CN113464140B - 一种煤矿胎膜成巷无煤柱开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿胎膜成巷无煤柱开采方法。在回采工作面平巷靠近采空区一侧打设一排单体支柱并挂网，单体支柱与所挂网构成一道墙体，与另一侧的实体煤帮、巷道顶底板构成胎膜成巷施工的模板。对工作面后方巷道采空区侧和实体煤侧分别进行充填。密实的充填体控制巷道变形，防止底鼓。待工作面回采完毕，顶板稳定之后，再对实体煤侧的充填体进行开挖，作为下一个工作面的平巷。在高地应力、大采深、厚至特厚煤层等条件下，胎膜成巷无煤柱开采方法可显著减小巷道变形，防止巷道底鼓，有效解决采空区漏风带来的自燃危险、有毒有害气体超限等问题，减少煤柱损失，提高煤炭回采率，还可以利用自然卸压达到防治冲击地压的目的，实现安全生产。

Description

一种煤矿胎膜成巷无煤柱开采方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采领域，尤其涉及一种煤矿胎膜成巷无煤柱开采方法。

背景技术

工作面无煤柱开采方法能够有效减小巷道变形、降低冲击地压危险性、防止煤层摩擦发火，同时减少煤柱损失，提高煤炭回采率。由于取消了区段煤柱，导致采空区与巷道相互连通，由此将引发诸如漏风、采空区有害气体溢出等一系列问题。

当前的无煤柱开采技术，有以下几种形式：

1、沿空留巷能够实现无煤柱开采，大大提高煤炭采出率。但沿空留巷成功的关键在于强有力的巷旁支护系统，若支护强度不能满足要求，则沿空留巷会失败，巷道变形严重、底鼓，需要进行沿空掘巷或扩帮卧底，费时费力。

2、完全无煤柱沿空掘巷技术是沿采空区边缘，中间不留设窄煤柱，开掘下一工作面巷道。目前该技术在中厚及特厚煤层开采中未见有成功案例。

3、切顶留巷技术中留巷顶板进行切割是留巷好坏的最关键环节，要想切好就必须根据所留巷道的顶板岩性分段设计各段的切顶孔间距、深度、角度、装药结构等，然而目前在深部、高地应力、厚至特厚煤层开采中没有先例。

4、错层位开采方法的缺点在于巷道底板留设底煤，受采动影响，易引发巷道应力集中，造成巷道底板变形，且容易受冲击地压影响，引发底煤冲出底板、堵死巷道的危险。

发明内容

本发明针对高地应力、大采深、厚至特厚煤层的开采，提供一种煤矿胎膜成巷无煤柱开采方法，该方法既能实现无煤柱开采，降低冲击地压危险又能减小巷道维修率的开采方法，来实现煤炭安全高效的回采。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种煤矿胎膜成巷无煤柱开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：在回采上一个工作面平巷靠近采空区一侧架设一排单体支柱加铰接顶梁或工字钢梁支护；

第二步：在相邻单体支柱之间挂铁丝网或双抗网，铁丝网或双抗网从巷道顶板铺设到底板，这样单体支柱与所挂网构成一道墙体，该墙体与实体煤帮以及巷道的顶、底板构成胎膜成巷施工的模板，该墙体同时将工作面后方的采空区间隔成两个空间，其中墙体与采空区实体煤侧的空间称为A空间，墙体与采空区巷帮侧的空间称为B空间；

第三步：随着工作面推进，对工作面后方的A空间和B空间分别进行充填，要求对A空间充填的强度足以保持巷道稳定，要求B空间充填的密实程度足以防止漏风和有害气体的溢出；

第四步：待工作面回采完毕，顶板稳定之后，将A空间的充填体掘出，开挖出的空间为胎膜成巷的成品，其中单体支柱与所挂网构成的墙体为巷道一帮，原巷道的实体煤帮为巷道另一帮，作为下一个工作面的平巷，进行循环开采。

进一步，所述的B空间采用泵送膏体管路充填方式，步骤分为干料制备、井下制浆、泵送充填三个环节，首先进行洗选矸石的加工、破碎(研磨)，之后将破碎后的矸石颗粒(粉末)、粉煤灰以及胶粘材料等按比例运输至井下移动泵站，之后利用搅拌机等设备加水制备充填浆液，之后采用专用充填泵将浆液输送至工作面通过充填管路进行注浆。要求制备的充填浆液，浓度适宜，充填体无积存水，料浆流动性好，且无离析现象，保证充分接顶。由于充填浆液具有软胶结的特点，与采空区破碎岩石粘合后，确保采空区密封后不漏风，同时无煤柱布置利用自然卸压、避免人工卸压实现防止冲击地压的目的。

本发明所带来的有益技术效果：

通过煤矿工作面胎膜成巷无煤柱开采方法，建立起一种能够有效减小巷道变形、减少矸石排放量、防止冲击地压的开采方法。

1、能显著减少巷道变形，防止巷道底鼓，解决以往开帮卧底刷大、拉架困难、劳动强度大等问题，显著改善安全生产条件。

2、通过胎膜成巷无煤柱开采，减少煤柱损失，提高煤炭回采率。

3、无煤柱采场布置充分利用自然卸压、避免人工卸压的防冲机理，可实现防止冲击地压的目的。

4、通过充填，实现对采空区的密封，消除采空区漏风带来的自燃危险、有毒有害气体超限问题。

5、将巷道掘进及煤炭开采过程中产出的矸石处理于井下，有效利用废弃煤矸石，同时避免环境污染等问题，实现绿色开采。

6、本发明在工作面后方巷道注入胶结材料胶结成整体后，充填体充实整个实体煤侧巷道，挤占巷道变形空间，从而控制巷道变形，防止底鼓。

附图说明

图1为充填原巷道5过程平面示意图；

图2为充填原巷道5最终效果平面图；

图3为原巷道5充填前剖面图；

图4为原巷道5充填后剖面图；

图5为充填体中新开挖巷道7最终效果平面图；

图6为充填体中新开挖巷道7最终效果剖面图；

图7为充填体A掘出后巷道剖面图。

图中：

1-充填体；1(A)-A空间充填体；1(B)-B空间充填体；2-采空区；3-单体支柱；4-工作面支架；5-巷道；6-煤体；7-新开挖巷道；8-金属网；9-新开挖巷道一帮；10-新开挖巷道另一帮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的操作实例作进一步的描述，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。

步骤一：在回采上一个工作面平巷靠近采空区2一侧架设一排单体支柱3加铰接顶梁(或工字钢梁)，在高地应力、大采深条件下，该方式达到加强支护强度、控制巷道变形的目的，同时应根据回采工作面巷道5宽度、工作面顶板条件等因素，确定距原巷帮的距离一般选择1m和间排距一般选择0.5～1m。

步骤二：在单体支柱3之间间挂铁丝网8或双抗网等类似结构材料，网铺设到巷道顶板和底板，从而将巷道断面分成采空区侧和实体煤侧两段，一方面将采空区隔离，另一方面可以强化下一工作面巷帮支护。最终效果图如图3所示，从图3中看出，单体支柱和网组成一堵墙将巷道5断面分成A空间和B空间。其中A空间为墙到媒体6之间的空间，B空间为墙到采空侧原巷帮的空间。

步骤三：移动工作面支架4，随着工作面的推进，采用充填工艺对工作面后方巷道5分别充填采空区侧和实体煤侧，也就是说分别对A空间和B空间进行充填，对B空间的充填是为了为防止漏风及有毒有害气体泄漏，因此在充填B空间时采用泵送膏体管路充填方式进行密封。A空间和B空间充填后分别形成充填体1(A)和充填体1(B)；

待充填的胶结材料胶结成整体后，A空间充填体1(A)充实整个实体煤侧巷道，挤占巷道变形空间，从而控制巷道变形，防止底鼓；B空间充填体1(B)具有软胶结的特点，与采空区破碎岩石粘合后，确保采空区密封后不漏风，消除采空区漏风带来的自燃危险、有毒有害气体超限问题。充填过程平面图以及最终效果如图1、图2和图4；

步骤四：待工作面回采完毕，顶板稳定之后，将实体煤侧A空间充填体1(A)掘出作为新开挖巷道7，开挖出的空间为胎膜成巷的成品(见图7)，其中单体支柱3与所挂金属网8构成的墙体做为新开挖巷道7一帮9，原巷道5的实体煤帮为新开挖巷道另一帮10，作为下一个工作面的平巷，进行循环开采。最终效果如图5和图6。

在实际中，会碰到将A空间充填体1(A)掘出作为新开完巷道7后，宽度达不到矿井巷道设计宽度，这时候需要开采一部分实体煤补足宽度。

上述实施例中充填工艺流程主要分为干料配备、制浆、泵送充填三个环节。具体如下：

(1)干料配备

矸石破碎筛分系统主要包括破碎机、筛分机，完成矸石的加工破碎、研磨，为充填生产提供合格的细碎矸石。

破碎筛选后的矸石颗粒，按配比称量；与粉煤灰、添加剂按比例称量配料，运输至浆液制备站。

(2)制浆

浆液制备站主要负责矸石颗粒、粉煤灰、添加剂、水等材料的混合搅拌，为井下充填作业提供合格的浆液。

所述制备的浆液构成为：微小矸石颗粒+粉煤灰+水泥+水。根据充填物料物理、化学、力学及输送性能测试，选择材料配比，按照设计配比精准制备充填浆液。

(3)泵送充填

制备完成的矸石充填浆液，利用充填泵进行泵送，通过充填管路，将高流动性的充填浆液输送至工作面平巷及采空区，对回采后的巷道(实体煤侧及采空区侧)及采空区进行充填。

以上实施例中，通过采空区充填实现煤矿工作面完全无煤柱开采，建立起一种能够有效减小巷道变形、防止冲击地压的开采方法。

本发明的泵送充填技术是公知常识，利用的浆液也是本领域常用的充填材料，技术人员根据充填目的自己调整材料配比，在此不再详述。

本申请实施例针对高地应力、大采深、厚至特厚煤层的开采，设计了上述的胎膜成巷无煤柱开采方法，该方法利用料浆流动性好的特点，充填体无积存水，且无离析，能够充实整个实体煤侧巷道，挤占巷道变形空间，从而控制巷道变形，防止底鼓；同时利用单体支柱进行补强支护，控制巷道变形；利用充填体软胶结的特点，与采空区破碎岩石粘合后，确保采空区密封后不漏风，同时无煤柱布置利用自然卸压、避免人工卸压实现防止冲击地压的目的。该方法能够满足高地应力、大采深、厚至特厚煤层采空区密闭要求，保证煤层的安全开采。

本申请实施例提供的开采方法能够在高地应力、大采深的条件下保证良好的采空区封闭效果。由于精准制备充填浆液材料的特殊性，在留巷及其复用期间的多次动压扰动下仍能保持良好的密闭效果，不会出现局部漏风等情况。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，与本发明的技术方案实质相同的修改方案或者等同替换方案也应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种煤矿胎膜成巷无煤柱开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：在回采上一个工作面平巷靠近采空区一侧架设一排单体支柱加铰接顶梁或工字钢梁支护；

第二步：在相邻单体支柱之间挂铁丝网或双抗网，铁丝网或双抗网从巷道顶板铺设到底板，这样单体支柱与所挂网构成一道墙体，该墙体与实体煤帮以及巷道的顶、底板构成胎膜成巷施工的模板，该墙体同时将工作面后方的采空区间隔成两个空间，其中墙体与采空区实体煤侧的空间称为A空间，墙体与采空区巷帮侧的空间称为B空间；

第三步：随着工作面推进，对工作面后方的A空间和B空间分别进行充填，要求对A空间充填的强度足以保持巷道稳定，要求B空间充填的密实程度足以防止漏风和有害气体的溢出；

第四步：待工作面回采完毕，顶板稳定之后，将A空间的充填体掘出，开挖出的空间为胎膜成巷的成品，其中单体支柱与所挂网构成的墙体为巷道一帮，原巷道的实体煤帮为巷道另一帮，作为下一个工作面的平巷，进行循环开采。

2.根据权利要求1所述的胎膜成巷无煤柱开采方法，其特征在于，所述的墙体距离采空区巷帮侧距离为1mm，所述的单体支柱排间距为0.5～1m。

3.根据权利要求1所述的胎膜成巷无煤柱开采方法，其特征在于，在第三步中对B空间采用泵送膏体管路充填方式进行密实充填。

4.根据权利要求3所述的胎膜成巷无煤柱开采方法，其特征在于，所述的A空间和B空间的充填料均由矸石颗粒+粉煤灰+胶结材料+水组成，各组分的比例应满足充填料需要达到的功能。