CN113236254B - 一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法，在露天矿端帮边坡向下挖槽口，沿倾斜煤层表面修筑若干第一开采阶段煤台阶，在每个第一开采阶段煤台阶对应的倾斜煤层上横向先后布置并开采第一阶段采硐Ⅰ、第一阶段采硐Ⅱ和第一阶段采硐Ⅲ，开采后再填充；待第一开采阶段结束后再修筑若干第二开采阶段煤台阶，在每个第二开采阶段煤台阶对应的倾斜煤层上横向先后布置并开采第二阶段采硐Ⅰ、第二阶段采硐Ⅲ和第二阶段采硐Ⅱ；以此类推直到最后一个阶段。能够实现大倾角厚煤层资源的回收，又能够减少地表沉陷，确保采场安全与边坡稳定。

Description

一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法

技术领域

本发明涉及一种煤层充填开采方法，具体涉及一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法。

背景技术

‌靠帮开采技术和时效边坡理论在露天煤矿得到了广泛应用，但是露天矿端帮依然压占大量煤炭资源。考虑到端帮边坡开采的经济和稳定性限制，目前，我国绝大多数的露天矿放弃开采该部分资源，造成了大量的煤炭资源浪费，不利于矿山可持续发展，同时使国家遭受重大的资源损失。露天煤矿端帮回收煤炭资源常用的方法是陡帮开采技术、时效边坡、端帮巷道充填开采技术、连续采煤机开采等。陡帮开采技术和时效边坡理论进一步提高了边坡开采角度，在一定时间内完成了端帮边坡极限的开采角度的煤炭开采，但无法解决端帮下压煤开采的情况。端帮巷道充填开采技术克服了陡帮开采技术的极限性，但是根据国家相关法规和开采成本，端帮巷道充填开采技术受到制约。目前，国内外在端帮采用连续采煤机开采近水平、缓倾斜煤层（开采倾角为+5°-12°），保留了大量的煤柱，使得煤炭资源回采率不高。对于大倾角的中厚煤层，采用连续采煤机开采存在一定困难和端帮边坡滑坡风险。因此，需要通过一定的技术和方法解决连续采煤机开采大倾角（大于12°）厚煤层和边坡稳定性的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法，能够实现大倾角厚煤层资源的回收，又能够减少地表沉陷，确保采场安全与边坡稳定。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法，包括以下步骤：

步骤一：在露天矿端帮边坡向下挖槽口直到倾斜煤层，沿倾斜煤层表面修筑若干第一开采阶段煤台阶，相邻两个第一开采阶段煤台阶的连接面为倾斜状；

步骤二：在每个第一开采阶段煤台阶对应的倾斜煤层上横向依次布置第一阶段采硐Ⅰ、第一阶段采硐Ⅱ和第一阶段采硐Ⅲ，第一阶段采硐Ⅰ从第一开采阶段煤台阶的坡底线布置；

步骤三：由槽口内部坡顶处的第一开采阶段煤台阶开始开采，第一阶段三个采硐开采顺序为第一阶段采硐Ⅰ—第一阶段采硐Ⅲ—第一阶段采硐Ⅱ，在开采下一个采硐的同时使用填充物填充上一个采硐；以此类推，直至开采至槽口内部边坡脚位置，把所有第一开采阶段煤台阶布置的采硐开采填充完毕；

步骤四：待第一开采阶段结束后，每个第一开采阶段煤台阶上第一阶段采硐Ⅰ的旁边均留有临时煤柱，然后第一开采阶段煤台阶水平推进2m-4m至临时煤柱，在临时煤柱位置纵向布置两个上采硐和下采硐，先开采下采硐，开采完毕后填充物料，再搭建煤台，开采上采硐；以此类推，直到所有的临时煤柱开采完毕；

步骤五：所有的临时煤柱开采完毕，将水平推进后的第一开采阶段煤台阶向下开拓延伸3m形成第二开采阶段煤台阶，在每个第二开采阶段煤台阶对应的倾斜煤层上横向依次布置第二阶段采硐Ⅰ、第二阶段采硐Ⅱ和第二阶段采硐Ⅲ，第二阶段采硐Ⅰ、第二阶段采硐Ⅱ和第二阶段采硐Ⅲ布置位置与第一阶段采硐Ⅰ、第一阶段采硐Ⅱ和第一阶段采硐Ⅲ布置位置相对错动；

步骤六：按照步骤三方法直至开采至槽口内部边坡脚位置，把所有第二开采阶段煤台阶布置的采硐开采填充完毕；

步骤七：以此类推，直到开采至最后开采阶段煤台阶，待最后一个采硐充填完毕后，对煤台阶上的资源进行回收，最后，回填槽口至坑底水平位置。

进一步的，所述步骤二中第一阶段采硐Ⅲ距离第一开采阶段煤台阶坡顶线2m-4m，第一阶段采硐Ⅰ、第一阶段采硐Ⅱ和第一阶段采硐Ⅲ的尺寸分别为：5m×4m，4m×4m，3m×4m。

进一步的，所述第一开采阶段煤台阶是在煤层上开拓延伸且平行于煤层走向的，第一开采阶段煤台阶宽度为18m-20m。

进一步的，所述步骤三中填充物按照充填骨料85wt.%，水泥10wt.%，生石灰5wt.%进行混合，配制成浓度为80% wt.%的胶结充填物料。

进一步的，所述充填骨料取自露天矿排土场的剥离物。

进一步的，所述步骤五中第二阶段采硐Ⅰ距离第二开采阶段煤台阶坡顶线2m-4m。

与现有技术相比，本发明通过对端帮边坡下挖槽口布置修筑煤台阶，进而将大倾角倾斜煤层转为平行于煤层走向的水平采硐开采方法，实现连续采煤机大角度充填开采厚煤层，保证了高陡边坡的稳定性，提高厚煤层的开采回收效率，节约大量的剥离成本和排土场容纳空间；本发明适用于高陡边坡下部大倾角厚煤层充填开采，可以提高企业煤炭资源回收率，实现了矿山绿色高效安全生产，具有重要的实践意义。

附图说明

图1为本发明开采方法俯视图。

图2为图1中M-M侧视的三维开采方法示意图。

图3为本发明连续采煤机开采煤层示意图。

图4为本发明第一开采阶段的采硐和台阶布置情况示意图。

图5为本发明第一开采阶段回采临时煤柱的采硐布置情况示意图。

图6为本发明第二开采阶段的采硐和台阶布置情况示意图。

图7为本发明最后开采阶段的采硐和台阶布置情况示意图。

图中：1、端帮边坡；2、槽口；3、第一开采阶段煤台阶；4、第一阶段采硐Ⅰ；5、第一阶段采硐Ⅱ；6、第一阶段采硐Ⅲ；7、永久煤柱；8、临时煤柱；9、上采硐；10、下采硐；11、第二开采阶段煤台阶；12、第二阶段采硐Ⅰ；13、第二阶段采硐Ⅱ；14、第二阶段采硐Ⅲ；15、坑底；16、排土场；17、倾斜煤层；18、上覆岩层；19、下覆岩层；20、最后开采阶段煤台阶；21、连续采煤机；22、填充管路；23、破碎机；24、剥离物输送机；25、配料站；26、蓄水池；27、充填泵站。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法，如图1和图2所示，倾斜煤层17位于上覆岩层18和下覆岩层19之间，在露天矿端帮边坡1向下挖上覆岩层18，挖出一道槽口2直到倾斜煤层17，沿倾斜煤层17表面修筑若干第一开采阶段煤台阶3，第一开采阶段煤台阶3平行于煤层17走向，第一开采阶段煤台阶3宽度为18m-20m，相邻两个第一开采阶段煤台阶3的连接面为倾斜状。

如图4所示，在每个第一开采阶段煤台阶3对应的倾斜煤层17上横向先后布置第一阶段采硐Ⅰ4、第一阶段采硐Ⅲ6和第一阶段采硐Ⅱ5，第一阶段采硐Ⅰ4从第一开采阶段煤台阶3的坡底线布置；在端帮边坡1坡脚位置留有一定宽度的不开采的永久煤柱7；第一阶段采硐Ⅲ6距离第一开采阶段煤台阶3坡顶线2m-4m，第一阶段采硐Ⅰ4、第一阶段采硐Ⅱ5和第一阶段采硐Ⅲ6的尺寸分别为：5m×4m，4m×4m，3m×4m，这样可以提高煤炭资源的回采率。

如图3所示，连续采煤系统21布置在煤台阶上，使用连续采煤机21由槽口2内部坡顶处的第一开采阶段煤台阶3开始开采，第一阶段三个采硐开采顺序为先开采第一阶段采硐Ⅰ4，再开采第一阶段采硐Ⅲ6，最后开采中间位置的第一阶段采硐Ⅱ5，在开采下一个采硐的同时使用填充物填充上一个采硐，保证端帮边坡1的稳定性；例如，开采第一阶段采硐Ⅰ4时，不进行填充工作，第一阶段采硐Ⅰ4开采完毕后开采第一阶段采硐Ⅲ6的同时，使用填充系统填充第一阶段采硐Ⅰ4，开采第一阶段采硐Ⅱ5的同时填充第一阶段采硐Ⅲ6，开采下一个煤台阶上第一阶段采硐Ⅰ4的同时填充上一个煤台阶上第一阶段采硐Ⅱ5；如图2所示，填充系统布置在坑底15上，填充系统包括破碎机23、剥离物输送机24、配料站25、蓄水池26、充填泵站27和填充管路22，破碎机23位置靠近排土场16，破碎机23通过剥离物输送机24与配料站25连通，蓄水池26与配料站25连通，配料站25与充填泵站27连通，充填泵站27通过填充管路22将填充物填充进开采过的采硐中，填充物按照充填骨料85wt.%，水泥10wt.%，生石灰5wt.%进行混合，配制成浓度为80% wt.%的胶结充填物料，充填骨料就近取自露天矿排土场16的剥离物，降低填充骨料采购、运输和时间成本；以此类推，直至开采至槽口2内部边坡脚位置，把所有第一开采阶段煤台阶3布置的采硐开采填充完毕。

待第一开采阶段结束后，每个第一开采阶段煤台阶3上第一阶段采硐Ⅰ4的旁边均留有回采临时煤柱8，如图5所示，然后第一开采阶段煤台阶3水平推进2m-4m至临时煤柱8，在临时煤柱8位置纵向布置两个上采硐9和下采硐10，先开采下采硐10，开采完毕后填充物料，待充填物料达到一定强度后再搭建3m高的煤台，连续采煤系统21布置在煤台上再开采上采硐9；以此类推，直到所有的临时煤柱8回采完毕。

如图6所示，所有的临时煤柱8开采完毕，将水平推进后的第一开采阶段煤台阶3向下开拓延伸3m形成第二开采阶段煤台阶11，在每个第二开采阶段煤台阶11对应的倾斜煤层17上横向先后布置第二阶段采硐Ⅰ12、第二阶段采硐Ⅲ14和第二阶段采硐Ⅱ13，为了提高充填的稳定性，第二阶段采硐Ⅰ12、第二阶段采硐Ⅱ13和第二阶段采硐Ⅲ14布置位置与第一阶段采硐Ⅰ4、第一阶段采硐Ⅱ5和第一阶段采硐Ⅲ6布置位置相对错动；第二阶段采硐Ⅰ12距离第二开采阶段煤台阶11坡顶线2m-4m，并且上下阶段的采硐的各自竖直轴线水平相距4m，例如，第一阶段采硐Ⅰ4与第二阶段采硐Ⅰ12的竖直轴线水平相距4m，为了限制相对错动的位置，防止出现充填块体倾倒掉落。

按照第一开采阶段相同的开采和填充方法开采填充第二阶段采硐Ⅰ12、第二阶段采硐Ⅱ13和第二阶段采硐Ⅲ14直至开采至槽口2内部边坡脚位置，把所有第二开采阶段煤台阶11布置的采硐开采填充完毕。

如图7所示，直到开采至最后开采阶段煤台阶20，待最后一个采硐充填完毕后，对煤台阶上的资源进行回收，最后，回填槽口2至坑底15水平位置。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在露天矿端帮边坡（1）向下挖槽口（2）直到倾斜煤层（17），沿倾斜煤层（17）表面修筑若干第一开采阶段煤台阶（3），相邻两个第一开采阶段煤台阶（3）的连接面为倾斜状；

步骤二：在每个第一开采阶段煤台阶（3）对应的倾斜煤层（17）上横向先后布置第一阶段采硐Ⅰ（4）、第一阶段采硐Ⅲ（6）和第一阶段采硐Ⅱ（5），第一阶段采硐Ⅰ（4）从第一开采阶段煤台阶（3）的坡底线布置；

步骤三：由槽口（2）内部坡顶处的第一开采阶段煤台阶（3）开始开采，第一阶段三个采硐开采顺序为第一阶段采硐Ⅰ（4）—第一阶段采硐Ⅲ（6）—第一阶段采硐Ⅱ（5），在开采下一个采硐的同时使用填充物填充上一个采硐；以此类推，直至开采至槽口（2）内部边坡脚位置，把所有第一开采阶段煤台阶（3）布置的采硐开采填充完毕；

步骤四：待第一开采阶段结束后，每个第一开采阶段煤台阶（3）上第一阶段采硐Ⅰ（4）的旁边均留有临时煤柱（8），然后第一开采阶段煤台阶（3）水平推进2m-4m至临时煤柱（8），在临时煤柱（8）位置纵向布置两个上采硐（9）和下采硐（10），先开采下采硐（10），开采完毕后填充物料，再搭建煤台，开采上采硐（9）；以此类推，直到所有的临时煤柱（8）开采完毕；

步骤五：所有的临时煤柱（8）开采完毕，将水平推进后的第一开采阶段煤台阶（3）向下开拓延伸3m形成第二开采阶段煤台阶（11），在每个第二开采阶段煤台阶（11）对应的倾斜煤层（17）上横向先后布置第二阶段采硐Ⅰ（12）、第二阶段采硐Ⅲ（14）和第二阶段采硐Ⅱ（13），第二阶段采硐Ⅰ（12）、第二阶段采硐Ⅱ（13）和第二阶段采硐Ⅲ（14）布置位置与第一阶段采硐Ⅰ（4）、第一阶段采硐Ⅱ（5）和第一阶段采硐Ⅲ（6）布置位置相对错动；

步骤六：按照步骤三方法直至开采至槽口（2）内部边坡脚位置，把所有第二开采阶段煤台阶（11）布置的采硐开采填充完毕；

步骤七：以此类推，直到开采至最后开采阶段煤台阶（20），待最后一个采硐充填完毕后，对煤台阶上的资源进行回收，最后，回填槽口（2）至坑底（15）水平位置。

2.根据权利要求1所述的一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法，其特征在于：所述步骤二中第一阶段采硐Ⅲ（6）距离第一开采阶段煤台阶（3）坡顶线2m-4m，第一阶段采硐Ⅰ（4）、第一阶段采硐Ⅱ（5）和第一阶段采硐Ⅲ（6）的尺寸分别为：5m×4m，4m×4m，3m×4m。

3.根据权利要求1所述的一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法，其特征在于：所述第一开采阶段煤台阶（3）是在煤层（17）上开拓延伸且平行于煤层（17）走向的，第一开采阶段煤台阶（3）宽度为18m-20m。

4.根据权利要求1所述的一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法，其特征在于：所述步骤三中填充物按照充填骨料85wt.%，水泥10wt.%，生石灰5wt.%进行混合，配制成浓度为80% wt.%的胶结充填物料。

5.根据权利要求4所述的一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法，其特征在于：所述充填骨料取自露天矿排土场（16）的剥离物。

6.根据权利要求1所述的一种露天矿端帮大倾角厚煤层充填开采方法，其特征在于：所述步骤五中第二阶段采硐Ⅰ（12）距离第二开采阶段煤台阶（11）坡顶线2m-4m。

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