CN117432410B - 一种条带采空区遗留煤柱充填复采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种条带采空区遗留煤柱充填复采方法，包括：沿大巷向封闭条带采空区内进行钻孔钻探，探明采空区内危险源；在大巷沿着条带采空区倾斜方向由低位向高位采用水平定向钻孔逐级充填，直至充满整个采空区，形成煤柱、充填体协同承载体系；待充填体达到预定强度后，在区段煤柱中部新掘两条顺槽，并在采空区末端遗留条带煤柱处新掘切眼，形成新的膏体充填综采生产系统；新系统形成后边回采边充填，同时密切关注矿山压力以及围岩位移变形等情况。本发明依次对采空区遗留煤柱的完整回收，其回收过程安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及采煤技术领域，具体涉及一种条带采空区遗留煤柱充填复采方法。
背景技术
在建筑物下的薄及中厚煤层中采用条带开采是保证地面建筑物安全、解放建筑物下压煤资源的行之有效的开采方式。几十年来,我国煤矿采用条带开采方式在建筑物下压煤资源开采过程中,形成了大面积的条带采空区，同时,也将大量条带煤柱作为上覆岩层的支撑体遗留井下,造成了煤炭资源的浪费。同时，随着时间延长,这些煤柱发生失稳的可能性越来越大，一旦煤柱发生失稳,将造成矿区地震、地表塌陷、房屋破坏等地质灾害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种条带采空区遗留煤柱充填复采方法，通过两次充填，把过去遗留的煤柱资源复采出来,提高煤炭资源回收率，同时可以杜绝由煤柱失稳造成的矿区地质灾害隐患。
为实现上述目的，本发明的一种条带采空区遗留煤柱充填复采方法，包括：
步骤S1、不重启条带采空区的原采煤系统，从大巷保护煤柱向采空区内打水平定向探测钻孔，钻孔钻进到采空区后，排除采空区内危险源；
步骤S2、沿大巷方向将整个采空区划分成三个区域，每个区域打设一个充填钻孔，然后进行逐级充填，使膏体充满条带采空区，形成充填体；
步骤S3、采空区内充填体达到设计强度后，沿原工作面间保护煤柱内掘出新的顺槽，并在采空区远离大巷的边缘煤柱内开掘切眼，形成一套新的采煤系统；
步骤S4、当整个生产系统布置完成后，采取后退式回采，边采边充，每条遗留煤柱采完后，即对形成的采空区进行膏体充填，直到采完整个条带采空区。
进一步地，在步骤S2中，所述逐级充填，具体包括：将采空区分为三个区域，分三个阶段充填，
第一阶段，在第一区域内打设一阶段充填钻孔，沿一阶段充填钻孔方向进行充填，充填完成后，形成垂直于大巷方向的一阶段充填接顶区和一阶段充填未接顶区；
第二阶段，在第二区域内打设二阶段充填钻孔，沿二阶段充填钻孔方向进行充填，充填完成后，形成垂直于大巷方向的二阶段充填接顶区和二阶段充填未接顶区；
第三阶段，在第三区域内打设三阶段充填钻孔，沿三阶段充填钻孔方向进行充填，充填完成后，形成垂直于大巷方向的三阶段充填接顶区；整个采空区完全接顶，采空区内充填体与条带煤柱相互嵌合形成整体，共同承载上部覆岩。
进一步地，确定膏体充填材料强度的步骤：假设有M个条带采空区，所有充填体所形成的支撑体系之和不小于上覆岩层的重量，其计算公式为
式中，σg为充填体的单轴抗压强度；γ为上覆岩层的平均容重；H为煤层平均埋深；D为一个条带采空区宽度。
进一步地，在步骤S2中，各个区域的充填钻孔之间的间距由下式确定：
式中，d为水平定向预充填钻孔的间隔距离；L为条带采空区的走向长度；R为膏体材料的扩散半径；α为采空区倾角；[]表示取整操作。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用膏体充填方式，用充填材料充满条带采空区，再把过去遗留下的条带煤柱资源复采出来，并对回采所形成的新空条带继续采用充填法进行充填，进一步提高煤炭资源回收率的同时，又可以杜绝由条带煤柱失稳造成的矿区地质灾害隐患，延长矿井服务年限；
(2)同时，由于施工初期所有工作均在大巷内通过水平定向钻孔完成，采空区全部充填完成后沿区段煤柱中部重新开掘回采巷道，保证了井下施工人员的安全。
附图说明
图1为条带采空区充填复采流程图；
图2为本发明中的条带采空区平面结构示意图；
图3为本发明中的采空区逐级充填示意图；
图4为新生产系统顺槽及开切眼布置示意图。
图中，1—运输大巷；2—两采煤工作面间煤柱；3—条带采空区；4—遗留煤柱；5—探测钻孔；6-水平定向钻机；7—一阶段充填钻孔；8—一阶段充填接顶区；9—一阶段充填未接顶区；10—二阶段充填钻孔；11—二阶段充填接顶区；12—二阶段充填未接顶区；13—三阶段充填钻孔；14—三阶段充填接顶区；15—新开顺槽；16—切眼。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，为本发明的一种条带采空区遗留煤柱充填复采方法流程图,条带采空区的整体示意图如图2所示。
本方法具体包括如下步骤：
步骤S1、不重启条带采空区的原采煤系统，从大巷保护煤柱向采空区内打水平定向探测钻孔5，钻孔钻进到采空区后，排除采空区内危险源。若探测表明有自燃发火倾向，可向采空区预先注入惰性气体，若采空区内发现积水，通过观测孔疏水降压到工作面底板与水平探测孔高差范围内，再在适当位置钻近底板钻孔进一步疏防水。
步骤S2、沿大巷方向将整个采空区划分成三个区域，每个区域打设一个充填钻孔，然后进行逐级充填，使膏体充满条带采空区，形成充填体。如图3所示，具体如下：将采空区分为三个区域，分三个阶段充填，
第一阶段，在第一区域内打设一阶段充填钻孔7，沿一阶段充填钻孔7方向进行充填，充填完成后，形成垂直于大巷方向的一阶段充填接顶区8和一阶段充填未接顶区9；
第二阶段，在第二区域内打设二阶段充填钻孔10，沿二阶段充填钻孔10方向进行充填，充填完成后，形成垂直于大巷方向的二阶段充填接顶区11和二阶段充填未接顶区12；
第三阶段，在第三区域内打设三阶段充填钻孔13，沿三阶段充填钻孔13方向进行充填，充填完成后，形成垂直于大巷方向的三阶段充填接顶区14；整个采空区完全接顶，采空区内充填体与条带煤柱相互嵌合形成整体，共同承载上部覆岩。
步骤S3、采空区内充填体达到设计强度后，沿原工作面间保护煤柱内掘出新开顺槽15，并在采空区远离大巷的边缘煤柱内开掘切眼16，形成一套新的采煤系统；
步骤S4、当整个生产系统布置完成后，采取后退式回采，边采边充，每条遗留煤柱采完后，即对形成的采空区进行膏体充填，直到采完整个条带采空区。
膏体充填后，其强度决定对顶板的支撑力，对后续的开采安全产生较大的影响，因此，需要对膏体材料的强度进行计算。确定膏体充填材料强度的步骤：假设有M个条带采空区，所有充填体所形成的支撑体系之和应不小于上覆岩层的重量，其计算公式为
式中：σg为充填体的单轴抗压强度；γ为上覆岩层的平均容重；H为煤层平均埋深；D为一个条带采空区宽度。
膏体预充填水平定向钻孔的布置方向由条带采空区的倾向倾角决定，由低位向高位逐级充填。布置数量由条带采空区的走向长度及膏体材料扩散半径决定。其中布置间距可由下式确定：
式中：d为水平定向预充填钻孔的间隔距离；L为条带采空区的走向长度；R为膏体材料的扩散半径；α为采空区倾角；[]表示取整操作。
本发明先通过第一次充填，将遗留煤柱间的采空区充入膏体，与遗留煤柱一起对顶板进行支撑，可提高整个采空区的支撑能力，为后续遗留煤柱的开采提高安全保障；在布置新的采掘系统后，采取后退式回采，按上下顺序对每一个遗留煤柱进行开采，当开采完一个遗留煤柱后，即对其产生的采空区及时进行膏体充填。即边采边充，这种充填开采方式可以对顶板进行及时支护，进一步提高开采和充填工作的安全性。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种条带采空区遗留煤柱充填复采方法，其特征在于，包括：
步骤S1、不重启条带采空区的原采煤系统，从大巷保护煤柱向采空区内打水平定向探测钻孔，钻孔钻进到采空区后，排除采空区内危险源；
步骤S2、沿大巷方向将整个采空区划分成三个区域，每个区域打设一个充填钻孔，然后进行逐级充填，使膏体充满条带采空区，形成充填体；所述逐级充填，具体包括：将采空区分为三个区域，分三个阶段充填，
第一阶段，在第一区域内打设一阶段充填钻孔，沿一阶段充填钻孔方向进行充填，充填完成后，形成垂直于大巷方向的一阶段充填接顶区和一阶段充填未接顶区；
第二阶段，在第二区域内打设二阶段充填钻孔，沿二阶段充填钻孔方向进行充填，充填完成后，形成垂直于大巷方向的二阶段充填接顶区和二阶段充填未接顶区；
第三阶段，在第三区域内打设三阶段充填钻孔，沿三阶段充填钻孔方向进行充填，充填完成后，形成垂直于大巷方向的三阶段充填接顶区；整个采空区完全接顶，采空区内充填体与条带煤柱相互嵌合形成整体，共同承载上部覆岩；
步骤S3、采空区内充填体达到设计强度后，沿原工作面间保护煤柱内掘出新的顺槽，并在采空区远离大巷的边缘煤柱内开掘切眼，形成一套新的采煤系统；
步骤S4、当整个生产系统布置完成后，采取后退式回采，边采边充，每条遗留煤柱采完后，即对形成的采空区进行膏体充填，直到采完整个条带采空区。
2.根据权利要求1所述的一种条带采空区遗留煤柱充填复采方法，其特征在于，确定膏体充填材料强度的步骤：设有M个条带采空区，所有充填体所形成的支撑体系之和不小于上覆岩层的重量，其计算公式为
,
式中，σ g 为充填体的单轴抗压强度；γ为上覆岩层的平均容重；H为煤层平均埋深；D为一个条带采空区宽度。
3.根据权利要求1所述的一种条带采空区遗留煤柱充填复采方法，其特征在于，在步骤S2中，各个区域的充填钻孔之间的间距由下式确定：
,
式中，d为水平定向预充填钻孔的间隔距离；L为条带采空区的走向长度；R为膏体材料的扩散半径；α为采空区倾角；[]表示取整操作。
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