CN112963196B - 巷间保护煤柱充填开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巷间保护煤柱充填开采方法，包括以下步骤：在回采工作面的一侧开掘运输巷和回风巷；在运输巷和回风巷之间的保护煤柱内开掘第一联络巷；对第一联络巷前方的运输巷和回风巷进行开掘支护，并对第一联络巷后方的第一保护煤柱段进行回采；继续向前开掘运输巷和回风巷，在保护煤柱内开掘第二联络巷，对第二联络巷前方的运输巷和回风巷进行开掘支护，并对第一联络巷和第二联络巷之间的第二保护煤柱段进行回采，对第一保护煤柱段回采后形成的柱中巷进行充填；重复上述两个步骤，直至完成运输巷和回风巷的开掘、完成保护煤柱的充填回采。根据本发明实施例的巷间保护煤柱充填开采方法，提高煤炭资源的回采率。

Description

巷间保护煤柱充填开采方法

技术领域

本发明涉及保护煤柱开采技术领域，具体地，涉及一种巷间保护煤柱充填开采方法。

背景技术

在神府和东胜煤田等中西部广袤地区分布着我国及世界特大煤田，该区域煤层赋存稳定，埋藏浅，易开采。由于管理经验成熟，一般采用壁式采煤法开采煤矿。

壁式采煤法中，为了开采安全，会根据煤层所受压力、煤体强度、煤炭回收率、采空区管理等几方面的因素综合考虑，在相邻采煤工作面之间留设保护煤柱，留设的保护煤柱一般在工作面回采后全部遗弃，成为永久损失资源，造成资源的浪费，降低了煤炭资源的回采率。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提出一种巷间保护煤柱充填开采方法，该巷间保护煤柱充填开采方法能够提高煤炭资源的回采率。

根据本发明实施例的巷间保护煤柱充填开采方法包括以下步骤：

在回采工作面的一侧开掘运输巷和回风巷；

待运输巷和回风巷开掘设定长度后，在运输巷和回风巷之间的保护煤柱内开掘第一联络巷；

对第一联络巷前方的运输巷和回风巷进行开掘支护，并对第一联络巷后方的第一保护煤柱段进行回采；

继续向前开掘运输巷和回风巷，并在运输巷和回风巷开掘设定长度后，在保护煤柱内开掘第二联络巷，所述第二联络巷位于所述第一联络巷前方；

对第二联络巷前方的运输巷和回风巷进行开掘支护，并对第一联络巷和第二联络巷之间的第二保护煤柱段进行回采，对第一保护煤柱段回采后形成的柱中巷进行充填；

重复上述两个步骤，直至完成运输巷和回风巷的开掘、完成保护煤柱的充填回采。

根据本发明实施例的巷间保护煤柱充填开采方法，能在保证安全的前提对保护煤柱进行开采，提高煤炭资源的回采率。

在一些实施例中，所述第一保护煤柱段和所述第二保护煤柱段之间留设至少一个第三保护煤柱段，所述第三保护煤柱段由回采完成的所述第二保护煤柱段形成。

在一些实施例中，当所述保护煤柱的宽度尺寸大于15米时，所述第三保护煤柱段内回采形成有第一柱中巷、第二柱中巷和第三柱中巷，所述第一柱中巷、所述第二柱中巷、所述第三柱中巷沿着保护煤柱的宽度方向间隔布置，所述第一柱中巷位于所述第二柱中巷和所述第三柱中巷之间，所述第一柱中巷内进行强充填，所述第二柱中巷和所述第三柱中巷内进行弱充填。

在一些实施例中，所述强充填需要在所述第一柱中巷充入膏体之前，向所述第一柱中巷内搭设加强筋。

在一些实施例中，所述强充填形成的膏体强度为保护煤柱强度的80％-120％，所述弱充填形成的膏体强度为保护煤柱强度的70％-80％。

在一些实施例中，还包括以下步骤：在对所述第一保护煤柱段的柱中巷充填之前，需要在第一保护煤柱段的柱中巷的前后两端设置封堵墙。

在一些实施例中，所述封堵墙的顶部设有观察孔。

在一些实施例中，所述运输巷和所述回风巷通过连续采煤机和锚杆钻车开掘支护，所述连续采煤机和所述锚杆钻车在所述运输巷和所述回风巷交替作业。

在一些实施例中，所述第一保护煤柱段和所述第二保护煤柱段在前后方向的长度为50米至100米。

在一些实施例中，所述保护煤柱的宽度为10米至30米，所述柱中巷的宽度为5米至6米。

附图说明

图1是根据本发明实施例的保护煤柱布置示意图。

图2是根据本发明实施例的保护煤柱设备布置及开采工艺示图。

图3是根据本发明实施例的保护煤柱强充填剖面示意图。

图4是根据本发明实施例保护煤柱弱填充剖面示意图。

附图标记：

回采工作面1；保护煤柱2；运输巷3；回风巷4；第一联络巷5；第二联络巷6；柱中巷7；第一保护煤柱段8；第二保护煤柱段9；第三保护煤柱段10；连续采煤机11；锚杆钻车12；梭车13；给料破碎机14；充填管路15；封堵墙16；胶带输送机17；加强筋18；观察孔19；强填充20；弱填充21。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图4所示，根据本发明实施例的巷间保护煤柱充填开采方法，步骤如下：

步骤1：在回采工作面1的一侧开掘运输巷3和回风巷4。

需要说明的是，如图1所示，在采区内划分有多个回采工作面1，多个回采工作面1沿着左右方向依次排布，在任意相邻两个回采工作面1之间均开掘回风巷4和运输巷3，且回风巷4和运输巷3之间均留设保护煤柱2。由于任意相邻两个回采工作面1之间回风巷4、运输巷3、保护煤柱2的回采的施工方式相同，以下仅详细描述最右侧相邻两个回采工作面1之间回风巷4和运输巷3开掘、以及保护煤柱2的回采。

如图2所示，运输巷3与回风巷4均沿着前后方向开掘施工，运输巷3和回风巷4在左右方向平行间隔布置，运输巷3与回风巷4之间设有保护煤柱2。

优选地，回风巷4的横截面和运输巷3的横截面可以均为矩形。

步骤2：待回风巷4和运输巷3开掘设定长度后，在回风巷4和运输巷3之间的保护煤柱2内开掘第一联络巷5。

如图2所示，运输巷3和回风巷4均向前方同步开掘，例如，运输巷3和回风巷4内可以分别布置连续采煤机11和锚杆钻车12，利用连续采煤机11可以实现回风巷4和运输巷3的掘进，利用锚杆钻车12可以对掘进后的回风巷4、运输巷3进行支护，通过连续采煤机11和锚杆钻车12在回风巷4和运输巷3内的往复交叉作业实现同步开掘。

当运输巷3和回风巷4同步开掘设定长度后，即运输巷3和回风巷4开掘的长度满足布置后续第一保护煤柱段8的长度，在保护煤柱2内开掘第一联络巷5，第一联络巷5连通回风巷4和运输巷3。

优选地，第一联络巷5的延伸方向与回风巷4的延伸方向、运输巷3的延伸方向垂直。

需要说明的是，由于锚杆钻车12对回风巷4、运输巷3支护的时间较长，可以利用连续采煤机11在锚杆钻车12支护的同时开掘第一联络巷5。

步骤3：对第一联络巷5前方的回风巷4和运输巷3进行开掘支护，并对第一联络巷5后方的第一保护煤柱段8进行回采。

如图2所示，待第一联络巷5施工完成后，回风巷4的迎头和运输巷3的迎头均位于第一联络巷5的前侧，第一联络巷5后侧的保护煤柱2被分割成第一保护煤柱段8。利用锚杆钻车12继续对回风巷4和运输巷3进行支护，与此同时，利用连续采煤机11在第一保护煤柱段8内进行回采，例如，可以沿着前后方向在第一保护煤柱段8的中部进行回采，回采完成后，第一保护煤柱段8内形成柱中巷7，柱中巷7贯通第一保护煤柱段8的前后两端。

步骤4：继续向前开掘回风巷4和运输巷3，并在回风巷4和运输巷3开掘设定长度后，在保护煤柱2内开掘第二联络巷6，所述第二联络巷6位于所述第一联络巷5前方。

如图2所示，利用连续采煤机11和锚杆钻车12继续对回风巷4和运输巷3开掘施工，当回风巷4和运输巷3再次开掘设定长度后，即回风巷4和运输巷3继续开掘的长度满足布置后续第二保护煤柱段9的长度，在回风巷4和运输巷3之间施工第二联络巷6，第二联络巷6将回风巷4和回风巷连通3，第二联络巷6与第一联络巷5并行间隔布置，且第二联络巷6位于第一联络巷5的前侧，第一联络巷5和第二联络巷6之间的保护煤柱2形成第二保护煤柱段9。

优选地，第一保护煤柱段8的长度和第二保护煤柱段9的长度大体相同。

步骤5：对第二联络巷6前方的回风巷4和运输巷3进行开掘支护，并对第一联络巷5和第二联络巷6之间的第二保护煤柱段9进行回采，对第一保护煤柱段8回采后形成的柱中巷7进行充填。

如图2所示，第二联络巷6开掘完成后，第一联络巷5和第二联络巷6之间的保护煤柱2被分割成第二保护煤柱段9，然后，可以利用锚杆钻车12在回风巷4和运输巷3内进行支护作业，利用充填设备15在第一保护煤柱段8的柱中巷7内进行充填作业，利用连续采煤机在第二保护煤柱段内进行回采作业，回采的方式可以与第一保护煤柱段内回采的方式相同，此处不再赘述。上述支护作业、回采作业、充填作业同步进行。

对第一保护煤柱段8回采后形成的柱中巷7进行填充，会恢复部分因开采第一保护煤柱段8而降低的强度和受压能力。

优选地，柱中巷7的宽度为5米至6米。

步骤6：重复步骤4和与步骤5，直至完成回风巷4和运输巷3的开掘、完成保护煤柱的充填回采。

需要说明的是，上述步骤4和步骤5形成一个开采循环，通过不断重复开采循环(步骤4和步骤5)实现回风巷4和运输巷3的向前开掘推进、实现保护煤柱2的充填回采。

另外，第一保护煤柱段8、第二保护煤柱段9、第一联络巷5、第二联络巷6仅指在同一个开采循环内对应地保护煤柱段名称和联络巷名称，随着回风巷4、运输巷3的开掘以及保护煤柱2的不断充填回采，第一保护煤柱段8、第二保护煤柱段9、第一联络巷5、第二联络巷6会分别对应至不同的保护煤柱段和联络巷。

本发明实施例提出的巷间保护煤柱充填开采方法通过开采保护煤柱2，提高了煤炭资源的回采率，避免了资源的浪费，对因开采保护煤柱2而形成的柱中巷7进行充填，提升了第一保护煤柱段8的强度和受压能力，保证了煤矿开采的安全性。

在一些实施例中，第一保护煤柱段8与第二保护煤柱段9之间留设一个第三保护煤柱段10，第三保护煤柱段10由回采完成的第二保护煤柱段9形成。

具体地，如图2所示，第三保护煤柱段10位于第一保护煤柱段8与第二保护煤柱段10之间，第一保护煤柱段8和第三保护煤柱段10之间、第二保护煤柱段9和第三保护煤柱段10之间均设有联络巷。由于回采会造成对第二保护煤柱段9的扰动，通过在第一保护煤柱段8和第二保护煤柱段9之间预留至少一个第三保护煤柱10，一方面可以留设一定的稳定时间，使得充填时的第一保护煤柱段8趋于稳定，有利于安装作业，另一方面第三保护煤柱段10能够将第一保护煤柱段8和第二保护煤柱段9分隔一定距离，从而避免了第一保护煤柱段8内的充填作业和第二保护煤柱段9内的回采作业容易互相扰动的情况，进一步提升了施工的安全性。

需要说明的是，第三保护煤柱段10可以通过留设回采完成的第一保护煤柱段8形成，例如，当第二联络巷6施工完成后，在对第一保护煤柱段8回采的同时，可以先不对第二保护煤柱段9充填作业，待下一个第一保护煤柱8段回采时，再对第二保护煤柱段9充填作业。

可以理解的是，在其他一些实施例中，第三保护煤柱段10也可以有2个、3个等。

在一些实施例中，当所述保护煤柱2的宽度尺寸大于15米时，所述第三保护煤柱段10内回采形成有第一柱中巷、第二柱中巷和第三柱中巷，所述第一柱中巷、所述第二柱中巷、所述第三柱中巷沿着保护煤柱2的宽度方向间隔布置，所述第一柱中巷位于所述第二柱中巷和所述第三柱中巷之间，所述第一柱中巷内进行强充填，所述第二柱中巷和所述第三柱中巷内进行弱充填。

如图4所示，当保护煤柱2在左右方向的宽度尺寸大于15米时，第一保护煤柱段8内需要通过连续采煤机11回采形成第一柱中巷、第二柱中巷、第三柱中巷。第一柱中巷、第二柱中巷、第三柱中巷沿左右方向间隔布置，第一柱中巷在第二柱中巷和第三柱中巷之间。第一柱中巷和第二柱中巷之间、第一柱中巷和第三柱中巷之间间隔3米左右的距离。第一柱中巷内进行强充填20，第二柱中巷和第三柱中巷内进行弱充填21。

第一保护煤柱段8内柱中巷7数量与保护煤柱2的宽度有关，当保护煤柱2的宽度较小时，可以布置较少数量的柱中巷7，例如，当保护煤柱的宽度小于15米时，可以在第一保护煤柱段8的中部内开掘一条柱中巷7，如图3所示，此时，该条柱中巷7内进行强充填20即可，由此，即可保证采煤的安全性。当保护煤柱2的宽度较大时，可设置多个柱中巷7，由此，可以提高煤炭的回采率，减少资源浪费。可以理解的是，在其他的一些实施例中，第一保护煤柱段8内可以设置2个柱中巷7。

在一些实施例中，强充填20需要在所述第一柱中巷充入膏体之前，向所述第一柱中巷内搭设加强筋18。

具体地，加强筋18可以加工成隔网状的加强筋板，加强筋板可以有多个，多个加强筋板沿着柱中巷7的延伸方向间隔布置，间隔距离是1.5米至3米。设置加强筋18可以提高充填膏体的充填强度，保证了采煤工作的安全性。

优选地，加强筋18可以是废弃的锚杆通过铁丝固定成的“井”字形结构，有利于节省开采成本。

需要说明的是，相对于强充填20，弱充填21省去了搭设加强筋的步骤，弱充填21时，直接向对应的柱中巷内充入充填膏体即可。

优选地，强充填20形成的膏体强度为保护煤柱强度的80％-120％，所述弱充填21形成的膏体强度为保护煤柱强度的70％-80％。

膏体强度接近原保护煤柱2强度，可以满足充填后的第一保护煤柱段8的受压需求，保证采煤工作的安全。保护煤柱2分为弹性区域和塑性区域。对于不同的区域保护煤柱2的强度需求也不同。强充填20可以满足强度需求较高的区域，弱充填21在满足强度需求的前提下节省填充成本。

在一些实施例中，在对第一保护煤柱段8的柱中巷填充前，需要在第一保护煤柱段8的前后两端设置封堵墙16。

封堵墙16固定在第一保护煤柱段8的前后两侧，封闭柱中巷7。封堵墙16用于充填管路15防止充填膏体流失，封堵墙16可以是钢模板。可以理解的是，在其他的一些实施例中，封堵墙也可以是砖墙、混凝土墙等。

在一些实施例中，封堵墙16的顶部设有观察孔19。如图3所示，观察孔为圆形通孔。观察孔19设在封堵墙16的上方。观察孔19用于观察填充效果，当充填体接顶时需停止充填。观察孔还用于通风透气，防止空气在充填作业时压缩在柱中巷内部，产生爆炸，危害采矿安全。可以理解的是，在其他的一些实施例中，观察孔19可以是矩形通孔。

在一些实施例中，第一保护煤柱段8和第二保护煤柱段9在前后方向的长度为50米至100米。

第一保护煤柱段8、第二保护煤柱段9、运输巷3、回风巷4可以应用同一套开掘设备(连续采煤机11)和两套支护设备(锚杆钻车12)。第一保护煤柱段8的长度和第二保护煤柱段9的长度保持在合理的长度范围内有利于开掘设备和支护设备的合理调度，有利于提高开采工艺的效率。

例如，第一保护煤柱段8和第二保护煤柱段9的长度太短会造成柱中巷7开掘完成但回风巷4与运输巷3支护未完成，第一保护煤柱段8和第二保护煤柱段9的长度太长会造成柱中巷7未完成开掘但回风巷4与运输巷3完成支护作业。通过计算得出第一保护煤柱段8和第二保护煤柱段9在前后方向的长度在50米至100米内最佳。

第一保护煤柱段8和第二保护煤柱段9的长度可以为50米至100米之间的任意数值，例如，可以为50米、60米、70米、80米、90米、100米等。

在一些实施例中，保护煤柱2的宽度为10米至30米，所述柱中巷7的宽度为5米至6米。

保护煤柱2的宽度与煤矿附着度相关。当煤矿石附着紧密，保护煤柱2可以设成10米左右。可以理解的是，在其他的一些实施例中，当煤矿石附着松散时，保护煤柱2也可以是25米、30米等。

为了保证支护强度，柱中巷7两侧需要至少留出3米左右的间隙。结合保护煤柱2的宽度尺寸，柱中巷7的较佳宽度是5米至6米。例如，柱中巷7的宽度可以为5米、5.5米、6米等。

在一些实施例中，巷间保护煤柱充填开采方法所应用到的主要设备包括连续采煤机11、锚杆钻车12、梭车13、给料破碎机14、充填管路15和胶带输送机17。其中连续采煤机11用于对运输巷3、回风巷4和联络巷的开掘。锚杆钻车有2台，一台用于运输巷3和回风巷4的支护，一台用于柱中巷7的支护。梭车13用于在连续采煤机和给料破碎机之间煤炭的转运。给料破碎机14完成煤炭的破碎和装煤工作。煤炭通过胶带输送机外运。充填管路15用于对柱中巷7的填充工作。

在一些实施例中，巷间保护煤柱充填开采方法的工作通风系统可以是3台压入式局部通风系统。利用通风构筑物，在回风巷、运输巷内形成全风压通风系统，为充填工作通风。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种巷间保护煤柱充填开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在回采工作面的一侧开掘运输巷和回风巷；

步骤2：待运输巷和回风巷开掘设定长度后，在运输巷和回风巷之间的保护煤柱内开掘第一联络巷；

步骤3：对第一联络巷前方的运输巷和回风巷进行开掘支护，并对第一联络巷后方的第一保护煤柱段进行回采；

步骤4：继续向前开掘运输巷和回风巷，并在运输巷和回风巷开掘设定长度后，在保护煤柱内开掘第二联络巷，所述第二联络巷位于所述第一联络巷前方；

步骤5：对第二联络巷前方的运输巷和回风巷进行开掘支护，并对第一联络巷和第二联络巷之间的第二保护煤柱段进行回采，对第一保护煤柱段回采后形成的柱中巷进行充填；

步骤6：重复步骤4和步骤5，直至完成运输巷和回风巷的开掘、完成保护煤柱的充填回采。

2.根据权利要求1所述的巷间保护煤柱充填开采方法，其特征在于，还包括以下步骤：在所述第一保护煤柱段和所述第二保护煤柱段之间留设至少一个第三保护煤柱段，所述第三保护煤柱段由回采完成的所述第二保护煤柱段形成。

3.根据权利要求2所述的巷间保护煤柱充填开采方法，其特征在于，当所述保护煤柱的宽度尺寸大于15米时，所述第三保护煤柱段内回采形成有第一柱中巷、第二柱中巷和第三柱中巷，所述第一柱中巷、所述第二柱中巷、所述第三柱中巷沿着保护煤柱的宽度方向间隔布置，所述第一柱中巷位于所述第二柱中巷和所述第三柱中巷之间，所述第一柱中巷内进行强充填，所述第二柱中巷和所述第三柱中巷内进行弱充填。

4.根据权利要求3所述的巷间保护煤柱充填开采方法，其特征在于，所述强充填需要在所述第一柱中巷充入膏体之前，向所述第一柱中巷内搭设加强筋。

5.根据权利要求3所述的巷间保护煤柱充填开采方法，其特征在于，所述强充填形成的膏体强度为保护煤柱强度的80％-120％，所述弱充填形成的膏体强度为保护煤柱强度的70％-80％。

6.根据权利要求1所述的巷间保护煤柱充填开采方法，其特征在于，还包括以下步骤：在对所述第一保护煤柱段的柱中巷充填之前，需要在第一保护煤柱段的柱中巷的前后两端设置封堵墙。

7.根据权利要求6所述的巷间保护煤柱充填开采方法，其特征在于，所述封堵墙的顶部设有观察孔。

8.根据权利要求1所述的巷间保护煤柱充填开采方法，其特征在于，所述运输巷和所述回风巷通过连续采煤机和锚杆钻车开掘支护，所述连续采煤机和所述锚杆钻车在所述运输巷和所述回风巷交替作业。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的巷间保护煤柱充填开采方法，其特征在于，所述第一保护煤柱段和所述第二保护煤柱段在前后方向的长度为50米至100米。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的巷间保护煤柱充填开采方法，其特征在于，所述保护煤柱的宽度为10米至30米，所述柱中巷的宽度为5米至6米。