CN112963149A - 一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法 - Google Patents

Abstract

一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，属于采矿设备的应用及采矿方法领域，可解决现有中厚煤层的开采存在的资源浪费以及充填体强度制约采煤效率等问题，在拟开采区域布置两个条带开采工作面，两个条带开采工作面共用一个运输平巷，采用两台掘锚机平行作业，采用跳采的方式开采两翼支巷。每条支巷分两次进行分层回采。在支巷开采过程中，实施边采煤边充填作业，充填材料在地面充填车间以充填泵为动力，经过投料井充填管道由回风平巷充填管道输送至回采后的支巷。整个工作面的充填开采分两个阶段：第一为支巷回采及充填阶段；第二，充填体的强度达到要求后，在充填体的支撑下将留设的煤柱进行回收。应用本开采方法，开采效率高，回收率高。

Description

一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法

技术领域

本发明属于采矿设备的应用及采矿方法技术领域，具体涉及一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法。

背景技术

我国煤炭产能中厚煤层（3.5米以上）的煤层占总产量的45%，是我国的主力生产煤层，随着煤炭工业飞速发展，越来越多的煤炭企业面临“三下”或者其他特殊条件下的厚煤层开采难题，对于这部分煤层目前常用房柱式或者充填开采的方法，但是在煤矿应用中房柱式开采存在资源浪费严重的问题，采用充填开采时候由于考虑到充填增加成本，且存在充填体强度制约采煤效率问题，另外在近水平煤层进行充填时似膏体充填体难以达到高接顶率，难以达到控制地表沉陷的理想效果等难题。

发明内容

本发明针对现有中厚煤层的开采存在的资源浪费以及充填体强度制约采煤效率等问题，提供一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，应用EBZ220M掘锚机回采条带工，作面与似膏体充填相结合的近水平厚煤层高效全采全充开采方法，主要应用于厚度在5m~7m以上的近水平厚煤层，实现近水平厚煤层的安全、高效率、高回收率回采。

本发明采用如下技术方案：

一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，包括如下步骤：

第一步，巷道布置：

根据近水平厚煤层具体赋存条件，在拟开采区域布置两个条带开采工作面，两个条带开采工作面共用一个运输平巷作为进风巷道，条带工作面两侧回风平巷作为回风巷，从而形成全风压通风系统，回采时候，在条带开采工作面内回采若干支巷，即煤房，支巷间预留煤柱；

第二步，在拟开采区域布置两个条带开采工作面，EBZ220M掘锚机完成落煤、装煤工作，梭车在EBZ220M掘锚机后完成煤炭的装载、运输任务，煤炭运输流程：EBZ220M掘锚机落矿、装矿、运矿→梭车间断式运输→履带式转载机→皮带运输机→立井箕斗或斜井皮带运至地面煤场，具体工序如下：

a：EBZ220M掘锚机自运输平巷右侧第一次进刀开采，开采宽度5~6m，循环长度根据具体情况而定，然后进行支护作业；

b：重复a步骤，直到推进至回风平巷，完成第一条支巷上分层回采；

c：退出支巷，进行二次拉底回采作业，回采剩余煤层，从而回采全部支巷，二次拉底两帮不再进行巷道支护，从而一定程度上降低了充填开采成本；

d：与第一次支巷相隔5~6m，进第二刀开采，开采宽度5~6m，然后重复上述a、b、c步骤完成支巷回采；

e：运输平巷左侧工作面与右侧工作面同步进行回采、支护作业，为了保障梭车运输工序，两台EBZ220M掘锚机采用平行作业方式，一台回采作业，另一台支护作业；

f：EBZ220M掘锚机采用跳采方式完成回采工作，至此完成第一阶段所有支巷回采作业；

g：EBZ220M掘锚机进行支巷回采、支护工作同时，充填作业与支巷回采、支护工作同步进行；

f：待第一阶段支巷回采结束，在充填体的支撑下进行剩余支巷的回收工作，重复a、b、c步骤完成剩余支巷回采，从而实现工作面95%的高回收率开采。

第一步中所述支巷的宽度为5-6m，长度为60-200m，高度为4.5m。

第一步中所述支巷与运输平巷的夹角为65-90°。

第一步中所述回风巷、运输平巷的宽度均为5-6m，高度均为4.5m。

第一步中所述支巷间煤柱宽度为5-6m。

所述充填作业的工艺如下：充填站由破碎制砂系统、螺旋连续双轴搅拌机、充填泵组成，采用破碎制砂系统破碎矸石成要求粒度，通过皮带进入螺旋连续双轴搅拌机搅拌均匀，再通过充填泵输送至工作面，充填材料加工路线为：地面充填车间搅拌机→充填泵→投料井管路→井下回风平巷管路→支巷管路→支巷。

所述充填材料包括如下质量百分数的组份：44.8%的煤矸石、19.2%的粉煤灰、13%的水泥胶结材料和23%的水，其中，水泥胶结材料中包括占水泥质量0.2%的添加剂，添加剂包括质量比为1:4的低碱高效膨胀剂和减水剂，所述充填材料的料浆浓度为77%。

所述充填作业的充填接顶工艺如下：采用布置充填管路和出气管路的形式排出支巷剩余空间遗留气体，每个巷道顶板拱起部分布置一组充填管路和排气管路，充填时，首先流平，而后分别充填各个拱起部分。

所述充填管路和排气管路的布置如下：支巷的两端分别布置充填挡板，回风平巷一侧布置充填管路，运输平巷一侧布置排气管路。

本发明的有益效果如下：

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，应用两台EBZ220M掘锚机回采条带工作面，大大提高了采煤效率；分层回采支巷且下分层不支护，降低了充填开采成本；利用布置排气管路接顶工艺，提高充填体接顶率，较好的控制地表沉陷；利用煤矸石为骨料的似膏体充填，实现工作面煤炭回采率达到95%以上，大大提高了煤炭的回采率，而且为煤矸石处理提供一种科学有效的方法，并且实现煤矿安全、高效、绿色开采，是十分理想近水平厚煤层“三下”开采方法。

本技术对提高我国“三下”近水平煤厚煤层的开采技术水平，提高煤炭资源回收率以及开采效率，控制地表沉陷，解决煤矸石等地面排放带来的生态环境破坏问题，改善矿区周边的环境，以及人类的生存与生活环境启到了极大积极作用。

附图说明

图1为本发明的工作面布置示意图；

图2为本发明的支巷回采示意图；

图3为充填体接顶技术第一步充填接顶布管示意图；

图4为充填体接顶技术第二步充填接顶布管示意图；

其中：1-采区运输巷；2-回风平巷；3-梭车；4-支巷；5-充填挡板；6-运输平巷；7-采区回风巷；8-充填管路；9-铲运车；10-ZBM220M掘锚机；11-履带转载机；12-皮带运输机；13-支巷上分层；14-支巷下分层；15-排气管路；16-PVC充填管。

具体实施方式

本发明涉及一种近水平厚煤层（厚度5~7m）高效全采全充开采方法，针对近水平厚煤层赋存条件，首先在拟开采区域布置两个条带开采工作面，两个条带开采工作面共用一个运输平巷，采用两台EBZ220M掘锚机平行作业，采用跳采的方式开采两翼支巷。每条支巷分两次进行分层回采。在支巷开采过程中，实施边采煤边充填作业，充填材料在地面充填车间以充填泵为动力，经过投料井充填管道由回风平巷充填管道输送至回采后的支巷。整个工作面的充填开采分两个阶段：第一阶段为支巷回采及充填阶段； 第二阶段，充填体的强度达到要求后，在充填体的支撑下将留设的煤柱进行回收。

此近水平厚煤层高效全采全充开采方法不仅解决了充填开采中充填开采成本高、充填体强度制约采煤效率、似膏体充填开采在近水平煤层应用时难以达到高接顶率等难题，而且能有效处理煤矸石，实现煤矿绿色开采。应用本开采方法，工作面年产量约70万吨，开采效率高；回收率达到95%以上，回收率高。为煤矿“三下”开采提供一种科学有效的方法。

一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，包括巷道布置、充填开采设备配套、煤矿开采方法、支巷回采工艺，近水平似膏体充填材料配比、近水平厚煤层充填工艺，近水平厚煤层充填体接顶技术，所述的充填开采及相关工艺技术：

（1）巷道布置

根据近水平厚煤层具体赋存条件，在拟开采区域布置两个条带开采工作面，两个条带开采工作面共用一个运输平巷作为进风巷道，条带工作面两侧回风平巷作为回风巷道，从而形成全风压通风系统，回采时，在条带开采工作面内回采一系列宽为 5～6m 的支巷(即煤房)，回采支巷长度为60~200m，回采支巷间布置5～6m 的煤柱。

（2）设备配套：

巷道掘进回采设备配套包括：EBZ220M掘锚机、梭车、履带转载机、皮带运输机；充填作业设备配套包括：破碎制砂系统、螺旋连续双轴搅拌机、充填泵、专用充填管路。

（3）开采方法：

在拟开采区域布置两个条带开采工作面，EBZ220M掘锚机完成落煤、装煤工作，梭车在EBZ220M掘锚机后完成煤炭的装载、运输任务，煤炭运输流程：EBZ220M掘锚机落矿、装矿、运矿→梭车间断式运输→履带式转载机→皮带运输机→立井箕斗或斜井皮带运至地面煤场。具体工序如下：

a：EBZ220M掘锚机自运输平巷右侧第一次进刀开采，开采宽度5m~6m，循环长度根据具体情况而定，然后进行支护作业。

b：重复a步骤，直到推进至回风平巷，完成第一条支巷上分层回采。

c：退出支巷，进行二次拉底回采作业，回采剩余煤层，从而回采全部支巷，二次拉底两帮不再进行巷道支护，从而一定程度上降低了充填开采成本。

d：与第一次支巷相隔5~6m，进第二刀开采，开采宽度5~6m，然后重复上述a、b、c步骤完成支巷回采。

e：运输平巷左侧工作面与右侧工作面同步进行回采、支护作业，为了保障梭车运输工序，两台EBZ220M掘锚机采用平行交叉作业方式，一台回采作业，另一台支护作业。

f：EBZ220M掘锚机采用跳采方式完成回采工作。至此完成第一阶段所有支巷回采作业。

g：EBZ220M掘锚机进行支巷回采、支护工作同时，充填作业与支巷回采、支护工作同步进行。

f：待第一阶段支巷回采结束，在充填体的支撑下进行剩余支巷的回收工作，重复a、b、c步骤完成剩余支巷回采。从而实现工作面95%以上的高回收率开采。

（4）充填方案

a：充填材料配比

充填材料主要有煤矸石、粉煤灰、水泥胶结材料、添加剂构成，其中煤矸石粒度要求破碎至10mm以下，物料组成比如下：44.8%的煤矸石、19.2%的粉煤灰、13%的水泥胶结材料和23%的水，其中，水泥胶结材料中包括占水泥质量0.2%的添加剂，添加剂包括质量比为1:4的低碱高效膨胀剂和减水剂，所述充填材料的料浆浓度为77%。

b：充填工艺

充填站主要由破碎制砂系统、螺旋连续双轴搅拌机、充填泵组成。采用破碎制砂系统破碎矸石成要求粒度，通过皮带进入螺旋连续双轴搅拌机搅拌均匀，再通过充填泵输送至工作面。充填材料加工路线为：地面充填车间搅拌机→充填泵→投料井管路→井下回风平巷管路→支巷管路→支巷。

c：充填体接顶技术

近水平煤层在充填接顶工艺采用布置充填管路、出气管路的形式排出支巷剩余空间遗留气体，从而保持高接顶率，总体要求每个巷道顶板拱起部分布置一组充填管路和排气管路，充填时候首先流平，而后分别充填各个拱起部分，从而达到完全充实的目的，具体布置及工序见图3及图4。

在拟开采区域布置两个条带开采工作面，采煤和充填采用平行作业形式进行，充填开采分两个阶段回采，具体工艺参数如下。

回采支巷与运输平巷夹角：65°~90°；

回采支巷长度：60~200m；

回采支巷宽度：5~6m；

回采支巷高度：4.5m；

回风平巷、运输平巷宽度：5~6m；

回风平巷、运输平巷高度：4.5m；

支巷间煤柱宽度：5~6m。

Claims (9)

1.一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，巷道布置：

根据近水平厚煤层具体赋存条件，在拟开采区域布置两个条带开采工作面，两个条带开采工作面共用一个运输平巷作为进风巷道，条带工作面两侧回风平巷作为回风巷，从而形成全风压通风系统，回采时候，在条带开采工作面内回采若干支巷，即煤房，支巷间预留煤柱；

第二步，在拟开采区域布置两个条带开采工作面，掘锚机完成落煤、装煤工作，梭车在掘锚机后完成煤炭的装载、运输任务，煤炭运输流程：掘锚机落矿、装矿、运矿→梭车间断式运输→履带式转载机→皮带运输机→立井箕斗或斜井皮带运至地面煤场，具体工序如下：

a：掘锚机自运输平巷右侧第一次进刀开采，开采宽度5~6m，然后进行支护作业；

b：重复a步骤，直到推进至回风平巷，完成第一条支巷上分层回采；

c：退出支巷，进行二次拉底回采作业，回采剩余煤层，从而回采全部支巷，二次拉底两帮不再进行巷道支护；

d：与第一次支巷相隔5~6m，进第二刀开采，开采宽度5~6m，然后重复上述a、b、c步骤完成支巷回采；

e：运输平巷左侧工作面与右侧工作面同步进行回采、支护作业，两台掘锚机采用平行作业方式，一台回采作业，另一台支护作业；

f：掘锚机采用跳采方式完成回采工作，至此完成第一阶段所有支巷回采作业；

g：掘锚机进行支巷回采、支护工作同时，充填作业与支巷回采、支护工作同步进行；

f：待第一阶段支巷回采结束，在充填体的支撑下进行剩余支巷的回收工作，重复a、b、c步骤完成剩余支巷回采，从而实现工作面95%的高回收率开采。

2.根据权利要求1所述的一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，其特征在于：第一步中所述支巷的宽度为5-6m，长度为60-200m，高度为4.5m。

3.根据权利要求1所述的一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，其特征在于：第一步中所述支巷与运输平巷的夹角为65-90°。

4.根据权利要求1所述的一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，其特征在于：第一步中所述回风巷、运输平巷的宽度均为5-6m，高度均为4.5m。

5.根据权利要求1所述的一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，其特征在于：第一步中所述支巷间煤柱宽度为5-6m。

6.根据权利要求1所述的一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，其特征在于：所述充填作业的工艺如下：充填站由破碎制砂系统、螺旋连续双轴搅拌机、充填泵组成，采用破碎制砂系统破碎矸石成要求粒度，通过皮带进入螺旋连续双轴搅拌机搅拌均匀，再通过充填泵输送至工作面，充填材料加工路线为：地面充填车间搅拌机→充填泵→投料井管路→井下回风平巷管路→支巷管路→支巷。

7.根据权利要求6所述的一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，其特征在于：所述充填材料包括如下质量百分数的组份：44.8%的煤矸石、19.2%的粉煤灰、13%的水泥胶结材料和23%的水，其中，水泥胶结材料中包括占水泥质量0.2%的添加剂，添加剂包括质量比为1:4的低碱高效膨胀剂和减水剂，所述充填材料的料浆浓度为77%。

8.根据权利要求7所述的一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，其特征在于：所述充填作业的充填接顶工艺如下：采用布置充填管路和出气管路的形式排出支巷剩余空间遗留气体，每个巷道顶板拱起部分布置一组充填管路和排气管路，充填时，首先流平，而后分别充填各个拱起部分。

9.根据权利要求8所述的一种近水平厚煤层高效全采全充开采方法，其特征在于：所述充填管路和排气管路的布置如下：支巷的两端分别布置充填挡板，回风平巷一侧布置充填管路，运输平巷一侧布置排气管路。

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