CN113586054A - 一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤炭资源开采技术领域，具体的说是一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，该方法包括：首先将巨厚煤层分为若干个实体煤层，然后对底端的实体煤层铺设巷道，对底端的实体煤层进行开采，最底端的实体煤层开采完毕后，逐层铺设强充填层与弱充填层，对顶端的未开采的实体煤层起着很好的支撑作用，有效避免了实体煤层坍塌的情况发生，大大提高了开采煤炭时的安全性，通过数据分析计算填充层的高度，最后逐步向上开采各分层，直至完成巨厚煤层全部开采完毕；本发明方法具有巷道布置系统简单，经济效益显著，能实现20m以上的巨厚煤层安全高效可靠的开采。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭资源开采技术领域，具体的说是一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法。
背景技术
随着东部矿区煤炭资源的枯竭，中部受资源与环境约束的矛盾加剧，我国煤炭资源开发重点已快速转移到西部地区；新疆煤炭资源极其丰富，是我国21世纪十分重要的能源基地接替区和战略能源储备区。新疆煤炭资源赋存的一个主要特点是厚煤层广泛分布且巨厚煤层多，如伊犁、吐哈、库拜等预测资源量超过100亿吨的煤田中都赋存有单层厚度大于20m以上的巨厚煤层，中国乃至世界上最大的整装煤田—准东煤田探明有单层厚度达80m以上的巨厚煤层，沙尔湖煤田更有单层厚度达200m以上的巨厚煤层。
经过多年的研究与实践，到目前为止，可以说我国煤炭资源开发已经形成了具有中国特色的厚煤层开采技术体系，但是大多数研究成果主要集中在煤层厚度为20m以下，针对像新疆地区厚度20m以上的巨厚煤层，煤炭开采大多会采用底端开凿逐渐放煤炭的方法开采煤炭，但放煤效率不便于调节，目前还没有一种安全、可靠、高效的巨厚煤层开采方法，因此急需一种巷道布置系统简单，提高经济效益，能确保20m以上的巨厚煤层安全高效开采的开采方法。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，包括以下步骤：
a、对巨厚煤层分层：对所采巨厚煤层的顶板岩层、底板岩层和煤层的水文地质采矿条件进行分析，将巨厚煤层均匀划分为若干个实体煤层；
b、对实体煤层底端层面进行开采：当给巨厚煤层均匀分层后，在相对最底端的一层实体煤层挖掘工作面的巷道，由巷道的两端逐渐向实体煤层的中心处开采；
c、铺设充填层：对实体煤层进行开采时，对已经开采过的地域进行充填，将充填层分为强充填层与弱充填层，强充填层设置在实体煤层开采后的边缘区域，弱充填层填充在实体煤层开采后的中心区域；
d、对剩余分层后的实体煤层进行开采：当底端的实体煤层开采完毕并充填好后；利用应力监测系统对巨厚煤层顶板运移情况进行分析；当位移和应力数值不再变化时，判定新形成的底部分层已垮落移动稳定；再重复步骤b、步骤c和步骤d对底端的实体煤层进行开采，直至巨厚煤层开采完毕。
上述实体煤层的分层数根据公式N＝1+int(D/p)计算，其中N为实体煤层的分层数，D为实体煤层的总厚度，p为综放支架开采上限。
上述实体煤层分层开采高度根据公式n＝D/N计算，其中n为实体煤层的平均分层厚度。
在一些具体实施例中，在所述步骤c中，所述强充填层在工作面长度方向上的尺寸保持不变，所述弱充填层在工作面长度方向上的尺寸保持不变。
在一些具体实施例中，在所述步骤c中，在从下到上的方向上，所述强充填层在工作面长度方向上的尺寸逐渐增大，所述弱充填层在工作面长度方向上的尺寸逐渐减小。
在一些具体实施例中，强充填层与弱充填层在工作面长度方向上的尺寸之比为：
l/L＝1+N/A
式中：所述强充填层在工作面长度方向上的尺寸为L，所述弱充填层在工作面长度方向上的尺寸为l，A为所开采煤层从下到上的分层数，N为实体煤层的分层数。
在一些具体实施例中，在所述步骤c中，所述强充填层为多个，多个强充填层沿工作面的长度方向间隔开设置，相邻所述强充填层之间设置弱充填层。
上述巷道的水平截面为U形结构。
上述强充填层的截面为“口”字结构，所述弱充填层的周边被强充填层包裹。
上述所述顶板岩层与底板岩层的厚度均为2.5—4.5米。
上述所述顶板岩层与底板岩层的厚度均为2.7米。
上述所述顶板岩层与底板岩层的厚度均为3.2米。
上述所述顶板岩层与底板岩层的厚度均为3.7米。
上述所述顶板岩层与底板岩层的厚度均为4.2米。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，将巨厚煤层若干个均厚的实体煤层，首先对实体煤层的底端进行开采，避免了顶端开采时开采不干净，留有原煤的情况发生，同时也避免了开采时矸石与原煤很合的情况发生，能够降低煤炭洗选量和生产成本。
(2)本发明所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，对逐层开采后的实体煤层区域进行强填充与弱填充，有效避免了实体煤层底端空虚塌陷的情况发生，并通过数据分析对开采的情况进行分析，为实体煤层底端的开采提供了安全保障。
(3)本发明所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，采取先开采巨厚煤层的顶部分层，再从实体煤层底端逐步向上开采中部以及顶端实体煤层的开采顺序，巷道布置系统简单，降低了掘进率和生产成本，优化了采煤工艺，经济效益显著，实现了20m以上的巨厚煤层的安全可靠高效开采，该方法具有广泛的实用性和推广性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的巨厚煤层划分分层示意图；
图2为本发明的实体煤层底端回采示意图；
图3为本发明的实体煤层回采后充填示意图；
图4为本发明的实体煤层回采工作面平面布置示意图。
图中：1、顶板岩层；2、底板岩层；3实体煤层；4、巷道；5、强充填层；6、弱充填层；A、开采工作面推进方向。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例一
如图1-图4所示，本发明所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，1.包括以下步骤：
a、对巨厚煤层分层：对所采巨厚煤层的顶板岩层1、底板岩层2和煤层的水文地质采矿条件进行分析，顶板岩层1与底板岩层2的厚度均为2.7米；将巨厚煤层均匀划分为若干个实体煤层3；实体煤层3的分层数根据公式N＝1+int(D/p)，计算，其中N为实体煤层3的分层数，D为实体煤层3的总厚度，p为综放支架开采上限；实体煤层3分层开采高度根据公式n＝D/N计算，其中n为实体煤层3的平均分层厚度；
b、对实体煤层3底端层面进行开采：当给巨厚煤层均匀分层后，在相对最底端的一层实体煤层3挖掘工作面的巷道4，巷道4的水平截面为U形结构，由巷道4的两端逐渐向实体煤层3的中心处开采；
c、铺设充填层：对实体煤层3进行开采时，对已经开采过的地域进行充填，将充填层分为强充填层5与弱充填层6，强充填层5设置在实体煤层3开采后的边缘区域，弱充填层6填充在实体煤层3开采后的中心区域，强充填层5的截面为“口”字结构，所述弱充填层6的周边被强充填层5包裹；
d、对剩余分层后的实体煤层进行开采：当底端的实体煤层3开采完毕并充填好后；利用应力监测系统对巨厚煤层顶板运移情况进行分析；当位移和应力数值不再变化时，判定新形成的底部分层已垮落移动稳定；再重复步骤b、步骤c和步骤d对底端的实体煤层3进行开采，直至巨厚煤层开采完毕。
实施例二
如图1-图4所示，本发明所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，1.包括以下步骤：
a、对巨厚煤层分层：对所采巨厚煤层的顶板岩层1、底板岩层2和煤层的水文地质采矿条件进行分析，顶板岩层1与底板岩层2的厚度均为3.2米；将巨厚煤层均匀划分为若干个实体煤层3；实体煤层3的分层数根据公式N＝1+int(D/p)，计算，其中N为实体煤层3的分层数，D为实体煤层3的总厚度，p为综放支架开采上限；实体煤层3分层开采高度根据公式n＝D/N计算，其中n为实体煤层3的平均分层厚度；
b、对实体煤层3底端层面进行开采：当给巨厚煤层均匀分层后，在相对最底端的一层实体煤层3挖掘工作面的巷道4，巷道4的水平截面为U形结构，由巷道4的两端逐渐向实体煤层3的中心处开采；
c、铺设充填层：对实体煤层3进行开采时，对已经开采过的地域进行充填，将充填层分为强充填层5与弱充填层6，强充填层5设置在实体煤层3开采后的边缘区域，弱充填层6填充在实体煤层3开采后的中心区域，强充填层5的截面为“口”字结构，所述弱充填层6的周边被强充填层5包裹；
d、对剩余分层后的实体煤层进行开采：当底端的实体煤层3开采完毕并充填好后；利用应力监测系统对巨厚煤层顶板运移情况进行分析；当位移和应力数值不再变化时，判定新形成的底部分层已垮落移动稳定；再重复步骤b、步骤c和步骤d对底端的实体煤层3进行开采，直至巨厚煤层开采完毕。
实施例三
如图1-图4所示，本发明所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，1.包括以下步骤：
a、对巨厚煤层分层：对所采巨厚煤层的顶板岩层1、底板岩层2和煤层的水文地质采矿条件进行分析，顶板岩层1与底板岩层2的厚度均为4.2米；将巨厚煤层均匀划分为若干个实体煤层3；实体煤层3的分层数根据公式N＝1+int(D/p)，计算，其中N为实体煤层3的分层数，D为实体煤层3的总厚度，p为综放支架开采上限；实体煤层3分层开采高度根据公式n＝D/N计算，其中n为实体煤层3的平均分层厚度；
b、对实体煤层3底端层面进行开采：当给巨厚煤层均匀分层后，在相对最底端的一层实体煤层3挖掘工作面的巷道4，巷道4的水平截面为U形结构，由巷道4的两端逐渐向实体煤层3的中心处开采；
c、铺设充填层：对实体煤层3进行开采时，对已经开采过的地域进行充填，将充填层分为强充填层5与弱充填层6，强充填层5设置在实体煤层3开采后的边缘区域，弱充填层6填充在实体煤层3开采后的中心区域，强充填层5的截面为“口”字结构，所述弱充填层6的周边被强充填层5包裹；
d、对剩余分层后的实体煤层进行开采：当底端的实体煤层3开采完毕并充填好后；利用应力监测系统对巨厚煤层顶板运移情况进行分析；当位移和应力数值不再变化时，判定新形成的底部分层已垮落移动稳定；再重复步骤b、步骤c和步骤d对底端的实体煤层3进行开采，直至巨厚煤层开采完毕。
实施例四
如图1-图4所示，本发明所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，1.包括以下步骤：
a、对巨厚煤层分层：对所采巨厚煤层的顶板岩层1、底板岩层2和煤层的水文地质采矿条件进行分析，顶板岩层1与底板岩层2的厚度均为4.2米；将巨厚煤层均匀划分为若干个实体煤层3；实体煤层3的分层数根据公式N＝1+int(D/p)，计算，其中N为实体煤层3的分层数，D为实体煤层3的总厚度，p为综放支架开采上限；实体煤层3分层开采高度根据公式n＝D/N计算，其中n为实体煤层3的平均分层厚度；
b、对实体煤层3底端层面进行开采：当给巨厚煤层均匀分层后，在相对最底端的一层实体煤层3挖掘工作面的巷道4，巷道4的水平截面为U形结构，由巷道4的两端逐渐向实体煤层3的中心处开采；
c、铺设充填层：对实体煤层3进行开采时，对已经开采过的地域进行充填，将充填层分为强充填层5与弱充填层6，强充填层5设置在实体煤层3开采后的边缘区域，弱充填层6填充在实体煤层3开采后的中心区域，强充填层5的截面为“口”字结构，所述弱充填层6的周边被强充填层5包裹；
d、对剩余分层后的实体煤层进行开采：当底端的实体煤层3开采完毕并充填好后；利用应力监测系统对巨厚煤层顶板运移情况进行分析；当位移和应力数值不再变化时，判定新形成的底部分层已垮落移动稳定；再重复步骤b、步骤c和步骤d对底端的实体煤层3进行开采，直至巨厚煤层开采完毕。
根据本发明的一些具体实施例，在所述步骤c中，所述强充填层5在工作面长度方向上的尺寸保持不变，所述弱充填层6在工作面长度方向上的尺寸保持不变。
根据本发明的一些具体实施例，在所述步骤c中，在从下到上的方向上，所述强充填层5在工作面长度方向上的尺寸逐渐增大，所述弱充填层6在工作面长度方向上的尺寸逐渐减小。
根据本发明的一些具体实施例，强充填层与弱充填层在工作面长度方向上的尺寸之比为：
l/L＝1+N/A
式中：所述强充填层5在工作面长度方向上的尺寸为L，所述弱充填层6在工作面长度方向上的尺寸为l，A为所开采煤层从下到上的分层数，N为实体煤层3的分层数。
根据本发明的一些具体实施例，在所述步骤c中，所述强充填层5为多个，多个强充填层5沿工作面的长度方向间隔开设置，相邻所述强充填层5之间设置弱充填层6。
通过对比实施例一、实施例二、实施例三和实施例四的采集数据对比，结合在区间的多次数据对比发现，顶板岩层与底板岩层的厚度在2.5—4.5米之间不会影响巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采的性能，且将巨厚煤层若干个均厚的实体煤层，首先对实体煤层的底端进行开采，避免了顶端开采时开采不干净，留有原煤的情况发生，同时也避免了开采时矸石与原煤很合的情况发生，能够降低煤炭洗选量和生产成本，对逐层开采后的实体煤层区域进行强填充与弱填充，有效避免了实体煤层底端空虚塌陷的情况发生，并通过数据分析对开采的情况进行分析，为实体煤层底端的开采提供了安全保障，采取先开采巨厚煤层的顶部分层，再从实体煤层底端逐步向上开采中部以及顶端实体煤层的开采顺序，巷道布置系统简单，降低了掘进率和生产成本，优化了采煤工艺，经济效益显著，实现了20m以上的巨厚煤层的安全可靠高效开采，该方法具有广泛的实用性和推广性。
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，能够以其他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。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a、对巨厚煤层分层：对所采巨厚煤层的顶板岩层(1)、底板岩层(2)和煤层的水文地质采矿条件进行分析，将巨厚煤层均匀划分为若干个实体煤层(3)；
b、对实体煤层(3)底端层面进行开采：当给巨厚煤层均匀分层后，在相对最底端的一层实体煤层(3)挖掘工作面的巷道(4)，由巷道(4)的两端逐渐向实体煤层(3)的中心处开采；
c、铺设充填层：对实体煤层(3)进行开采时，对已经开采过的地域进行充填，将充填层分为强充填层(5)与弱充填层(6)，强充填层(5)设置在实体煤层(3)开采后的边缘区域，弱充填层(6)填充在实体煤层(3)开采后的中心区域；
d、对剩余分层后的实体煤层进行开采：当底端的实体煤层(3)开采完毕并充填好后；利用应力监测系统对巨厚煤层顶板运移情况进行分析；当位移和应力数值不再变化时，判定新形成的底部分层已垮落移动稳定；再重复步骤b、步骤c和步骤d对底端的实体煤层(3)进行开采，直至巨厚煤层开采完毕。
2.根据权利要求1所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，其特征在于：所述实体煤层(3)的分层数根据公式N＝1+int(D/p)计算，其中N为所述实体煤层(3)的分层数，D为所述实体煤层(3)的总厚度，p为综放支架开采上限。
3.根据权利要求2所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，其特征在于：实体煤层(3)分层开采高度根据公式n＝D/N计算，其中n为所述实体煤层(3)的平均分层厚度。
4.根据权利要求1所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，其特征在于：在所述步骤c中，所述强充填层(5)在工作面长度方向上的尺寸保持不变，所述弱充填层(6)在工作面长度方向上的尺寸保持不变。
5.根据权利要求1所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，其特征在于：在所述步骤c中，在从下到上的方向上，所述强充填层(5)在工作面长度方向上的尺寸逐渐增大，所述弱充填层(6)在工作面长度方向上的尺寸逐渐减小。
6.根据权利要求5所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，其特征在于：强充填层与弱充填层在工作面长度方向上的尺寸之比为：
l/L＝1+N/A
式中：所述强充填层(5)在工作面长度方向上的尺寸为L，所述弱充填层(6)在工作面长度方向上的尺寸为l，A为所开采煤层从下到上的分层数，N为实体煤层(3)的分层数。
7.根据权利要求1所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，其特征在于：在所述步骤c中，所述强充填层(5)为多个，多个强充填层(5)沿工作面的长度方向间隔开设置，相邻所述强充填层(5)之间设置弱充填层(6)。
8.根据权利要求1所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，其特征在于：所述强充填层(5)的截面为“口”字结构，所述弱充填层(6)的周边被强充填层(5)包裹。
9.根据权利要求1所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，其特征在于：所述顶板岩层(1)与底板岩层(2)的厚度均为2.5—4.5米。
10.根据权利要求1所述的一种巨厚煤层强弱分区充填上行分层开采方法，其特征在于：所述顶板岩层(1)与底板岩层(2)的厚度均为2.7米。
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2021
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