CN118208235B - 一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法，属于煤矿安全开采技术领域；是先在运输巷道一侧巷帮开始掘进第一条充填巷道；在第一条充填巷道一侧巷帮支模具，然后向模具里浇注支撑材料；沿着第一条充填巷道设置模具的一侧掘进第二条充填巷道；在第一条充填巷道两头砌筑密闭墙，向第一条充填巷道充填注浆材料，同时在第二条充填巷道一侧巷帮支模具；循环上述步骤完成后续多条充填巷道的无煤柱充填支护；本方法可以充分适应边角煤及三下一上压煤所处的复杂多变的环境，且不需要设置煤柱，地面不再出现沉降，且能加固地质结构。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采技术领域，涉及一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法。
背景技术
煤矿开采过程中，如果开采方法不当极其容易出现边角煤，对边角煤进行安全的开采，是解决边角煤煤矿资源浪费问题的关键。
近年来，矿区大规模的机械化生产方式及正规开采布局结构，导致现有生产采区留下了边角残余块段及各种小煤柱，即边角煤。同时由于受到地质条件的制约等要素的影响，也会导致存在较多的边角煤和三下压煤。
（1）边角煤的成因。形成边角煤的主要原因：一是工作面正规布置方式，即顺槽与切眼直交的切块方式形成了边外三角煤，是形成边角煤的人为因素；二是受断层及地质构造影响，不能规则布置工作面的复杂块段，是构成边角煤的自然因素；三是由于采区煤柱、矿井煤柱等构成有一定开采价值的边角煤。
（2）边角煤赋存特征。边角煤赋存条件复杂，主要特征：一是块段形状的不规则性，有三角形、梯形、树叶形等形状，不规则性决定了现有大型综采设备的不适应性；二是煤厚变化的不稳定性，即受断层、冲刷带等地质因素的影响，煤厚变化大，决定了采用现有的工艺装备回采的不合理性；三是开采条件的复杂性，即周边受采空区或断层构造带等因素影响，开采压力大，顶板破碎，水、火、瓦斯等自然灾害威胁性大，从安全角度需要加大技术管理措施。
另外，几乎所有的井下开采的煤炭大中型企业，都面临着大量的“三下”压煤问题，因此，如何逐步开采“三下”压煤，或如何规划矿井的采掘接替顺序，把对地表的影响控制在最低限度；是煤炭企业已经面临而必须研究解决的问题。“三下一上”开采既要采出资源，又要保护地面建筑物和构筑物（如水坝、铁路等），同时还要防止上覆水体和下伏水体溃入，保证生产安全，因而在技术上有特殊的要求。三下压煤如果盲目开采，会带来了一系列的生态环境问题，导致地表沉陷、水资源破坏、水土流失、植被破坏、湿地缩减、大气和水环境污染等。
目前，煤柱充填开采煤矿的边角煤及三下一上压煤技术领域的现有技术主要包括以下几种：
1、掘进穿采方法；
2、连续采煤机配充填开采技术：该技术采用连续采煤机进行边角煤的开采，同时进行充填作业，实现快速掘进和充填，减少煤炭损失和巷道煤柱的留设。
3、充填开采与保水开采结合技术：该技术采用充填材料充填采空区，同时保持水体的稳定，实现边开采边充填，减少对环境的影响。
4、 矸石井下不升井抛掷技术：该技术采用新型的充填材料，如高水速凝充填材料等，将矸石充填至采空区，减少升井过程中的环境污染和运输成本。
这些现有技术已经在实际生产中得到了应用，并取得了一定的效果和成果。无煤柱充填开采煤矿的边角煤及三下一上压煤技术领域的现有技术虽然取得了一定的效果和成果，但仍存在一些缺点和不足之处，主要表现在以下几个方面：
1、掘进穿采方法导致煤炭的回收率较低，巷道工程量大，支护费用高，掘进速度受支护影响较大，吨煤回收成本较高且资源回收率低。
2、采出率及保水问题：无煤柱充填开采与保水开采结合技术要求精确控制充填材料的比例，如果充填材料选择不当，会对矿井内的水资源产生一定的破坏和污染。
3、充填成本问题：连续采煤机配充填开采技术等充填开采方式需要投入大量的充填材料，且充填成本较高，可能会影响煤矿的经济效益。
4、充填材料问题：现有的充填材料在充填过程中可能会产生一些有害气体和粉尘，对矿井内的作业环境产生一定的污染和危害。
总之，无煤柱充填开采煤矿的边角煤及三下一上压煤技术领域现有技术的缺点主要集中在采出率及保水问题、充填成本问题、充填材料问题和技术成熟度问题等方面，需要进一步的技术研发和改进。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法，解决边角煤及三下一上压煤采出率低、地面塌陷、安全性差的问题。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法，包括以下步骤：
1）在拟布置的工作面位置，开拓运输巷道、回风巷道；
2）在运输巷道一侧巷帮开始掘进第一条充填巷道；
3）第一条充填巷道掘进完成后，在第一条充填巷道一侧巷帮支模具，然后向模具里浇筑支撑材料；
4）浇筑支撑材料完成后，沿着第一条充填巷道设置模具的一侧掘进第二条充填巷道；
5）第二条充填巷道掘进完成后，在第一条充填巷道两头砌筑密闭墙，使第一条充填巷道形成独立空间，向第一条充填巷道充填注浆材料，完成第一条充填巷道无煤柱充填支护；同时在第二条充填巷道一侧巷帮支模具；
6）循环步骤3）至步骤5）依次完成后续多条充填巷道的无煤柱充填支护。
进一步的，在所述模具顶部预埋若干注浆管，所述注浆管用于充填注浆材料。
进一步的，所述支撑材料为混凝土胶结材料。
进一步的，支撑材料与巷道顶板密实连接。
进一步的，注浆材料为煤矸石或建筑垃圾经过粉碎后加水、水泥、粉煤灰混合成的充填材料。
进一步的，充填注浆材料时从第一根注浆管开始充填，当第二根注浆管出浆后，封堵第一根注浆管，开始从第二根注浆管注浆，以此类推，确保浆体精准密实接顶，注浆充填完成后形成一个密实体。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
1、本方法灵活多变，开采区域可大可小，可以充分适应边角煤及三下一上压煤所处的复杂多变的环境；可以对边角煤及三下一上压煤充分的开采，且不需要设置煤柱。
2、因为有模具和两头砌筑的密闭墙，在充填时可根据强度要求使用一定比例的煤矸石或建筑垃圾作为充填材料，如果遇到倾斜地质条件还可采用水砂充填方法施工，能进一步降低成本。
3、使用本方法后地面不再出现沉降，且能加固地质结构，为现有矿产资源的边角煤回收提供了实施性强的开采方式；而且在施工过程中采用废弃、廉价的物料进行填充，在一定程度上提高了废弃物的利用率，同时也起到了环境保护的作用。
附图说明
图1是现有三下压地带平面示意图。
图2是开拓运输巷道、回风巷道、运输大巷的平面图。
图3是掘进第一条充填巷道的平面图。
图4是在第一条充填巷道内支设模具的平面图。
图5是第一条充填巷道内的模具里浇筑支撑材料的平面图。
图6是掘进第二条充填巷道的平面图。
图7是在第一条充填巷道两头砌筑密闭墙，对第一条充填巷道充填，并在第二条充填巷道内支设模具的平面图。
图8是第二条充填巷道内的模具里浇筑支撑材料的平面图。
图9是在第二条充填巷道两头砌筑密闭墙，对第二条充填巷道充填的平面图。
图中：1、运输巷道，2、回风巷道，3、运输大巷，4、第一条充填巷道，5、模具，6、第二条充填巷道，7、密闭墙，8、注浆管，9、第三条充填巷道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见图1-图9，本实施例提出一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法，包括以下步骤：
1）利用物探、电测等技术手段结合井下采区地质说明书等原始资料，确定拟布置工作面位置。本实施例中，工作面位置地面存在湖泊、公路和村庄，属于三下一上压煤，如图1所示。
2）在拟布置的工作面位置，开拓运输巷道1、回风巷道2；在运输巷道1和回风巷道2一侧开设运输大巷3，用于连通运输巷道1和回风巷道2，如图2所示。
3）在运输巷道1一侧巷帮开始掘进第一条充填巷道4，如图3所示；
4）第一条充填巷道4掘进完成后，在第一条充填巷道4一侧巷帮支模具5（或模袋），在模具5支好之后，在模具5顶部预埋若干注浆管8，然后向模具5里浇注支撑材料；支撑材料为混凝土或其他能承压的胶结材料，支撑材料要与巷道顶板密实连接，如图4和图5所示。
5）浇注支撑材料完成后，沿着第一条充填巷道4设置模具5的一侧掘进第二条充填巷道6，如图6所示；
6）第二条充填巷道6掘进完成后，在第一条充填巷道4两头砌筑密闭墙7，使第一条充填巷道4形成独立空间，向第一条充填巷道4充填注浆材料，完成第一条充填巷道4无煤柱充填支护；同时在第二条充填巷道6一侧巷帮支模具5（或模袋），在模具5顶部等距预埋注浆管8；如图7所示。
其中，注浆材料可根据强度要求使用一定比例的煤矸石或建筑垃圾等粉碎后加水、水泥、粉煤灰混合成注浆材料充填，如果地形有一定的高度差可根据强度要求使用最低廉的水沙充填法进行充填巷道。
注浆充填时从第一根注浆管8开始充填，当第二根注浆管8出浆后，封堵第一根注浆管8，开始从第二根注浆管8注浆，以此类推，这样能确保浆体精准密实接顶，注浆充填完成后形成一个密实体。
7）开始往第二条充填巷道6一侧巷帮的模具5里浇注支撑材料，支撑材料必须严实接顶，如图8所示；
8）掘进第三条充填巷道9完成后，在第二条充填巷道6两头砌筑密闭墙7，然后利用预埋好的注浆管8开始向第二条充填巷道6充填注浆材料；以此循环作业。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (6)
1.一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在拟布置的工作面位置，开拓运输巷道、回风巷道；
2）在运输巷道一侧巷帮开始掘进第一条充填巷道；
3）第一条充填巷道掘进完成后，在第一条充填巷道一侧巷帮支模具，然后向模具里浇注支撑材料；
4）浇注支撑材料完成后，沿着第一条充填巷道设置模具的一侧掘进第二条充填巷道；
5）第二条充填巷道掘进完成后，在第一条充填巷道两头砌筑密闭墙，使第一条充填巷道形成独立空间，向第一条充填巷道充填注浆材料，完成第一条充填巷道无煤柱充填支护；同时在第二条充填巷道一侧巷帮支模具；
6）循环步骤3）至步骤5）依次完成后续多条充填巷道的无煤柱充填支护。
2.根据权利要求1所述的一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法，其特征在于，在所述模具顶部预埋若干注浆管，所述注浆管用于充填注浆材料。
3.根据权利要求1所述的一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法，其特征在于，所述支撑材料为混凝土胶结材料。
4.根据权利要求1所述的一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法，其特征在于，支撑材料与巷道顶板密实连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法，其特征在于，注浆材料为煤矸石或建筑垃圾经过粉碎后加水、水泥、粉煤灰混合成的充填材料。
6.根据权利要求2所述的一种无煤柱充填开采边角煤及三下一上压煤的方法，其特征在于，充填注浆材料时从第一根注浆管开始充填，当第二根注浆管出浆后，封堵第一根注浆管，开始从第二根注浆管注浆，以此类推，使浆体精准密实接顶，注浆充填完成后形成一个密实体。
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