填：将地面煤矸石破碎后经过矸石溜井、胶带输送机运至矸石缓冲仓，或将井下掘进矸石破碎后经过胶带输送机(或经过矿车、翻矸硐室)运至矸石缓冲仓；将水泥、粉煤灰、水等材料(或其他充填胶结材料)搅拌混合形成充填胶结料浆，通过充填泵、充填管路输送至采空区的充填联络巷；将矸石缓冲仓的矸石通过经过胶带输送机、刮板输送机运至采空区充填联络巷，与充填胶结料浆无搅拌、自然混合、冲积充填到采空区。充填过程中，根据充填、输送设备的实际能力、采充槽的空间关系、煤矸石和充填胶结料浆的流动充填特性、以及保证采充作业安全的时间要求，通过相邻采充槽的充填联络巷将长“船”型深槽采空区分成若干分段，采用多头布置充填设施、同时运行高效充填的方式，实现采空区快速、安全充填。

第六步，进行采空区充填接顶：充填至采空区上部时，在充填联络巷等位置采用构筑挡浆设施、泵送充填胶结料浆的方式进行接顶，实现长“船”型深槽采空区全体积充填。

第七步，重复第一步到第六步，实现厚度5m以上特厚煤层的安全高效开采、煤矸石低成本高效充填和生态环境有效保护。

本方法主要应用于厚度5m以上特厚煤层及类似条件固体矿床的绿色充填开采，能够提高采煤能力、降低采煤成本，简化采充衔接关系、提高充填能力、保障采充安全，优化充填空间结构、实现采空区全体积充填，简化充填工艺系统、降低充填成本，拓展充填开采应用范围、解放呆滞煤炭资源、提高矿井回采率，低成本高效充填地面和井下煤矸石、解决生态环保问题，总体实现煤炭资源开发利用最优化和生态环境影响最小化。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干推演或替换，如对采煤工艺、采煤设备、充填工艺、充填设备、运输方式、运输设备、采充布置、应用矿床类型等作出各种变化，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种特厚煤层高效充填开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，确定采充关键技术参数：根据特厚煤层的赋存条件，结合开采区域特征、围岩控制要求以及采充设备技术特征，确定采充关键技术参数；

第二步，布置巷道和采充生产系统：根据采充工作面关键技术参数，按照长度500～1000m、推进度500～1000m、厚度5～10m划分采充工作面，在采充工作面上部沿煤层顶板布置出煤巷道、充填巷道，形成采充工作面完整的生产系统；

第三步，确定采充衔接顺序：在采充工作面内，按照长度500～1000m、宽度4～7m、深度5～10m、槽间保护煤柱宽度4～7m的采充槽关键技术参数，布置采充槽；根据围岩控制要求和采空区充填体技术特征，确定各采充槽的采充方式和衔接顺序；

第四步，进行铣刨式采煤、构建长“船”型深槽采空区：在采充槽内的上部首先掘出4m高的刨铣式采煤机作业巷，之后采用刨铣式采煤机按照300～700mm的单次切削深度逐层下行进行刨铣式采煤，形成长“船”型深槽采空区；

第五步，进行采空区充填：选用合理的采空区充填方法，将充填材料充填至采空区；

第六步，进行采空区充填接顶，实现长“船”型深槽采空区全体积充填；

第七步，重复第一步到第六步，实现特厚煤层的开采、采空区充填。

2.根据权利要求1所述的一种特厚煤层高效充填开采方法，其特征在于，所述采充关键技术参数包括采充工作面的长度、推进度、厚度，采充槽的长度、宽度、深度、槽间保护煤柱宽度，分层之间保护煤柱厚度，巷道间保护煤柱宽度。

3.根据权利要求1所述的一种特厚煤层高效充填开采方法，其特征在于，所述采充槽的采充方式和衔接顺序包括：单间隔采充、不回收槽间保护煤柱的方式, 单间隔采充、部分或全部回收槽间保护煤柱的方式，多间隔采充、部分或全部回收槽间保护煤柱的方式。

4.根据权利要求1所述的一种特厚煤层高效充填开采方法，其特征在于，所述铣刨式采煤过程中，在采充槽上部刨铣式采煤机作业巷掘进过程中，对巷道顶板、两帮采用锚杆+金属网+钢带的基本支护，并根据围岩实际情况采用锚索或支设横梁加强支护；在采充槽下部刨铣式采煤过程中，针对左右煤壁不稳定的区域，采用锚杆+金属网+钢带的基本支护，并根据围岩实际情况支设横梁或采用锚索加强支护，或在开采过程中形成倒梯形的左右煤壁斜面以保障槽间保护煤柱稳定。

5.根据权利要求1所述的一种特厚煤层高效充填开采方法，其特征在于，所述采空区充填方法为矸石机械化充填方法、膏体或似膏体充填方法、矸石与胶结料浆充填方法中的一种或几种组合。

6.根据权利要求5所述的一种特厚煤层高效充填开采方法，其特征在于，所述矸石机械化充填方法包括以下步骤：将地面煤矸石或井下掘进矸石运至矸石缓冲仓，矸石缓冲仓的矸石经过胶带输送机、刮板输送机运至矸石充填机，由矸石充填机抛射充填至采空区；矸石充填过程中，应用矸石平整机或其他设备对充填矸石进行碾压、平整，通过先前进式充填采空区下部、再后退式充填采空区上部实现长“船”型深槽采空区的往返一次高效充填；充填过程中，根据矸石充填机的实际充填能力和保证采充作业安全的时间要求，在长“船”型深槽采空区灵活采用单头布置一套矸石填充系统、双头布置两套矸石填充系统，或通过相邻采充槽的充填联络巷将长“船”型深槽采空区进行分段、多头布置多套矸石填充系统的方式，实现采空区充填。

7.根据权利要求5所述的一种特厚煤层高效充填开采方法，其特征在于，所述膏体或似膏体充填方法包括以下步骤：将煤矸石破碎，与充填胶结材料搅拌混合后，输送至长“船”型深槽采空区进行充填；膏体或似膏体充填过程中，根据充填、输送设备的实际能力、采充槽的空间关系、充填体的流动充填特性和保证采充作业安全的时间要求，通过相邻采充槽的充填联络巷将长“船”型深槽采空区分成若干分段，采用多头布置充填管路、同时运行高效充填的方式，实现采空区充填。

8.根据权利要求5所述的一种特厚煤层高效充填开采方法，其特征在于，所述矸石与胶结料浆充填方法包括以下步骤：将地面煤矸石或井下掘进矸石破碎后运至矸石缓冲仓；将充填胶结料浆输送至采空区的充填联络巷；将矸石缓冲仓的矸石通过经过胶带输送机、刮板输送机运至采空区充填联络巷，与充填胶结料浆无搅拌、自然混合、冲积充填到采空区；充填过程中，根据充填、输送设备的实际能力、采充槽的空间关系、煤矸石和充填胶结料浆的流动充填特性、以及保证采充作业安全的时间要求，通过相邻采充槽的充填联络巷将长“船”型深槽采空区分成若干分段，采用多头布置充填设施、同时运行高效充填的方式，实现采空区充填。

9.根据权利要求1所述的一种特厚煤层高效充填开采方法，其特征在于，所述采空区充填接顶方法为构筑挡浆设施、泵送充填胶结料浆中的一种或两种。

10.根据权利要求1所述的一种特厚煤层高效充填开采方法，其特征在于，所述特厚煤层指厚度5m以上特厚煤层。

Images