JP2019531428A - 浅炭層保水採掘方法およびその応用 - Google Patents

Abstract

本発明は、「五図—三帯—両区分」の保水採掘方法を開示し、鉱山工学と水文地質特性のデータを分析することにより、岩被りタイプの区分図、岩盤の厚さの等高線図、帯水層の帯水区分図、非帯水層の厚さの等高線図と炭層厚の等高線図（「五図」と略称する）を決定し、「五図」に基づいて、異なる岩被り区分の炭層のフルマイニングにおける崩落帯、透水破砕帯と保護帯（「三帯」と略称する）の高さを計算し、さらに岩盤の厚さ、非帯水層の厚さおよび帯水層の帯水特性と合わせ、地下水に対する採炭の影響の区分おとび保水採掘技術の適用性区分（「両区分」と略称する）を決定する。当該方法は、保水採炭のための斬新、全面かつ系統的な研究方法を提供し、この方法は、保水採炭の研究プロセスをより標準化させ、実用的で、操作が簡単で、理解と促進しやすい方法である。

Description

本発明は、石炭採掘技術に関し、詳しく言えば、浅炭層保水採掘方法およびその応用に関する。

中国の主要な石炭生産地である中国西北地区は、乾燥・半乾燥の大陸性気候地域に位置するため、地域内における水資源が不足であり、植生被覆率が低く、生態系が脆弱である。従来の方法で石炭を採掘する作業からみると、採鉱によって誘発された亀裂の発達は、必然的に鉱山地域における大規模な土壌侵食と、それと伴う様々な鉱山環境または地質的影響を引き起こし、もともとの脆弱である生態系をさらに悪化させる。したがって、石炭採掘と共に、環境保護、特に水資源の保護を注意しなければならない。

保水採掘という概念は前世紀末に形成され、長年の研究により、保水採掘に関する一定の成果を取得し、生態系の水位を保護することを目的とする保水採掘技術システムが始めに形成された。しかしながら、不透水複合岩体の厚さと採掘の高さの比が小さい浅炭層地域、特に不透水複合岩体の厚さと採掘の高さの比が１８〜３５未満の地域では、従来の長壁式採炭法により、浅層水資源の流失は避けられないが、採掘の高さを低くしたり、または部分充填採掘法などの保水採掘方法を使用したりをすれば、石炭資源の浪費などの問題をさらに引き起こす。従来の長壁式採炭法の欠点および部分保水採掘方法の制限を考慮すると、短壁式充填採掘法は、浅炭層保水採掘を実現するための有効な方法の１つである。現在、保水採掘に関する研究結果には、不透水層の不安定性を判断する基準として、導水亀裂帯の発達が主に使用されているが、採鉱によって誘発された導水亀裂帯上の不透水複合岩体の透水性の変化も、生態系の水位の低下における重要な原因である。充填保水採掘方法は、導水亀裂帯上の不透水複合岩体の透水性の変化を効果的に制御することができ、浅炭層地域における保水採掘を実現できる。

しかしながら、従来の充填採掘法は、主に採炭と充填との調整作業が困難であることと、複雑な充填システムと、大きな充填スペースおよび長い充填時間などの問題を有している。上記充填採掘法の制限を改善し、さらにこの採掘法を浅炭層地域における保水採掘に適合させるため、浅炭層保水採掘方法およびその応用を提出する。この採掘法は、導水亀裂帯上の不透水複合岩体の透水性の変化を制御する観点から、採掘パラメータ（掘進坑道の幅、坑道間隔の幅、坑道掘進の速度、充填速度および間隔充填時間等）を制御することによって、浅炭層地域における保水採掘を実現し、保水採掘法の選択及び適用条件を広げる精密な充填採掘法である。さらに、この方法は、石炭採掘の生産システムを単純化し、採炭効率および採収率を向上し、採炭と充填との調整作業を実現できる安全かつ効率的な保水採掘方法である。

解決しようとする課題：採炭と充填との調整作業が困難であることと、複雑な充填システムと、大きな充填スペースおよび長い充填時間などの問題を有する従来の技術に対して、本発明は、単純かつ容易な操作、高い採炭効率および採収率、採炭と充填との調整作業などの利点を有する浅炭層保水採掘方法を提供する。

技術的手段：浅炭層保水採掘方法であり、この方法は以下のステップを有する。

ステップ１：主搬送坑道が、作業面の走向方向における縁の片側に配置され、補助搬送坑道が反対側に配置され、作業面の傾斜方向における縁が走向方向と垂直であり、開削口を配置することにより、主搬送坑道と補助搬送坑道を通じさせるステップ、

ステップ２、作業面を、走向方向と垂直に少なくとも２組の採掘サイクルに分割し、開削口に隣接する１組の採掘サイクルを除き、残りの各組の採掘サイクルは、作業面の傾斜方向おける縁の片側に沿って先掘り開削口坑道を残し、開削口及び上記先掘り開削口坑道が作業面の走向方向に沿う片側に保護炭柱を残すステップ、

ステップ３、各組の採掘サイクルにおいて、保護炭柱が作業面の走向方向の片側に沿って、主搬送坑道と垂直または傾斜で少なくとも８本の先掘り坑道を分割し、少なくとも２つの作業区間に分け、各作業区間を少なくとも２組の採掘段階に分け、作業面の傾斜方向おける縁側に近い採掘サイクル、採掘段階および先掘り坑道はそれぞれ第１の採掘サイクル、第１の採掘段階および第１組の先掘り坑道とし、残りの組は作業面の走向に沿って順次に順番付けられるステップ、

ステップ４、第１の採掘サイクルから掘り進み始め、各作業区間が同時に掘り進み、各作業区間の第１の採掘段階における第１組の先掘り坑道から、主搬送坑道によって石炭を搬送し、掘り進みが完了した後、掘削された坑道と主搬送坑道の接合部に密封壁を設置し、その後、次の採掘段階における第１組の先掘り坑道から掘り始め、それと同時に補助搬送坑道によって前の採掘段階における掘削された坑道の充填を行い、充填が完了した後、充填済みの掘削された坑道と補助搬送坑道の接合部に密封壁を設置し、最後の組の採掘段階における第１組の先掘り坑道の掘り進みが完了したまで、密封壁を設置し、その後、第１の採掘段階における次の組の先掘り坑道を掘り進み、それと同時に最後の組の採掘段階における掘削された坑道の充填を行い、充填が完了した後で密封壁を設置し、そして次の採掘段階における次の組の先掘り坑道から掘り始め、掘り進むと同時にその前の採掘段階における掘削された坑道の充填を行い、各作業区間の最後の組の採掘段階における最後組の先掘り坑道の掘り進みが始まるまで同様に実施するステップ、

ステップ５、第１の採掘サイクルの各作業区間の最後の１組の採掘段階における最後の１組の先掘り坑道を掘り進み、その前の組の採掘段階における掘削された坑道の充填を行うと同時に、新たな開削口として次の採掘サイクルの先掘り開削口坑道を掘り進み、採掘サイクルの移行を行い、掘り進みが完了した後、前の採掘サイクルにおける掘削された坑道および開削口と主搬送坑道の接合部に密封壁を設置するステップ、

ステップ６、採掘サイクル間の移行が完了した後、次の採掘サイクルが現在の採掘サイクルとし、各作業区間の第１の採掘段階における第１の組の先掘り坑道を掘り進むと同時に前の採掘サイクルの各作業区間の最後の１組の採掘段階における最後の１組の先掘り坑道と開削口を充填し、密封壁を設置し、そしてステップ４を繰り返すすステップ、

ステップ７、作業面における最後の組の採掘サイクルの各作業区間の最後の組の採掘段階における最後の組の先掘り坑道の掘進を完了した後に、充填を行い、採掘過程の全体が完了するまで、ステップ５とステップ６を繰り返す。

好ましくは、ステップ１において、主搬送坑道と補助搬送坑道が「仰採俯充」（上向き採炭、下向き充填）の基準に従って配置され、すなわち、主搬送坑道はより低い層位に配置され、補助搬送坑道はより高い層位に配置される。

好ましくは、上述ステップ４において、各採掘段階における次の１組の先掘り坑道はその前の１組の掘削された坑道と隣接または間隔をおく。

好ましくは、上述ステップ４において、各作業区間の最後の１組の採掘段階における最後の１組の先掘り坑道は、次の採掘サイクルの先掘り開削口坑道に近接しない。

本発明は、不透水複合岩体の厚さと採掘の高さの比が１８〜３５の浅炭層における上述保水採掘方法の応用を提供する。

好ましくは、主に赤土帯水層の透水性の制御に使用される。

発明の効果：本発明は、多点並列掘削作業の方法によって採炭を行い、掘進が完了した後に坑道と主搬送坑道の接合部に密封壁を設置し、坑道を充填すると同時に次の組の坑道を掘り進み、掘進作業が充填作業と独立で行われる。掘進坑道と充填坑道の両側は、常に未掘削の石炭体または充填された支持強度要件を満たす充填体で支えられ、掘進坑道の幅、坑道掘進の速度および充填材の比率を制御することによって、採鉱によって誘発された亀裂の発達と坑道ルーフの沈下を効果的に制御することができる。当該方法は、掘削（採炭）と充填の同期作業を実現し、掘削作業面からの連続的で安定した効率的な石炭生産を確保し、充填体を固化してベアリング強度要件を満たすまで、作業面を充填するための十分な時間と有効なスペースを提供し、採鉱によって誘発された亀裂の発達と坑道ルーフの沈下を効果的に制御することができ、石炭資源の水資源保護採掘（保水採掘）と安全、効率的かつ高回収率の採掘を実現できる。この方法は単純であり、石炭採掘率は高く、亀裂の発達の制御効果は良好であり、そして広い実用性を有しています。

図１は、本発明に係る作業面の主搬送坑道、補助搬送坑道の配置を示す概略図である。
図２は、実施例１に係る作業面が３つの採掘サイクルに分割されることを示す概略図である。
図３は、実施例１に係る第１の採掘サイクルの中で、採掘段階および先掘り坑道が分割されることを示す概略図である。
図４は、実施例１に係る第１の採掘サイクルの各作業区間の第１の採掘段階における第１組の坑道の掘進作業を示す概略図である。
図５は、実施例１に係る第１の採掘サイクルの各作業区間の第２の採掘段階における第１組の坑道の掘進作業を行う同時に第１採掘段階における第１組の坑道の充填作業を行うことを示す概略図である。
図６は、実施例１に係る第１の採掘サイクルの各作業区間の第１の採掘段階における第２組の坑道の掘進作業を行う同時に第２採掘段階における第１組の坑道の充填作業を行うことを示す概略図である。
図７は、実施例１に係る第１の採掘サイクルの各作業区間の第２の採掘段階における第２組の坑道の掘進作業を行う同時に第１採掘段階における第２組の坑道の充填作業を行うことを示す概略図である。
図８は、実施例１に係る第１の採掘サイクルの各作業区間の第１の採掘段階における第３組の坑道の掘進作業を行う同時に第２採掘段階における第２組の坑道の充填作業を行うことを示す概略図である。
図９は、実施例１に係る第１の採掘サイクルの各作業区間の第２の採掘段階における第３組の坑道の掘進作業を行う同時に第１採掘段階における第３組の坑道の充填作業を行うことを示す概略図である。
図１０は、実施例１に係る第１の採掘サイクルの各作業区間の第１の採掘段階における第４組の坑道の掘進作業を行う同時に第２採掘段階における第３組の坑道の充填作業を行うことを示す概略図である。
図１１は、実施例１に係る第１の採掘サイクルの１つの作業区間の最後の組の採掘段階における最後の組の先掘り坑道を掘り始め、前の採掘段階における掘削された坑道を充填し始めると同時に次の採掘段階における先掘り開削口坑道の掘進作業を開始する概略図である。
図１２は、実施例１に係る現在の採掘サイクルの各作業区間の第１の採掘段階における第１組の先掘り坑道を掘り進む同時に前の採掘サイクルの各作業区間の最後の組の採掘段階における最後の組の先掘り坑道と開削口を充填する作業を示す概略図である。
図１３は、実施例１に係る掘進と充填作業の作業面が採掘サイクル間の移行を完了することを示す概略図である。
図１４は、実施例１に係る作業面におけるすべての採掘サイクルの掘進および充填作業を完了することを示す概略図である。
図面において、、１−主搬送坑道、２−補助搬送坑道、３−開削口、４−保護炭柱、５−掘進作業面、６−充填作業面、７−密封壁、８−先掘り坑道、Ｒｙｚｘは第ｙ採掘サイクルの第ｚ組の先掘り坑道の第ｘ採掘段階であり、ｙ＝１または２、ｚ＝１、２、３または４、ｘ＝１または２。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施例について詳しく説明する。

実施例１
浅炭層保水採掘方法であり、不透水複合岩体の厚さと採掘の高さの比が１８〜３５の浅炭層に適用され、この方法は以下のステップを有する。

ステップ１：作業面の推進長は３５０ｍ、幅は１５０ｍ、図１を参照しつつ、主搬送坑道１が、作業面の走向方向における縁の片側に配置され、補助搬送坑道２は反対側に配置され、作業面の傾斜方向における縁が走向方向と垂直であり、開削口３を配置することにより、主搬送坑道１と補助搬送坑道２を通じさせる。主搬送坑道１と補助搬送坑道２が「仰採俯充」（上向き採炭、下向き充填）の基準に従って配置され、すなわち、主搬送坑道１はより低い層位に配置され、石炭が下向きに搬送され、補助搬送坑道２はより高い層位に配置され、充填材料は上から下まで充填され、その充填材料は脈石である。

ステップ２：作業面を、走向方向と垂直に３組の採掘サイクルに分割し、図２を参照しつつ、開削口３に隣接する１組の採掘サイクルを除き、残りの各組の採掘サイクルは、作業面の傾斜方向おける縁の片側に沿って先掘り開削口坑道を残し、開削口３及び上記先掘り開削口坑道が作業面の走向方向に沿う片側に保護炭柱４を残し、先掘り開削口坑道の幅は６ｍ、保護炭柱４の幅は１０〜１５ｍである。

ステップ３：図３を参照しつつ、各組の採掘サイクルにおいて、保護炭柱４が作業面の走向方向の片側に沿って、主搬送坑道１と垂直または傾斜して１６本の先掘り坑道を分割し、各坑道の幅は６ｍであり、さらに２つの作業区間に分割され、各作業区間は２組の採掘段階に分割され、作業面の傾斜方向おける縁側に近い採掘サイクル、採掘段階および先掘り坑道はそれぞれ第１の採掘サイクル、第１の採掘段階および第１組の先掘り坑道とし、残りの組は作業面の走向方向に沿って順次に順番付けられる。

ステップ２とステップ３において、坑道掘進の速度が速く、充填体の凝固時間が比較的長い場合、掘進坑道の片側（または両側）の充填体が凝固して支持強度要件を満たすことができるようにするため、採掘段階の個数を減らして各採掘段階における先掘り坑道８の本数を増やす必要がある、逆の場合、採掘段階の個数を増やして各採掘段階における先掘り坑道８の本数を減ら必要がある。

ステップ４、図４〜図１０を参照しつつ、第１の採掘サイクルから掘り進みが始まり、２つの作業区間が同時に掘り進み、各作業区間の第１の採掘段階における第１組の先掘り坑道から、主搬送坑道１によって、石炭を搬送し、掘り進みが完了した後、掘削された坑道と主搬送坑道１の接合部に密封壁を設置し、さらに第２の採掘段階における第１組の先掘り坑道から掘り始め、その同時に補助搬送坑道２によって前の採掘段階における掘削された坑道の充填を行い、充填が完了した後、充填済みの掘削された坑道と補助搬送坑道２の接合部に密封壁を設置し、さらに第１の採掘段階における次の組の先掘り坑道を掘り進み、その同時に第２の採掘段階における掘削された坑道の充填を行い、充填が完了した後で密封壁を設置し、そして第２の採掘段階における次の組の先掘り坑道から掘り始め、その同時に前の採掘段階における掘削された坑道の充填を行い、２つの作業区間の第２採掘段階の最後組の先掘り坑道を掘り進み始めるまで、同様に行う。具体的な過程は図４〜図１１を参照する。ここで、各採掘段階においては、次の組の先掘り坑道は前の組の掘削された坑道と隣接するかまたは間隔を置く。本実施例では、隣接方式を採用している。

ステップ５、図１２を参照しつつ、第１の採掘サイクルの各作業区間の第２の採掘段階における第４の組の先掘り坑道を掘り進み、前の採掘段階における掘削された坑道の充填を行うと同時に、新たな開削口として次の採掘サイクルの先掘り開削口坑道を掘り進み、採掘サイクルの移行を行い、掘り進みが完了した後、前の採掘サイクルにおける掘削された坑道および開削口と主搬送坑道１の接合部に密封壁を設置する。

ただし、最後の組の坑道の掘進による次の採掘サイクルへの妨害を回避するため、最後の組の坑道が次の採掘サイクルの開削口３に近接しないように位置され、石炭輸送と坑道充填の主管路を減らすため、最後の組の坑道が現在の採掘サイクルの保護炭柱４に近接しないように位置される。

ステップ６、図１３を参照しつつ、採掘サイクル間の移行が完了した後、次の採掘サイクルが現在の採掘サイクルとして使用され、各作業区間の第１の採掘段階における第１の組の先掘り坑道を掘り進むと同時に前の採掘サイクルの各作業区間の最後の組の採掘段階における最後の組の先掘り坑道と開削口を充填し、密封壁を設置し、そしてステップ４を繰り返す。

ステップ７、作業面における最後の組の採掘サイクルの各作業区間の最後の組の採掘段階における最後の組の先掘り坑道がその掘進が完了した後に充填され、採掘方法全体が完了するまで、ステップ５とステップ６を繰り返し、完了状態は図１４に示されている。

以上に記述されたのは、本発明の具体的な実施形態だけであり、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、当業者であれば本発明に開示された技術的範囲内で、容易に想到し得る変更または置換は、いずれも本発明の範囲に属する。従って、本発明の保護範囲は特許請求の保護範囲に準じるものとする。

Claims (6)

1. 浅炭層保水採掘方法であり、当該方法は、
   ステップ１：主搬送坑道（１）が、作業面の走向方向における縁の片側に配置され、補助搬送坑道（２）が反対側に配置され、作業面の傾斜方向における縁が走向方向と垂直であり、開削口（３）を配置することにより、主搬送坑道（１）と補助搬送坑道（２）を通じさせるステップと、
   ステップ２：作業面を、走向方向と垂直に少なくとも２組の採掘サイクルに分割し、開削口（３）に隣接する１組の採掘サイクルを除き、残りの各組の採掘サイクルは、作業面の傾斜方向おける縁の片側に沿って先掘り開削口坑道を残し、開削口（３）及び前記先掘り開削口坑道が作業面の走向方向に沿う片側に保護炭柱（４）を残すステップと、
   ステップ３：各組の採掘サイクルにおいて、保護炭柱（４）が作業面の走向方向の片側に沿って、主搬送坑道（１）から垂直または傾斜で少なくとも８本の先掘り坑道を分割し、少なくとも２つの作業区間に分割され、各作業区間は少なくとも２組の採掘段階に分割され、作業面の傾斜方向おける縁近くの採掘サイクル、採掘段階および先掘り坑道はそれぞれ第１の採掘サイクル、第１の採掘段階および第１組の先掘り坑道となり、残りの組は作業面に沿って順序付けられるステップと、
   ステップ４：第１の採掘サイクルから各作業区間で同時に掘り始め、各作業区間の第１の採掘段階における第１組の先掘り坑道から、主搬送坑道（１）によって石炭を搬送し、掘り進みが完了した後、掘削された坑道と主搬送坑道（１）の接合部に密封壁を設置し、さらに次の採掘段階における第１組の先掘り坑道から掘り始め、その同時に補助搬送坑道（２）によって前の採掘段階における掘削された坑道の充填を行い、充填が完了した後、充填済みの掘削された坑道と補助搬送坑道（２）の接合部に密封壁を設置し、最後の組の採掘段階における第１組の先掘り坑道の掘り進みが完了したまで、密封壁を設置し、さらに第１の採掘段階における次の組の先掘り坑道を掘り進み、その同時に最後の組の採掘段階における掘削された坑道の充填を行い、充填が完了した後で密封壁を設置し、そして次の採掘段階における次の組の先掘り坑道から掘り始め、その同時に前の採掘段階における掘削された坑道の充填を行い、各作業区間の最後の組の採掘段階における最後の組の先掘り坑道の掘り進みが始まるまで、以下同様であるステップと、
   ステップ５：第１の採掘サイクルの各作業区間の最後の組の採掘段階における最後の組の先掘り坑道を掘り、前の組の採掘段階における掘削された坑道の充填を行う同時に、新たな開削口として次の採掘サイクルの先掘り開削口坑道を掘り進み、採掘サイクルの移行を行い、掘り進みが完了した後、前の採掘サイクルにおける掘削された坑道および開削口と主搬送坑道（１）の接合部に密封壁を設置するステップと、
   ステップ６：採掘サイクル間の移行が完了した後、次の採掘サイクルが現在の採掘サイクルとして使用され、各作業区間の第１の採掘段階における第１の組の先掘り坑道を掘り進むと同時に前の採掘サイクルの各作業区間の最後の組の採掘段階における最後の組の先掘り坑道と開削口を充填し、密封壁を設置し、そしてステップ４を繰り返すステップと、
   ステップ７：作業面における最後の組の採掘サイクルの各作業区間の最後の組の採掘段階における最後の組の先掘り坑道がその掘進が完了した後に充填され、採掘方法全体が完了するまで、ステップ５とステップ６を繰り返すステップと、
   を有することを特徴とする浅炭層保水採掘方法。
2. 前記ステップ１において、主搬送坑道（１）と補助搬送坑道（２）が「仰採俯充」（上向き採炭、下向き充填）の基準に従って配置され、すなわち、主搬送坑道（１）はより低い層位に配置され、補助搬送坑道はより高い層位に配置される請求項１に記載の浅炭層保水採掘方法。
3. 前記ステップ４において、各採掘段階における次の組の先掘り坑道は前の組の掘削された坑道と隣接または離間している請求項１に記載の浅炭層保水採掘方法。
4. 前記ステップ４において、各作業区間の最後の組の採掘段階における最後の組の先掘り坑道は、次の採掘サイクルの先掘り開削口坑道に近接していない請求項１に記載の浅炭層保水採掘方法。
5. 不透水複合岩体の厚さと採掘の高さの比が１８〜３５の浅炭層における保水採掘に、前記請求項１に記載の方法を使用する方法。
6. 主に赤土帯水層の透水性の制御に使用される請求項５に記載の方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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