CN113653492A - 一种充填开采防治冲击地压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对薄煤层开采冲击地压防治问题，布置传统长壁采区进行螺旋钻采并充填，工人无需进入工作面降低冲击时造成的危险；后退式回采，运输巷道作为采煤空间利于落煤，回风巷道作为充填空间可以充分利用废弃物的自重提高充填效率，并减小采煤与充填干扰。将几种废弃物组合在一起用于充填工作，充填废水部分来自井下废水避免上井，部分来自难于直接排放的洗选废水；充填废石部分来自井下掘进矸石避免上井，部分来自洗选固废，形成粒径搭配。通过废水搭配充填水袋作为充填体，具有很强的及时的支撑性能，间隔充填有废石后期支撑强度大，即使水袋后期破损也不会产生冲击影响，这种充填方式节约了成本并提高了充填效率。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采中的冲击地压领域，具体涉及一种充填开采防治冲击地压方法。
背景技术
煤炭是我国主体能源之一，然而随着煤炭开采年限的增加，矿井将进入深部开发阶段。随着采深的增加，以冲击地压为代表的地下动力灾害发生的频率和强度逐渐增加。煤矿冲击地压是煤岩体在开采过程中发生失稳破坏，使积聚的弹性能瞬间释放的动力灾害现象。井下切顶卸压、地面水力压裂、充填开采是最常用的冲击地压防治手段；但是井下切顶卸压需在井下施工切顶钻孔，施工位置一般位于回采巷道内，因此施工空间有限，导致施工设备的使用受限，钻孔施工的数量、致裂的强度和远度都受影响；地面水力压裂存在理想钻井施工位置在地面往往不具备施工条件影响，且水力压裂效果难以确定；而传统的充填开采由于充填效率低、充填成本高而很少用于冲击地压的防治中。同时煤矿开采产生的矸石占用良田，也是急需处理的废弃物。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种充填开采防治冲击地压方法，用于薄煤层开采时的冲击地压防治，具体包括如下步骤：
S1，布置采区，采用两翼开采方式，上山煤柱位于采区的走向中间，在上山煤柱内布置有沿倾向向上延伸的采区上山，包括运输上山和轨道上山，上山煤柱两侧的边界为两翼工作面的停采线；
S2，在采区上山煤柱的上部，自地面施工洗选固废运输井和洗选废水运输井，洗选固废运输井和洗选废水运输井皆与轨道上山相连，洗选固废主要包括洗选矸石和尾矿；
S3，在运输上山内向右施工长钻孔，长钻孔的延伸方向与将要掘进的回采巷道一致并布置于回采巷道内，通过长钻孔进行卸压；当回采左翼工作面时，自轨道上山内向左施工长钻孔；
S4，进行回采巷道掘进，自采区上山向右掘进运输巷道和回风巷道，运输巷道与运输上山相连，回风巷道和轨道上山相连，开切眼连通运输巷道和回风巷道；
S5，布置采煤系统，采用螺旋钻采工艺进行薄煤层的开采，将螺旋钻采煤机布置于运输巷道内，螺旋钻采煤机的钻杆向上钻采薄煤层，配备螺旋钻采煤机工作所需的配套设备，钻采出的煤经刮板输送机运输至运输上山内；
S6，布置充填系统，充填系统包括废水充填系统和废石充填系统；
废水充填系统包括布置于回风巷道内的废水充填管，其一端与井下废水处理系统以及洗选废水运输井相连，另一端与充填水袋相连；
废石充填系统包括布置于回风巷道内的废石充填管路，其一端与井下矸石处理系统以及洗选固废运输井相连，另一端深入钻采条带采空区内；
S8，采用后退式回采，沿着运输巷道的长度方向间隔上向钻采薄煤层，每钻采第一宽度的采煤段后留设第二宽度的煤柱，形成沿着运输巷道长度方向间隔分布的钻采条带采空区和煤柱；
S9，对钻采条带采空区底部进行及时的支护与封堵，在钻采孔口处自内而外依次支设木点柱、垒砌砖墙、浇筑水泥形成加固抹平层；对钻采条带采空区顶部采用形状相匹配的矩形断面钢管结构支撑钻采孔底；
S10，及时进行充填工作，在回风巷道内通过废水充填管和废石充填管路向钻采条带采空区内间隔充填废水和废石，充填废水的钻采条带采空区内应预先放置好充填水袋，从而形成间隔的充填废水体和充填废石体；其中，充填入的废水包括井下废水和/或洗选废水，充填入的废石包括井下矸石和洗选固废；
S11，进行右翼相邻工作面的回采工作，直至采完右翼所有工作面，并按照相同的方式采完左翼所有工作面。
优选的，还包括步骤S7，布置通风系统，新鲜的风依次流过运输上山、运输巷道，变成污风后依次流过切眼、回风巷道、轨道上山。
优选的，采用沿空留巷技术将上一工作面的运输巷道作为下一工作面的回风巷道，下一工作面仅需掘进运输巷道和开切眼，并适应性的调整与采区上山的连接关系。
优选的，充填水袋的大小与钻采条带采空区内的充填区域的尺寸一致，充填水袋可具有一定的弹性且具有较高的强度，能够承受覆岩给予的压力而不破。
优选的，井下废水处理系统的输水管路、井下矸石处理系统的矸石运输管路在采区的部分布置于轨道上山内。
优选的，步骤S10中，所述间隔充填废水和废石可以是每充填一次废石接着充填两次废水，也可以是每充填一次废石接着充填一次废水。
优选的，步骤S10中，充填废石时先充入井下矸石，再充洗选固废，以及时支撑顶板；或者在采区上山布置硐室，将井下矸石和洗选固废配比后再通过废石充填管路充填入钻采条带采空区内。
优选的，步骤S10中，在充填废水体顶部，通过钢板与矩形断面钢管结构焊接而封死。
优选的，步骤S8中，采用跳采方式回采采煤段，采一留一，相应的及时进行充填工作，向钻采条带采空区内充填废石；然后跳采留下的采煤段，相应的及时进行充填工作，向钻采条带采空区内充填废水，形成间隔的充填废水体和充填废石体。
有益效果：1、针对薄煤层开采冲击地压防治问题，采用螺旋钻采工艺并进行充填开采，工人无需进入工作面，利用螺旋钻采煤机在运输巷道内完成工作面的破煤、装煤、运煤工序，大大降低冲击地压产生时造成的危险；对于回采巷道的掘进工作，创造性的提出在采区上山内沿着回采巷道长度方向施工长钻孔进行卸压，防止巷道掘进时产生冲击危险。
2、本发明创造性的将煤矿生产过程中最常见的几种废弃物组合在一起用于充填工作，充填的废水一部分来自井下废水，避免其上井，一部分来自地面洗选废水，这种废水难于在地面直接排放，污染大；充填的废石，一部分来自井下的掘进矸石，避免其上井堆积占用良田，一部分来自洗选固废，井下掘进的矸石粒径较大，与粒径较小的洗选固废形成搭配，利于提高充填废石体的密实程度。需要强调的是，本发明并不是简单的对上述废弃物进行常规选择，而是有目的的进行了相应的搭配，如下，本发明创造性的提出通过废水搭配充填水袋作为充填体，螺旋钻采后形成由煤柱夹持的采空条带，并配合孔口支护密封以及孔底密封，限制了充填水袋的不规则变形，而充填的水体不具备压缩性，使其具有很强的且及时的支撑性能；同时间隔充填有废石，废石充填体后期的支撑强度大。而且对于冲击地压防治采用的充填开采技术，其不需要像对于建筑物下压煤采用的充填开采技术要求较高的沉陷控制量以及较长的控制年限，年久之后即使水袋破损，一方面由于其距离后期开采的工作面较远，并不会产生冲击影响，另一方面还有支撑能力较强的废石充填体形成支撑。此外，选用上述废弃物大大节约了成本并提高了充填效率。
3、本发明创造性的将传统的长壁采区布置方案用于薄煤层的螺旋钻采工艺，并采用后退式回采，利于采煤系统、充填系统以及通风系统的布置，运输巷道作为采煤空间，即螺旋钻采仅进行上向的回采，利于煤体的落煤，回风巷道作为充填空间，可以充分利用废弃物的自重提高充填效率，并减小采煤与充填的干扰。且这种布置方式利用通过施工长钻孔进行回采巷道掘进的卸压工作。钻采后及时对钻采条带采空区底部进行支护与封堵，利于通风与充填；钻采条带采空区顶部设置有形状相匹配的矩形断面钢管结构支撑钻采孔底，利于充填时孔口的稳固，充填结束后，对充填废水体顶部，通过钢板与矩形断面钢管结构焊接封死，利于充填废水体的稳定。创造性的提出在采区轨道上山内施工洗选固废运输井和洗选废水运输井处理洗选废弃物；对于废石的充填，先充井下矸石，再充洗选固废，可以及时支撑顶板；采用跳采方案可以先充填废石再充填废水，保持稳定的同时还可以延长充填体的支撑时间。
附图说明
图1是本发明一种充填开采防治冲击地压方法的整体布置平面图。
图2是图1中A处放大图。
图3是图1中B处放大图。
图中：采区1、上山煤柱2、运输上山3、轨道上山4、停采线5、洗选固废运输井6、洗选废水运输井7、长钻孔8、运输巷道9、回风巷道10、切眼11、螺旋钻采煤机12、钻杆13、刮板输送机14、废水充填管15、废石充填管路16、薄煤层17、采煤段18、钻采条带采空区18、煤柱19、木点柱20、垒砌砖墙21、加固抹平层22、充填水袋23、充填废水体23、充填废石体24。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。
如图1-3所示，一种充填开采防治冲击地压方法，用于薄煤层开采时的冲击地压防治，具体包括如下步骤：
S1，布置采区1，采用两翼开采方式（图1中主要示意出右翼），上山煤柱2位于采区1的走向中间，在上山煤柱2内布置有沿倾向向上延伸的采区上山，采区上山包括运输上山3和轨道上山4，上山煤柱2两侧的边界即为两翼工作面的停采线5；
S2，在采区上山煤柱2的上部，自地面施工洗选固废运输井6和洗选废水运输井7，洗选固废运输井6和洗选废水运输井7皆与轨道上山4相连，洗选固废主要包括洗选矸石和尾矿；
S3，在运输上山3内向右施工长钻孔8，长钻孔8的延伸方向与将要掘进的回采巷道一致并布置于回采巷道内，通过长钻孔进行卸压，利于回采巷道的掘进；当回采左翼工作面时，自轨道上山4内向左施工长钻孔8；
S4，进行回采巷道掘进，自采区上山向右掘进运输巷道9和回风巷道10，运输巷道9与运输上山3相连，回风巷道10和轨道上山4相连，开切眼11连通运输巷道9和回风巷道10；
S5，布置采煤系统，采用螺旋钻采工艺进行薄煤层的开采，将螺旋钻采煤机12布置于运输巷道9内，螺旋钻采煤机12的钻杆13向上钻采薄煤层，配备刮板输送机14等螺旋钻采煤机工作所需的配套设备，钻采出的煤经刮板输送机14运输至运输上山内；
S6，布置充填系统，充填系统包括废水充填系统和废石充填系统；
废水充填系统包括布置于回风巷道10内的废水充填管15，其一端与井下废水处理系统（图中未示出）以及洗选废水运输井7相连，另一端与充填水袋23相连，备好充填水袋；
废石充填系统包括布置于回风巷道10内的废石充填管路16，其一端与井下矸石处理系统（图中未示出）以及洗选固废运输井6相连，另一端深入钻采条带采空区18内；
S8，采用后退式回采，即自切眼11向采区上山方向回采；沿着运输巷道9的长度方向（沿走向）间隔上向钻采薄煤层17，每钻采第一宽度的采煤段18后留设第二宽度的煤柱19，形成沿着运输巷道9长度方向间隔分布的钻采条带采空区18和煤柱19；
S9，对钻采条带采空区18底部（运输巷道侧）进行及时的支护与封堵，在钻采孔口处自内而外依次支设木点柱20、垒砌砖墙21、浇筑水泥形成加固抹平层22；对钻采条带采空区18顶部（回风巷道侧）采用形状相匹配的矩形断面钢管结构支撑钻采孔底；
S10，及时进行充填工作，在回风巷道10内通过废水充填管15和废石充填管路16向钻采条带采空区18内间隔充填废水和废石，充填废水的钻采条带采空区18内应预先放置好充填水袋23，从而形成间隔的充填废水体23和充填废石体24；其中，充填入的废水包括井下废水和/或洗选废水，充填入的废石包括井下矸石和洗选固废；
S11，进行右翼相邻工作面的回采工作，直至采完右翼所有工作面，并按照相同的方式（参考步骤S3-S10）采完左翼所有工作面。
优选的，还包括步骤S7，布置通风系统，新鲜的风依次流过运输上山3、运输巷道9，变成污风后依次流过切眼11、回风巷道10、轨道上山4；
优选的，采用沿空留巷技术将上一工作面的运输巷道9作为下一工作面的回风巷道10，下一工作面仅需掘进运输巷道10和切眼11，并适应性的调整与采区上山的连接关系；
优选的，充填水袋的大小与钻采条带采空区18内的充填区域的尺寸一致，充填水袋可具有一定的弹性且具有较高的强度，能够承受覆岩给予的压力而不破。
优选的，井下废水处理系统的输水管路、井下矸石处理系统的矸石运输管路在采区的部分布置于轨道上山4内，即与运料系统的线路一致。
优选的，步骤S10中，所述间隔充填废水和废石可以是每充填一次废石接着充填两次废水（如图1所示），也可以是每充填一次废石接着充填一次废水。
优选的，步骤S10中，先充入井下矸石，再充洗选固废，以及时支撑顶板；或者在采区上山布置硐室，将井下矸石和洗选固废配比后再通过废石充填管路16充填入钻采条带采空区18内。
优选的，步骤S10中，充填废水体23顶部，通过钢板与矩形断面钢管结构焊接而封死。
优选的，步骤S8中，采用跳采方式回采采煤段18，采一留一，相应的及时进行充填工作，向钻采条带采空区18内充填废石；然后跳采留下的采煤段，相应的及时进行充填工作，向钻采条带采空区18内充填废水，形成间隔的充填废水体23和充填废石体24。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种充填开采防治冲击地压方法，用于薄煤层开采时的冲击地压防治，其特征在于，包括如下步骤：
S1，布置采区，采用两翼开采方式，上山煤柱位于采区的走向中间，在上山煤柱内布置有沿倾向向上延伸的采区上山，包括运输上山和轨道上山；
S2，在采区上山煤柱的上部，自地面施工洗选固废运输井和洗选废水运输井，洗选固废运输井和洗选废水运输井皆与轨道上山相连，洗选固废主要包括洗选矸石和尾矿；
S3，在运输上山内向右施工长钻孔，长钻孔的延伸方向与将要掘进的回采巷道一致并布置于回采巷道内，通过长钻孔进行卸压；当回采左翼工作面时，自轨道上山内向左施工长钻孔；
S4，进行回采巷道掘进，自采区上山向右掘进运输巷道和回风巷道，运输巷道与运输上山相连，回风巷道和轨道上山相连，开切眼连通运输巷道和回风巷道；
S5，布置采煤系统，采用螺旋钻采工艺进行薄煤层的开采，将螺旋钻采煤机布置于运输巷道内，螺旋钻采煤机的钻杆向上钻采薄煤层，配备螺旋钻采煤机工作所需的配套设备，钻采出的煤经刮板输送机运输至运输上山内；
S6，布置充填系统，充填系统包括废水充填系统和废石充填系统；
废水充填系统包括布置于回风巷道内的废水充填管，其一端与井下废水处理系统以及洗选废水运输井相连，另一端与充填水袋相连；
废石充填系统包括布置于回风巷道内的废石充填管路，其一端与井下矸石处理系统以及洗选固废运输井相连，另一端深入钻采条带采空区内；
S8，采用后退式回采，沿着运输巷道的长度方向间隔上向钻采薄煤层，每钻采第一宽度的采煤段后留设第二宽度的煤柱，形成沿着运输巷道长度方向间隔分布的钻采条带采空区和煤柱；
S9，对钻采条带采空区底部进行及时的支护与封堵，在钻采孔口处自内而外依次支设木点柱、垒砌砖墙、浇筑水泥形成加固抹平层；对钻采条带采空区顶部采用形状相匹配的矩形断面钢管结构支撑钻采孔底；
S10，及时进行充填工作，在回风巷道内通过废水充填管和废石充填管路向钻采条带采空区内间隔充填废水和废石，充填废水的钻采条带采空区内应预先放置好充填水袋，从而形成间隔的充填废水体和充填废石体；其中，充填入的废水包括井下废水和/或洗选废水，充填入的废石包括井下矸石和洗选固废；
S11，进行右翼相邻工作面的回采工作，直至采完右翼所有工作面，并按照相同的方式采完左翼所有工作面。
2.根据权利要求1所述的充填开采防治冲击地压方法，其特征在于，还包括步骤S7，布置通风系统，新鲜的风依次流过运输上山、运输巷道，变成污风后依次流过切眼、回风巷道、轨道上山。
3.根据权利要求1所述的充填开采防治冲击地压方法，其特征在于，采用沿空留巷技术将上一工作面的运输巷道作为下一工作面的回风巷道，下一工作面仅需掘进运输巷道和开切眼，并适应性的调整与采区上山的连接关系。
4.根据权利要求1所述的充填开采防治冲击地压方法，其特征在于，充填水袋的大小与钻采条带采空区内的充填区域的尺寸一致，充填水袋具有弹性和较高的强度，能够承受覆岩给予的压力而不破。
5.根据权利要求1所述的充填开采防治冲击地压方法，其特征在于，井下废水处理系统的输水管路、井下矸石处理系统的矸石运输管路在采区的部分布置于轨道上山内。
6.根据权利要求1所述的充填开采防治冲击地压方法，其特征在于，步骤S10中，所述间隔充填废水和废石是每充填一次废石接着充填两次废水，或者每充填一次废石接着充填一次废水。
7.根据权利要求1所述的充填开采防治冲击地压方法，其特征在于，步骤S10中，充填废石时先充入井下矸石，再充洗选固废，以及时支撑顶板；或者在采区上山布置硐室，将井下矸石和洗选固废配比后再通过废石充填管路充填入钻采条带采空区内。
8.根据权利要求1所述的充填开采防治冲击地压方法，其特征在于，步骤S10中，在充填废水体顶部，通过钢板与矩形断面钢管结构焊接而封死。
9.根据权利要求1所述的充填开采防治冲击地压方法，其特征在于，步骤S8中，采用跳采方式回采采煤段，采一留一，相应的及时进行充填工作，向钻采条带采空区内充填废石；然后跳采留下的采煤段，相应的及时进行充填工作，向钻采条带采空区内充填废水，形成间隔的充填废水体和充填废石体。
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