CN113339054B - 一种煤矿冒落带充填工艺 - Google Patents

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Abstract

一种煤矿冒落带充填工艺，涉及煤矿开采技术领域，包括以下步骤，步骤1，沿设计区域的第一工作面一侧的设计回采顺槽位置掘进第一顺槽和第二顺槽；步骤2，开采第一顺槽和第二顺槽之间的煤炭资源形成采空区；步骤3，沿高于第一工作面且与第一工作面相邻的第二工作面掘进第三顺槽和第四顺槽；步骤4，沿第四顺槽向第一工作面的采空区打设预设数量的钻孔，钻孔内安装充填管路；步骤5，在第四顺槽内敷设充填管路并与钻孔内的充填管路连接；步骤6，随着第一工作面的推进，通过充填管路进行膏体充填，将采空区填实；步骤7，重复步骤1至步骤6，完成设计区域其余工作面的充填开采，这种工艺能够实现采充平行作业、降低运行成本。

Description

一种煤矿冒落带充填工艺
技术领域：
本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种煤矿冒落带充填工艺。
背景技术：
传统的煤炭开采方式对资源和生态环境造成严重破坏，目前全国煤矸石年产量高达3.8亿吨，累计堆放50多亿吨，固体废弃物堆积带来了土地资源占用破坏、地下水污染和大气污染等严重问题。
煤矸石现有的处理方式主要为露天堆存和沟壑掩埋，部分采用井下充填方式，但现行的充填技术系统建设投资较大，工艺复杂，运行成本高昂，特别是采煤作业与充填作业相互影响，不能实现平行作业，影响充填采煤工作面产能，井下固废充填亟需打破充填开采技术瓶颈，寻求更加合理有效的技术手段，降低矿山固废充填成本，提升充填开采整体工效。
发明内容：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种煤矿冒落带充填工艺，能够实现采充平行作业，避免采煤作业与充填作业相互影响，进而降低运行成本。
本发明是通过下述技术方案来实现的：
一种煤矿冒落带充填工艺，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，沿设计区域的第一工作面一侧的设计回采顺槽位置掘进第一顺槽和第二顺槽，连通第一顺槽和第二顺槽形成全风压通风；
步骤2，开采第一顺槽和第二顺槽之间的煤炭资源形成采空区；
步骤3，沿高于第一工作面且与第一工作面相邻的第二工作面掘进第三顺槽和第四顺槽，所述第四顺槽靠近第一顺槽且与第一顺槽之间留有保护煤柱，连通第三顺槽和第四顺槽形成全风压通风；
步骤4，随着第一工作面的推进沿第四顺槽向第一工作面的采空区打设预设数量的钻孔，钻孔内安装充填管路，钻孔之间间隔50-100m；
步骤5，在第四顺槽内敷设充填管路，并与钻孔内的充填管路连接；
步骤6，随着第一工作面的推进，通过充填管路进行膏体充填或矸石浆充填，将采空区填实；
步骤7，重复步骤1至步骤6，完成设计区域其余工作面的充填开采。
在本发明的另一个方面中，步骤4中，所述钻孔沿煤层中部平行打设，所述钻孔伸入至第一工作面采空区50-100m。
在本发明的另一个方面中，步骤4中，所述钻孔沿煤层顶板斜向上施工，钻孔深度达到第一工作面采空区。
在本发明的另一个方面中，步骤1中设置第一顺槽为进风巷，第二顺槽为回风巷；步骤3中设置第四顺槽为回风巷，第三顺槽为进风巷。
在本发明的另一个方面中，在地面或井下建设膏体充填系统。
在本发明的另一个方面中，步骤6中膏体的原料包括矿区固废，将矿区固废进行加工破碎形成粒度在15mm以下的颗粒，制成膏体后，将膏体经高压管道输送至充填管路。
在本发明的另一个方面中，所述膏体为煤矸石膏体、粉煤灰膏体、炉渣膏体、炉渣粉煤灰膏体、煤矸石粉煤灰膏体中的一种或多种，膏体的选用根据矿区固废的产量确定。
本发明的有益效果是：
（1）这种煤矿冒落带充填工艺不影响采煤作业，可实现充填与采煤同时作业，破除现有充填开采无法实现充填与采煤平行作业的技术瓶颈，较大程度提升充填开采产煤能力。
（2）这种煤矿冒落带充填工艺通过相邻工作面巷道向本工作面采空区进行充填，填补冒落区裂隙，有效较少采空区瓦斯积聚空间，有效降低采空区发火等矿山灾害发生率。
（3）这种煤矿冒落带充填工艺能够有效减少垮落法开采后煤层顶板的下沉空间，大幅降低顶板破坏深度，有效减轻地表变形。
（4）这种煤矿冒落带充填工艺使用矿山主要固废煤矸石等配置膏体材料，利用采煤冒落带空隙进行回填处置，实现固废无害化处置，资源化利用。
附图说明：
图1为本发明实施例的井田工作面设计图的平面示意图。
图2为本发明实施例中第一工作面平面示意图。
图3本发明实施例中第一工作面剖面图。
附图中：1、第三顺槽，2、第二工作面，3、切巷，4、第四顺槽，5、第一顺槽，6、第二顺槽，7、第一工作面，8、地面充填站，9、充填立管，10、充填管路，11、排水管，12、沉淀池，13、切换阀，14、采空区充填体，15、采空区，16、保护煤柱。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例对本发明的实施方式做进一步说明：
在对本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的描述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保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种煤矿冒落带充填工艺，包括以下步骤：
步骤1：确定煤矿冒落带充填开采方案；
步骤1.1：规划和估算井田、采区或盘区的设计区域矸石量及垮落空间体积，确定矸石充填量；
步骤1.2：核验矸石产量与矸石充填量是否达到平衡；
步骤1.3：使矸石产量与矸石充填量达到平衡，完成煤矿冒落带充填开采方案设计。
步骤2：建设膏体充填系统，可以地面建站或井下建站；
膏体充填系统为膏体的生产系统，生产系统的生产步骤包括将矿区固废进行加工破碎形成粒度在15mm以下的颗粒，然后对不同种类的固废进行称量配比，再在固废中加入水泥、水等搅拌形成膏状材料，最后通过柱塞泵的加压或膏体的自重作用，经高压管道输送到矿井下。
膏体根据固废的主要原材料组成可分为煤矸石膏体、粉煤灰膏体、炉渣膏体、炉渣粉煤灰膏体、煤矸石粉煤灰膏体。膏体的选用根据矿区固废的产量情况确定。根据使用场景，在原材料中加入适量的水泥、外加剂和水制成具有一定强度的膏体。
膏体充填系统具备加工廉价混凝土的能力，充填体强度可在1-30MPa之间调节。
同时膏体充填系统可以在地面进行建设，也可以在井下进行建设。
步骤3：根据煤矿冒落带充填开采方案进行开采。
井田包括多个工作面，本实施例的开采方法，预先将区段煤柱进行开采，并准备相邻工作面，采用相邻工作面顺槽向此工作面采空区钻孔，注入膏体或矸石浆，取消隔离时间，避免现有充填技术充填作业与采煤作业的相互干扰，效率低的问题。具体开采方法包括以下步骤：
步骤3.1：沿设计区域的第一工作面一侧的设计回采顺槽位置掘进第一顺槽和第二顺槽，连通第一顺槽和第二顺槽形成全风压通风，设置第一顺槽为进风巷，第二顺槽为回风巷；
步骤3.2：采出第一顺槽和第二顺槽之间的煤炭资源形成采空区；
步骤3.3：沿高于第一工作面且与第一工作面相邻的第二工作面掘进第三顺槽和第四顺槽，所述第四顺槽靠近第一顺槽且与第一顺槽之间留有保护煤柱，连通第三顺槽和第四顺槽形成全风压通风，设置第四顺槽为回风巷，第三顺槽为进风巷；
步骤3.4：随着第一工作面的推进沿第四顺槽向第一工作面的采空区打设预设数量的钻孔，钻孔内安装充填管路，钻孔之间间隔50-100m。本步骤可分为低位充填和高位充填。低位充填时，所述钻孔沿煤层中部平行打设，所述钻孔伸入至第一工作面采空区50-100m；高位充填时，所述钻孔沿煤层顶板斜向上施工，钻孔深度达到第一工作面采空区。
步骤3.5：在第四顺槽内敷设充填管路，并与钻孔内的充填管路连接。
步骤3.6：工作面正常推进后，通过充填管路进行膏体充填或矸石浆充填，将采空区填实。
步骤3.7：重复步骤3.1-步骤3.6，完成设计区域其余工作面的充填开采。
步骤3.1中，第一顺槽和第二顺槽之间的间距为第一工作面宽度。
步骤3.3中，第三顺槽和第四顺槽之间的间距为第二工作面宽度。第一采煤工作面与第二采煤工作面之间留设保护煤柱。
步骤3.5中，钻孔必须穿过第一工作面与第二工作面之间的保护煤柱，到达第一工作面采空区内。
步骤3.6中，在准备其余工作面的同时，同步开采准备工作已完成的工作面。
本发明的技术方案具备以下有益效果：
（1）这种煤矿冒落带充填工艺不影响采煤作业，可实现充填与采煤同时作业，破除现有充填开采无法实现充填与采煤平行作业的技术瓶颈，较大程度提升充填开采产煤能力。
（2）这种煤矿冒落带充填工艺通过相邻工作面巷道向本工作面采空区进行充填，填补冒落区裂隙，有效较少采空区瓦斯积聚空间，有效降低采空区发火等矿山灾害发生率。
（3）这种煤矿冒落带充填工艺能够有效减少垮落法开采后煤层顶板的下沉空间，大幅降低顶板破坏深度，有效减轻地表变形。
（4）这种煤矿冒落带充填工艺使用矿山主要固废煤矸石等配置膏体材料，利用采煤冒落带空隙进行回填处置，实现固废无害化处置，资源化利用。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种煤矿冒落带充填工艺，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，沿设计区域的第一工作面一侧的设计回采顺槽位置掘进第一顺槽和第二顺槽，连通第一顺槽和第二顺槽形成全风压通风；
步骤2，开采第一顺槽和第二顺槽之间的煤炭资源形成采空区；
步骤3，沿高于第一工作面且与第一工作面相邻的第二工作面掘进第三顺槽和第四顺槽，所述第四顺槽靠近第一顺槽且与第一顺槽之间留有保护煤柱，连通第三顺槽和第四顺槽形成全风压通风；
步骤4，随着第一工作面的推进沿第四顺槽向第一工作面的采空区打设预设数量的钻孔，钻孔内安装充填管路，钻孔之间间隔50-100m；
步骤5，在第四顺槽内敷设充填管路，并与钻孔内的充填管路连接；
步骤6，随着第一工作面的推进，通过充填管路进行膏体充填或矸石浆充填，将采空区填实；
步骤7，重复步骤1至步骤6，完成设计区域其余工作面的充填开采。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿冒落带充填工艺，其特征在于，步骤4中，所述钻孔沿煤层中部平行打设，所述钻孔伸入至第一工作面采空区50-100m。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿冒落带充填工艺，其特征在于，步骤4中，所述钻孔沿煤层顶板斜向上施工，钻孔深度达到第一工作面采空区。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿冒落带充填工艺，其特征在于，步骤1中设置第一顺槽为进风巷，第二顺槽为回风巷；步骤3中设置第四顺槽为回风巷，第三顺槽为进风巷。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿冒落带充填工艺，其特征在于，在地面或井下建设膏体充填系统。
6.根据权利要求1或5所述的一种煤矿冒落带充填工艺，其特征在于，步骤6中膏体的原料包括矿区固废，将矿区固废进行加工破碎形成粒度在15mm以下的颗粒，制成膏体后，将膏体经高压管道输送至充填管路。
7.根据权利要求6所述的一种煤矿冒落带充填工艺，其特征在于，所述膏体为煤矸石膏体、粉煤灰膏体、炉渣膏体、炉渣粉煤灰膏体、煤矸石粉煤灰膏体中的一种或多种，膏体的选用根据矿区固废的产量确定。
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