CN112253115A - 近水平煤层巷式胶结充填开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种近水平煤层巷式胶结充填开采方法，涉及采煤工艺技术领域。包括：采用走向长壁工作面方向间隔支巷出煤、分步充填，在掘进下一支巷出煤的同时完成上一支巷的充填；在一条或多条支巷开采完毕后，在第一支管道上连接第一高压软管，第一高压软管伸入于支巷中，在第二支管道、连接第二高压软管，第二高压软管伸入于支巷中，在三通管与第一高压软管、四通管上接口与第二高压软管的连接部位分别设有流量调节阀；在支巷两端设置挡浆模板；开启主阀和调节阀，启动充填泵，通过第一高压软管和第二高压软管从上、下向采空区中注浆，当支巷内充填高度达到80％后，两端软管同时灌浆至充满。便于保证接顶密实性和提高充填开采效率。

Description

近水平煤层巷式胶结充填开采方法

技术领域

本发明涉及采煤工艺技术领域，尤其涉及一种近水平煤层巷式胶结充填开采方法。

背景技术

传统的垮落法煤层开采会造成覆岩冒落破断，破坏地下含水岩系，引发地表塌陷和地表裂缝，危害地表建筑物，造成水资源流失和生态环境破坏。

近年来，我国煤炭开发重心逐渐向西部转移，由于西部地区近水平煤层储量大，但生态环境脆弱，对开采扰动的敏感性较强。为了践行“绿水青山就是金山银山”理念，急需寻求一种适宜的开采方法，而充填开采作为绿色开采技术的重要组成部分，是解决以上开采问题的主要技术途径。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种近水平煤层巷式胶结充填开采方法，便于保证接顶密实性和提高充填开采效率。

第一方面，本发明实施例提供一种近水平煤层巷式胶结充填开采方法，包括步骤：S10、沿着传统长壁工作面，将充填开采第一待采区段的运输平巷、回风平巷和切眼预先掘出，形成通风系统；

S20、沿着平行于切眼方向，将第一待采区段煤层按照一定宽度划分成多条支巷，依次对所述多条支巷分别顺序标记为支巷1、支巷2、支巷3……支巷n；其中，n＞1，且n属于整数；

S30、在辅运大巷中设置充填料浆主管道，在充填料浆主管道的外端连接充填泵，在所述回风平巷中布设与所述充填料浆主管道连通的第一支管道，在所述第一支管道上间隔设置多个三通管接口，在所述运输平巷中布设与所述充填料浆主管道连通的第二支管道，在所述第二支管道上间隔设置多个四通管接口，在第一支管道及第二支管道分别与充填料浆主管道连接处设有控制进入第一支管道与第二支管道料浆流量的主阀；

S40、采用后退式开采模式，且采用走向长壁工作面方向间隔支巷出煤，利用掘锚一体机自运输平巷侧开始，向回风平巷侧掘进支巷出煤，并完成该支巷的支护；在掘进下一支巷出煤的同时进行上一支巷的充填；

S50、在一条或多条支巷开采完毕后，在所述第一支管道、对应于开采完毕的支巷位置的三通管上连接第一高压软管，所述第一高压软管的自由端伸入于支巷开采后形成的采空区中，在所述第二支管道、对应于开采完毕的支巷位置的四通管上接口连接第二高压软管，所述第二高压软管的自由端伸入于支巷开采后形成的采空区中，在三通管与第一高压软管、四通管上接口与第二高压软管的连接部位分别设置有控制流量的调节阀；

S60、在所述支巷开采后形成的采空区、位于回风平巷与运输平巷的两端设置挡浆模板；

S70、开启所述主阀和调节阀，启动充填泵，使第一高压软管和第二高压软管分别从上、下两个方向向采空区中充填灌浆，当支巷内充填高度达到80％后，两端软管同时灌浆，当支巷采空区内充满后，关闭料浆主阀；

S80、重复上述S40～S70开采与充填的步骤，直至第一待采区段充填开采完毕。

可选地，所述方法还包括：第一待采区段充填开采完毕后，相邻工作面之间不留区段煤柱，采用原位沿空留巷，将已经开采完毕的第一待采区段的运输平巷保留下来，作为第二待采区段的回风平巷；所述第二待采区段与所述第一待采区段相邻；

将第二待采区段工作面的运输平巷和切眼掘出，按照第一待采区段中运输平巷中第二支管道的布设方式，在第二待采区段工作面的运输平巷中布设第三支管道，在所述第二支管道上间隔设置多个四通管接口；

重复执行第一待采区段S40～S70开采与充填的步骤，在执行步骤S50时，将第二支管道中的四通管接口的下接口连接第四高压软管，余下步骤按上述步骤S40～S70执行，直至完成第二待采区段的充填开采；

重复上述第二待采区段的充填开采步骤，完成剩下的所有待采区段的充填开采。

可选地，在步骤S40中，所述采用走向长壁工作面方向间隔支巷出煤包括：根据围岩条件，采用隔m采一的充填开采顺序沿走向长壁工作面开采；其中，1≤m＜n，且m为整数。

可选地，所述步骤S70具体还包括：地面储料仓和料浆搅拌系统，通过设定配比混合搅拌成料浆后，由充填泵经竖直钻孔中布置的充填料浆管道输送至井下辅运大巷内布设的充填料浆主管道；

开启主阀和调节阀，料浆由充填料浆主管道分别送往第一支管道及第二支管道，并对应流入第一高压软管与第二高压软管。

可选地，所述充填料浆主管道与料浆支管道悬挂布置于巷道顶板上，第一高压软管及第二高压软管悬挂布设于支巷顶板上。

可选地，在位于辅运大巷与工作面回采巷道交叉点处布置有三通管接口，充填料浆主管道分别与第一支管道及第二支管道通过所述三通管接口与法兰相连。

可选地，在第一待采区段工作面的回风平巷内第一支管道上每隔15～20m布置一个三通，每个三通负责其周围3～4个支巷的充填作业，第一支管道在每个三通处通过法兰与支巷的第一高压软管进行连接；

在第一待采区段工作面的运输平巷内第二支管道上每隔15～20m布置一个四通，每个四通负责其本工作面及相邻待采区段工作面周围3～4个支巷的充填作业，第二支管道在每个四通处通过法兰与支巷的第二高压软管进行连接。

可选地，所述第一高压软管或第二高压软管深入到支巷总长度的1/3处。

可选地，所述步骤S70具体还包括：在充填灌浆时采用2～3条支巷分次交替灌浆。

可选地，在充填灌浆时采用2～3条支巷分次交替灌浆具体为：

每条支巷内挡浆模板每隔1～1.5m设置一个水平，灌浆到预定水平后关闭本支巷管道阀门，进行另一条支巷灌浆，待上一条支巷内充填体凝固预定时间后，设置第二个预定灌浆水平，进行灌浆，多条支巷采用交替灌浆直至完全充满。

本发明实施例提供的近水平煤层巷式胶结充填开采方法，通过步骤S10～S80，开采掘进下一支巷的同时，充填上一支巷，在充填和采煤的过程中，两项工序可平行作业互不干扰，实现连续开采和连续充填，大大提高充填开采效率。进一步地，由于采用走向长壁工作面方向间隔支巷出煤，一步回采是由煤柱支撑顶板，二步回采时由煤柱和凝结固化充填体支撑顶板，三步回采时前两部凝结固化充填体支撑顶板，可提供稳定的开采空间和充填体胶结固化时间，便于开采过程中保证接顶密实性和稳定的充填体强度。

而且，由于一次开挖空间小，能够及时充填使得对覆岩扰动小，从而有利于对覆岩移动和地表变形的控制，可大幅降低煤炭资源开采对生态环境造成的损伤和破坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一实施例近水平煤层巷式胶结充填开采工作面平面布置图；

图2为本发明一实施例近水平煤层巷式胶结充填开采示意图；

图3为本发明一实施例近水平煤层巷式胶结充填开采方法一部分流程示意图；

图4为图3中近水平煤层巷式胶结充填开采方法另一部分流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，为了更加清楚说明本发明，在以下的具体实施例中描述了众多技术细节，本领域技术人员应当理解，没有其中的某些细节，本发明同样可以实施。另外，为了凸显本发明的主旨，涉及的一些本领域技术人员所熟知的方法、手段、零部件及其应用等未作详细描述，但是，这并不影响本发明的实施。本文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参看图1至图4所示，本发明实施例提供的近水平煤层巷式胶结充填开采方法，适用于煤层开采工程中，特别适用于对于近水平煤层的开采。

其中，近水平煤层一般是指煤层倾角小于8°。

图1中，采区三条大巷为整个开采盘区服务，三条大巷分别为回风大巷、主运大巷和辅运大巷，其中主运大巷承担整个开采盘区的煤炭运输任务，辅运大巷进行运料，回风大巷为整个开采盘区的总回风。

为了实现充填开采工艺，在采区布置的设备主要包括充填系统和采煤系统，充填系统的装备主要由充填料浆主管道、第一支管道、第二支管道、三通、四通、法兰、充填软管等，采煤系统的装备包括掘锚一体机，转载机，刮板输送机和胶带输送机等组成，其具体布设方式请参看图1及下文描述。

参看图2至图4所示，所述充填开采方法包括步骤：

S10、沿着传统长壁工作面，将充填开采第一待采区段的运输平巷、回风平巷和切眼预先掘出，形成通风系统；如图1所示。

其中，工作面长度设计为80～100m。所述第一待采区段为首采区段，有时将一个采煤区段也称为工作面(这里的工作面需要注意与一般将迎头工作面也称为采煤工作面的概念不同)。在第一待采区段首端(即综采工作面端，也可以视为是开切眼端)设置第一护巷煤柱，宽度一般为5～10m，保护切眼；在第一待采区段末端(即位于大巷端)设置第二护巷煤柱，宽度一般为15～20m，保护主要大巷。

S20、沿着平行于切眼方向，将第一待采区段煤层按照一定宽度划分成多条支巷，如图2所示，依次对所述多条支巷分别顺序标记为支巷1、支巷2、支巷3……支巷n；其中，n＞1，且n属于整数，

本实施例中，采用后退式开采模式，后退式开采是煤矿正常回采过程中常用的一种回采方法，这种方式与前进式开采相反，采区内的区段，采煤工作面从边界向运输大巷推进，即为后退式开采。

支巷宽度的设计要充分考虑采场围岩的工程地质条件和综采装备尺寸，以有利于快速掘进出煤、安全支护和高效充填为确定原则，一般以4～6m为宜。

S30、在辅运大巷中设置充填料浆主管道，在充填料浆主管道的外端连接充填泵，在所述回风平巷中布设与所述充填料浆主管道连通的第一支管道，在所述第一支管道上间隔设置多个三通管接口，在所述运输平巷中布设与所述充填料浆主管道连通的第二支管道，在所述第二支管道上间隔设置多个四通管接口，在第一支管道及第二支管道分别与充填料浆主管道连接处设有控制进入第一支管道与第二支管道料浆流量的主阀。

其中，所述充填泵设置在地面。

在另一些实施例中，在位于辅运大巷与工作面回采巷道交叉点处布置有三通管接口，充填料浆主管道分别与第一支管道及第二支管道通过所述三通管接口与法兰相连，通过采用法兰连接，可以提高连接处的可靠性。

S40、采用后退式开采模式，且采用走向长壁工作面方向间隔支巷出煤，利用掘锚一体机自运输平巷侧开始，向回风平巷侧掘进支巷出煤，并完成该支巷的支护；在掘进下一支巷出煤的同时进行上一支巷的充填。

在步骤S40中，所述采用走向长壁工作面方向间隔支巷出煤包括：根据围岩条件，采用隔m采一的充填开采顺序沿走向长壁工作面开采；其中，1≤m＜n，且m为整数。例如，采用隔一采一、隔二采一、隔三采一或隔四采一等充填开采方式。优选“隔二采一”充填开采顺序，为三步式回采，实现工作面的全采全充。

步骤S40中，所述利用掘锚一体机自运输平巷侧开始，向回风平巷侧掘进出煤，并完成该支巷的支护包括：采用两台掘锚一体机进行采煤作业；当煤层较厚时，采用1号掘锚一体机开采顶分层，采用2号掘锚一体机开采底分层，实现全厚开采。在开采过程中每台掘锚一体机配备一转载机，将采出的煤炭由支巷转运至位于运输平巷内的刮板输送机，由刮板输送机运至运输平巷内的胶带运输机，再转运至运输大巷。

当一条支巷贯通运输平巷和回风平巷，且支巷内的煤炭完全采出后，掘锚一体机开采掘进下一支巷，同时立即充填上一支巷，在充填和采煤的过程中，可平行作业互不干扰，实现连续开采和连续充填，可大大提高充填开采效率。

本实施例中，采用间隔出煤、分步置换的模式，一步回采是由煤柱支撑顶板，二步回采时由煤柱和凝结固化充填体支撑顶板，三步回采时前两部凝结固化充填体支撑顶板，可提供稳定的开采空间和充填体胶结固化时间。

另外，这种多循环的充填开采模式一次开挖煤层空间小、及时充填对覆岩扰动小，有利于对覆岩移动和地表变形的控制。

所述进行上一支巷的充填具体包括以下步骤S50～S70。

具体为：S50、在一条或多条支巷开采完毕后，在所述第一支管道、对应于开采完毕的支巷位置的三通管上连接第一高压软管，所述第一高压软管的自由端伸入于支巷开采后形成的采空区中，在所述第二支管道、对应于开采完毕的支巷位置的四通管上接口连接第二高压软管，所述第二高压软管的自由端伸入于支巷开采后形成的采空区中，在三通管与第一高压软管、四通管上接口与第二高压软管的连接部位分别设置有控制流量的调节阀。

高压软管，即可承受高压的柔性管道，主要包括纤维增强聚氨酯软管、纤维增强尼龙软管、钢丝增强聚氨酯软管、钢丝增强尼龙软管及钢丝缠绕树脂软管。本实施例中，通过在支巷两端分别设置高压软管，采用双向充填模式，可以在一定程度上保证密实的充填率。

在一些实施例中，所述充填料浆主管道与料浆支管道悬挂布置于巷道顶板上，第一高压软管及第二高压软管悬挂布设于支巷顶板上。

所述第一高压软管或第二高压软管深入到支巷总长度的1/3处，即30m左右。

S60、在所述支巷开采后形成的采空区、位于回风平巷与运输平巷的两端设置挡浆模板，用于防止向开采后支巷中灌浆过程中浆液外溢。

S70、开启所述主阀和调节阀，启动充填泵，通过第一高压软管和第二高压软管分别从上、下两个方向向采空区中充填灌浆，当支巷内充填高度达到80％后，两端软管同时灌浆，当支巷采空区内充满后，关闭料浆主阀；

所述充填料浆主要是固体废物，具体有矸石、粉煤灰、水泥和水等，充填料浆胶结固化后支撑顶板，控制覆岩移动，大幅降低地表有害变形。

S80、重复上述S40～S70开采与充填的步骤，直至第一待采区段充填开采完毕。

本发明实施例提供的近水平煤层巷式胶结充填开采方法，通过步骤S10～S80，开采掘进下一支巷的同时，充填上一支巷，在充填和采煤的过程中，两项工序可平行作业互不干扰，实现连续开采和连续充填，大大提高充填开采效率。

进一步地，由于采用走向长壁工作面方向间隔支巷出煤，一步回采是由煤柱支撑顶板，二步回采时由煤柱和胶结固化充填体支撑顶板，三步回采时前两部胶结结固化充填体支撑顶板，可提供稳定的开采空间和充填体胶结固化时间，便于开采过程中保证接顶密实性。而且由于一次开挖空间小、边采边充，及时充填对覆岩扰动小，从而有利于对覆岩移动和地表变形的控制。

本实施例充填开采方法，由于第一待采区段(首采区)充填开采后覆岩移动变形小，工作面之间可以不留区段煤柱，因此，作为一可选实施例，在步骤S80之后，所述方法还包括：第一待采区段充填开采完毕后，相邻工作面之间不留区段煤柱，采用原位沿空留巷，将已经开采完毕的第一待采区段的运输平巷保留下来，作为第二待采区段的回风平巷；所述第二待采区段与所述第一待采区段相邻；

将第二待采区段工作面的运输平巷和切眼掘出，按照第一待采区段中运输平巷中第二支管道的布设方式，在第二待采区段工作面的运输平巷中布设第三支管道，在所述第二支管道上间隔设置多个四通管接口；

重复执行第一待采区段S40～S70开采与充填的步骤，在执行步骤S50时，将第二支管道中的四通管接口的下接口连接第四高压软管，余下步骤按上述步骤S40～S70执行，直至完成第二待采区段的充填开采。

重复上述第二待采区段的充填开采步骤，完成剩下的所有待采区段的充填开采。

其中，在一些实施例中，所述步骤S70具体还包括：地面储料仓和料浆搅拌系统，通过设定配比混合搅拌成料浆后，由充填泵经竖直钻孔中布置的充填料浆管道输送至井下辅运大巷内布设的充填料浆主管道；

开启主阀和调节阀，料浆由充填料浆主管道分别送往第一支管道及第二支管道，并对应流入第一高压软管与第二高压软管，进而实现对支巷开采后形成的采空区进行充填。

在一些实施例中，所述步骤S70具体还包括：在充填灌浆时采用2～3条支巷分次交替灌浆。

其中，在充填灌浆时采用2～3条支巷分次交替灌浆具体为：每条支巷内挡浆模板每隔1～1.5m设置一个水平，灌浆到预定水平后关闭本支巷管道阀门，进行另一条支巷灌浆，待上一条支巷内充填体凝固预定时间后，设置第二个预定灌浆水平，进行灌浆，多条支巷采用交替灌浆直至完全充满。

本实施例中，通过采用分次交替灌浆，可以防止支巷充填过程中一次注浆量大，发生溃浆事故。

本发明实施例提供的近水平煤层巷式胶结充填开采方法，可以实现近水平煤层的充填置换，保证接顶密实和提高充填效率，而且有利于控制覆岩移动和地表变形。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种近水平煤层巷式胶结充填开采方法，其特征在于，包括步骤：

S10、沿着传统长壁工作面，将充填开采第一待采区段的运输平巷、回风平巷和切眼预先掘出，形成通风系统；

S20、沿着平行于切眼方向，将第一待采区段煤层按照一定宽度划分成多条支巷，依次对所述多条支巷分别顺序标记为支巷1、支巷2、支巷3……支巷n；其中，n＞1，且n属于整数；

S30、在辅运大巷中设置充填料浆主管道，在充填料浆主管道的外端连接充填泵，在所述回风平巷中布设与所述充填料浆主管道连通的第一支管道，在所述第一支管道上间隔设置多个三通管接口，在所述运输平巷中布设与所述充填料浆主管道连通的第二支管道，在所述第二支管道上间隔设置多个四通管接口，在第一支管道及第二支管道分别与充填料浆主管道连接处设有控制进入第一支管道与第二支管道料浆流量的主阀；

S40、采用后退式开采模式，且采用走向长壁工作面方向间隔支巷出煤，利用掘锚一体机自运输平巷侧开始，向回风平巷侧掘进出煤并完成该支巷的支护，在掘进下一支巷出煤的同时进行上一支巷的充填；

S50、在一条或多条支巷开采完毕后，在所述第一支管道、对应于开采完毕的支巷位置的三通管上连接第一高压软管，所述第一高压软管的自由端伸入于支巷开采后形成的采空区中，在所述第二支管道、对应于开采完毕的支巷位置的四通管上接口连接第二高压软管，所述第二高压软管的自由端伸入于支巷开采后形成的采空区中，在三通管与第一高压软管、四通管上接口与第二高压软管的连接部位分别设置有控制流量的调节阀；

S60、在所述支巷开采后形成的采空区、位于回风平巷与运输平巷的两端设置挡浆模板；

S70、开启所述主阀和调节阀，启动充填泵，通过第一高压软管和第二高压软管分别从上、下两个方向向采空区中充填灌浆，当支巷内充填高度达到80％后，两端软管同时灌浆，当支巷采空区内充满后，关闭料浆主阀；

S80、重复上述S40～S70开采与充填的步骤，直至第一待采区段充填开采完毕。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：第一待采区段充填开采完毕后，相邻工作面之间不留区段煤柱，采用原位沿空留巷，将已经开采完毕的第一待采区段的运输平巷保留下来，作为第二待采区段的回风平巷；所述第二待采区段与所述第一待采区段相邻；

将第二待采区段工作面的运输平巷和切眼掘出，按照第一待采区段中运输平巷中第二支管道的布设方式，在第二待采区段工作面的运输平巷中布设第三支管道，在所述第二支管道上间隔设置多个四通管接口；

重复执行第一待采区段S40～S70开采与充填的步骤，在执行步骤S50时，将第二支管道中的四通管接口的下接口连接第四高压软管，余下步骤按上述步骤S40～S70执行，直至完成第二待采区段的充填开采；

重复上述第二待采区段的充填开采步骤，完成剩下的所有待采区段的充填开采。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤S40中，所述采用走向长壁工作面方向间隔支巷出煤包括：根据围岩条件，采用隔m采一的充填开采顺序沿走向长壁工作面开采；其中，1≤m＜n，且m为整数。

4.根据权利要1所述的方法，其特征在于，所述步骤S70具体还包括：地面储料仓和料浆搅拌系统，通过设定配比混合搅拌成料浆后，由充填泵经竖直钻孔中布置的充填料浆管道输送至井下辅运大巷内布设的充填料浆主管道；

开启主阀和调节阀，料浆由充填料浆主管道分别送往第一支管道及第二支管道，并对应流入第一高压软管与第二高压软管。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述充填料浆主管道与料浆支管道悬挂布置于巷道顶板上，第一高压软管及第二高压软管悬挂布设于支巷顶板上。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在位于辅运大巷与工作面回采巷道交叉点处布置有三通管接口，充填料浆主管道分别与第一支管道及第二支管道通过所述三通管接口与法兰相连。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一待采区段工作面的回风平巷内第一支管道上每隔15～20m布置一个三通，每个三通负责其周围3～4个支巷的充填作业，第一支管道在每个三通处通过法兰与支巷的第一高压软管进行连接；

在第一待采区段工作面的运输平巷内第二支管道上每隔15～20m布置一个四通，每个四通负责其本工作面及相邻待采区段工作面周围3～4个支巷的充填作业，第二支管道在每个四通处通过法兰与支巷的第二高压软管进行连接。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述第一高压软管或第二高压软管深入到支巷总长度的1/3处。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S70具体还包括：在充填灌浆时采用2～3条支巷分次交替灌浆。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在充填灌浆时采用2～3条支巷分次交替灌浆具体为：

每条支巷内挡浆模板每隔1～1.5m设置一个水平，灌浆到预定水平后关闭本支巷管道阀门，进行另一条支巷灌浆，待上一条支巷内充填体凝固预定时间后，设置第二个预定灌浆水平，进行灌浆，多条支巷采用交替灌浆直至完全充满。

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