WO2015062195A1 - 一种特厚煤层固体胶结充填巷式开采方法 - Google Patents

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张强
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李剑
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Abstract

一种特厚煤层固体胶结充填巷式开采方法，将侍采区段内的特厚煤层按层高均匀划分为多个分层H，自上而下开采，按采高及工作面煤壁长度将每个分层分为多个分段L，间隔开采，以避免巷道之间的采动影响；从首个分层的首个分段自保护煤柱边界起沿上山巷道方向掘进采煤，进行宽度为的巷道开采和胶结充填渐进循环作业，利用掘进机在煤体中掘进出煤，在已采巷道中注入胶结材料，胶结材料沿着巷道向另一端流动直至充满整个巷道，胶结材料凝固后有很好的承压能力和抗变形能力，能有效解决"三下"压煤中的特厚煤层的开采问题，实现无煤柱开采，大大提高煤炭资源回收率，减少煤炭资源的浪费，对于特厚煤层上覆岩层的移动具有较好的控制作用。

Description

一种特厚煤层固体胶结充填巷式开采方法
技术领域
本发明涉及煤矿一种特厚煤层固体胶结充填巷式开采方法， 尤其适用于 "三下"压煤 中的特厚煤层的充填开采。
背景技术
"三下 "压煤开采是近期被广泛研究的对象， 对于"三下"压煤开采， 国内外学者做 了大量实验研究并取得诸多成果， 对于薄煤层和中厚煤层一般采用充填开采的方法来控 制地表沉陷， 保护地表建筑物。 对于 10m以上特厚煤层大多采用分层开采和放顶煤的开 采方法， "三下"压煤中的特厚煤层的开采一直是个难题， 传统的分层充填开采虽然能够 在一定程度上控制上覆岩层移动和地表沉陷， 但对于要完全开采 "三下"压煤中的特厚 煤层， 并要保证上覆岩层移动和地表沉陷在需要的范围内， 必然要求充实率达到更高的 标准才能控制等价采高在理想的范围内。 胶结材料凝固后有很好的承压能力和抗变形能 力， 巷式开采利用掘进机在煤体中掘进出煤， 仅造成小范围的采动影响， 对于控制顶板 下沉有着很大的优势， 能为充填物提供良好的空间， 综上所述， 这种将"巷式开采"、 "分 层开采"和 "胶结充填"相结合的一种 "三下"压煤的开采方法在提高煤炭资源回收率、 控制上覆岩层移动、 保护地表构筑物中能够发挥重要作用， 成为解放 "三下"压煤中特 厚煤层开采的首选技术。
发明内容
技术问题： 本发明的目的是克服已有技术中的不足之处， 提供一种易于操作、安全可 靠、 煤炭资源采出率高、 充填效果好的特厚煤层固体胶结充填巷式开采方法。
技术方案：本发明的特厚煤层固体胶结充填巷式开采方法，包括从运输上山巷道在煤 体内自轨道上山巷道至区段边界方向掘进形成运输巷； 从轨道上山巷道在煤体内自运输 上山巷道至区段边界方向掘进形成轨道巷； 从运输巷或轨道巷沿上下山巷道方向掘进形 成联络巷， 贯通运输巷与轨道巷； 其特征在于：
a. 将侍采区段内的特厚煤层按层高均匀划分为 3~5m采高的多个分层 H，自上而下开 采，按 3~5m采高及工作面煤壁长度将每个分层 H分为 25~30m的多个分段 L，间隔开采， 以避免巷道之间的采动影响；
b. 从首个分层的首个分段自保护煤柱边界起沿上山巷道方向掘进采煤， 先布置掘进 机， 并在掘进机后部连接可伸縮运煤带式输送机， 同时在运输巷中布置运煤转载机及其 它巷内配套运煤设备；
c 设备布置完毕， 进行宽度为 3~5m的巷道开采和胶结充填渐进循环作业， 其步骤如 下：
( 1 ) 首先掘采分段 L的首个巷道， 依次启动运煤转载机、 可伸縮运煤带式输送机、 掘进机， 沿上山巷道方向进行掘进， 采出的煤经可伸縮运煤带式输送机、 运煤转载机运 出；
(2)掘采分段 L的首个巷道完成后， 将掘进设备移至下一分段 L的首个巷道， 密封 已采巷道靠近运煤巷一端；
(3) 向首个巷道中注入胶结材料， 完成对首个巷道的充填；
(4)对下一分段 L的首个巷道进行掘采， 完成之后， 在该分段巷道中注入胶结材料 的同时， 再进行下一分段 L的首个巷道掘采；
(5) 重复步骤 4， 直至完成首个分层 H中的所有分段的首个巷道的掘采和充填；
(6)在所有已充填固化的首个巷道侧按分段 L的距离间隔逐一掘采巷道， 直至完成 首个分层 H内所有煤炭的掘采、 充填；
(7) 重复步骤 (1)-(6)， 自上而下， 依次对均匀划分采高的每个分层 H进行掘采、 充 填， 直至完成此区段内煤层的掘采与充填。
有益效果： 本发明是一种将 "巷式开采"、 "分层开采"和 "胶结充填"相结合的 "三 下"压煤的开采方法， 利用掘进机在煤体中掘进出煤， 仅造成小范围的采动影响， 这对 于控制顶板下沉有着很大的优势， 能为充填物提供良好的空间。 在已采巷道中注入胶结 材料， 胶结材料沿着巷道向另一端流动直至充满整个巷道， 胶结材料凝固后有很好的承 压能力和抗变形能力， 有效解决了 "三下"压煤中的特厚煤层的开采问题， 实现无煤柱 开采， 大大提高了煤炭资源回收率， 减少了煤炭资源的浪费， 对于特厚煤层上覆岩层的 移动具有很好的控制。 本发明采用胶结材料巷式充填分层开采技术， 使胶结材料完全充 满整个巷道， 充实率高， 胶结材料凝固后形成坚硬的整体， 具有很好的承压能力和抗变 形能力， 使得上覆岩层移动在较低的范围内， 对地表建筑物的影响甚微， 有效控制了矿 压显现与地表沉陷， 对于解放 "三下"压煤中的特厚煤层中显现出极好的技术优势。 其 方法简单， 操作方便， 安全、 效果好， 具有广泛的实用性。
附图说明
图 1 是本发明的巷式充采示意图。 图 2 是本发明的巷式充采 A-A剖视图。
图 3 是本发明第二层巷式充采剖视图。
图 4 是本发明的工作面第一层布置示意图。
图 5 是本发明第一层充填示意图。
图 6 是本发明的工作面第二层布置示意图。
图 7 是本发明第二层充填示意图。
图 8 是本发明的工作面布置俯视示意图。
图中： 1-运输上山巷道， 2-轨道上山巷道， 3-运输巷， 4-轨道巷， 5-联络巷， 6-保护煤 柱， 7-掘进机， 8-可伸縮运煤皮带运输机， 9-运煤转载机， 10-胶结充填材料输送管路， 11-首采巷道， 12-局部通风系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施作进一步的描述：
如图 1所示，本发明的特厚煤层固体胶结充填巷式开采方法：从运输上山巷道 1开切 口，并在煤体内自上山巷道至区段边界方向掘进以形成运输巷 3;从轨道上山巷道 2开切 口，并在煤体内自上山巷道至区段边界方向掘进形成轨道巷 4; 当两巷道掘进至区段边界 时， 停止掘进； 然后从运输巷 3或轨道巷 4开切口， 形成联络巷 5， 贯通运输巷 3与轨道 巷 4; 运输巷 3进风， 轨道巷 4回风， 形成初始通风系统；
如图 2所示， 将侍采区段内的特厚煤层划分为若干分层 H， 每个分层 H 的厚度为 3~5m， 自上而下开采； 每个分层沿运输 3巷或轨道巷 4方向分为若干分段 L， 分段 L为 25~30m, 间隔开采， 以避免巷道之间的采动影响； 在联络巷一侧留设保护煤柱 6， 煤柱 宽度根据煤矿具体地质条件而定，沿保护煤柱 6边界布置综掘机 7，沿上山巷道方向掘进， 掘进机后部布置可伸縮运煤带式输送机 8, 同时在运输巷 3中布置运煤转载机 9及其它巷 内配套运煤设备， 并布置局部通风系统 12， 如图 8所示， 以满足掘进工作面的通风， 采 出煤炭经可伸縮运煤带式输送机 8输送至运输巷 3， 从而进一步输送至地面；
设备布置完毕，按宽度为 3~5m进行巷道开采和胶结充填渐进循环作业，其步骤如下:
( 1 ) 首先掘采分段 L的首个巷道 11， 依次启动运煤转载机 9、 可伸縮运煤带式输送 机 8、 掘进机 7， 沿上山巷道方向进行掘进， 采出的煤经可伸縮运煤带式输送机 8、 运煤 转载机 9运出， 如图 4所示；
(2) 掘采分段 L的首个巷道 11完成后， 即待掘进机 7掘完整条巷道后， 移出掘进 机 7、 可伸縮运煤皮带机 8等掘进及运输设备， 将掘进设备移至下一分段 L的首个巷道， 密封已采巷道靠近运煤巷一端， 用矸石袋将已采巷道的靠近运煤巷一端封死， 在靠近轨 道巷的一端布置胶结充填管路 10;
(3)向首个巷道 11中注入胶结材料，胶结材料为黄土、粉煤灰、水泥和水的混合物， 胶结材料沿着巷道向另一端流动直至充满整个巷道， 完成对首个巷道 11的充填， 如图 5 所示；
(4)对下一分段 L的首个巷道进行掘采， 完成之后， 在该分段巷道中注入胶结材料 的同时， 再进行下一分段 L的首个巷道掘采；
(5) 重复步骤 4， 直至完成首个分层 H中的所有分段的首个巷道的掘采和充填， 待 所有分段对应位置均已采完， 此时首采巷道 11中胶结充填材料已经完全凝固， 结构已经 稳定， 贴近此已稳定的巷道开掘巷道出煤， 如此循环， 直至此分层已完全采充完毕；
(6)在所有已充填固化的首个巷道侧按分段 L的距离间隔逐一掘采巷道， 直至完成 首个分层 H内所有煤炭的掘采、 充填；
(7)待本分层开采完毕后， 充填本分层的运输巷 3、轨道巷 4及联络巷 5， 然后接替 下一分层， 重复步骤 1〜6， 自上而下， 依次对均匀划分采高的每个分层 H进行掘采、 充 填， 如图 3、 图 6、 图 7所示， 直至完成此区段内煤层的掘采与充填。

Claims

权利要求书
1. 一种特厚煤层固体胶结充填巷式开采方法， 包括从运输上山巷道 （1 ) 在煤体内自 轨道上山巷道 （2) 至区段边界方向掘进形成运输巷 （3 ); 从轨道上山巷道 （2) 在煤体 内自运输上山巷道 （1 ) 至区段边界方向掘进形成轨道巷 （4) ; 从运输巷 （3 ) 或轨道巷 (4) 沿上下山巷道方向掘进形成联络巷 （5 )， 贯通运输巷 （3 ) 与轨道巷 （4); 其特征 在于：
a. 将侍采区段内的特厚煤层按层高均匀划分为 3~5m采高的多个分层 H， 自上而下开 采， 按 3~5m采高及工作面煤壁长度将每个分层 H分为 25~30m的多个分段 L， 间隔开 采， 以避免巷道之间的采动影响；
b. 从首个分层的首个分段自保护煤柱 （6) 边界起沿上山巷道方向掘进采煤， 先布置 掘进机 （7 )， 并在掘进机 （7 ) 后部连接可伸縮运煤带式输送机 （8 )， 同时在运输巷
(3) 中布置运煤转载机 （9) 及其它巷内配套运煤设备；
c 设备布置完毕， 进行宽度为 3~5m 的巷道开采和胶结充填渐进循环作业， 其步骤如 下：
( 1 ) 首先掘采分段 L的首个巷道 （11 )， 依次启动运煤转载机 （9)、 可伸縮运煤带式 输送机 （8 )、 掘进机 （7 )， 沿上山巷道方向进行掘进， 采出的煤经可伸縮运煤带式输送 机 （8)、 运煤转载机 （9) 运出；
(2) 掘采分段 L 的首个巷道 （11 ) 完成后， 将掘进设备移至下一分段 L 的首个巷 道， 密封已采巷道靠近运煤巷一端；
(3) 向首个巷道 （11 ) 中注入胶结材料， 完成对首个巷道 （11 ) 的充填；
(4) 对下一分段 L 的首个巷道进行掘采， 完成之后， 在该分段巷道中注入胶结材料 的同时， 再进行下一分段 L的首个巷道掘采；
(5) 重复步骤 (4)， 直至完成首个分层 H中的所有分段的首个巷道的掘采和充填；
(6) 在所有已充填固化的首个巷道侧按分段 L 的距离间隔逐一掘采巷道， 直至完成 首个分层 H内所有煤炭的掘采、 充填；
(7) 重复步骤 (1)-(6)， 自上而下， 依次对均匀划分采高的每个分层 H 进行掘采、 充 填， 直至完成此区段内煤层的掘采与充填。
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