一種急傾斜煤層走向綜採無煤柱分段充填採煤方法與流程

2023-05-12 08:24:26 1

本發明涉及採礦技術方法領域，尤其涉及一種急傾斜煤層走向綜採無煤柱分段充填採煤方法。

背景技術：

急傾斜煤層是指賦存傾角大於45°的煤層，此類煤層的安全高效機械化開採是一個世界性難題。我國急傾斜煤層的儲量大約佔煤炭總儲量的17%，其年產量僅佔全國煤炭總產量的3.8%。據統計，我國600多處國有重點煤礦和地方煤礦中，開採急傾斜煤層的礦井有100多處，比例佔了16.5%。

近年來隨著礦井開採強度的增加，導致優質煤炭資源迅速枯竭，為保證礦井的可持續發展，許多礦區不得不考慮急傾斜煤層開採，如山東兗州、河北邢臺和開灤、安徽淮南、江蘇徐州、貴州、四川、重慶、雲南、新疆、甘肅、寧夏省(區)礦區等。此外由於西部礦區經濟發展相對比較滯後，煤炭資源的開採已經是其經濟來源的重要組成部分，據統計西部礦區中50%以上礦井開採的是急傾斜煤層。

而急傾斜煤層開採的資源回收率不足30%。在國家能源結構性轉變，實施節能減排和可持續發展戰略方針的背景下，在不久的將來，煤炭無害開採必定是大勢所趨。

近年來，在國家政策及企業的支持下，充填開採技術在新汶、邢東礦區成功實現了工業生產，充填開採作為一種新的採煤方法得到了業界及社會的肯定。

然而，充填開採技術目前只在少數礦區實踐，較多問題仍有待解決，例如：當前採空區全部充填法需要大量的充填材料，並且大量的充填材料需要輸送至充填工作面，大增加了煤炭開採的技術難度及開採成本。況且，在甘肅、四川等西部礦區的急傾斜煤層綜採工作面中，還沒有對採空區進行充填的理論基礎和技術經驗。急傾斜煤層開採的難度較大，巖層控制也較為困難，基本的巖層移動機理尚未成熟。

針對上述問題，本發明提出了一種急傾斜煤層走向綜採無煤柱分段充填採煤方法，豐富了急傾斜煤層的開採體系，對適應煤炭行業發展的迫切需要，具有重要經濟、環境和社會價值。

技術實現要素：

本發明的目的是：針對傳統急傾斜採煤法需保留礦柱所存在的資源回收率低，以及現有技術中採空區全部充填法存在的需要大量充填材料，充填輸送成本較高的問題，提供一種簡單、安全、綠色、經濟、實用的急傾斜煤層綜採分段充填採煤方法。

本發明為實現上述目的，本發明的實現思想是：將急傾斜煤層井田劃分採區後，沿走向布置長壁綜採工作面，工作面推進後，採空區沿走向進行分段充填；並根據巖石力學原理及工作面上覆巖層的巖性，在保證上覆巖層老頂不斷裂的條件下，確定分段充填體的尺寸d和分段充填的極限跨距l，以及充填體的強度；充填體充填區域由區段小煤柱和矩形氣囊分隔形成傾向封閉充填區，在封閉區域內利用管道進行膏體充填；採空區利用膏體沿煤層走向進行分段充填後，控制頂板關鍵層或老頂不斷裂，地表不下沉，最終實現急傾斜煤層的綠色、科學開採。

本發明採用的技術方案是：一種急傾斜煤層走向綜採無煤柱分段充填採煤方法，其特徵在於：包括如下步驟：

s1：在急傾斜工作面回採過程中，推進一個充填跨距l後，在上順槽與下順槽之間安裝第一充填模板，第一充填模板緊接回採採空面；

s2：回採工作面繼續推進一個充填體柱距離d後，在上順槽與下順槽之間安裝第二充填模板，第二充填模板緊接回採採空面；

s3：在第一充填模板與第二充填模板之間填充膏體，在第一充填模板(191)與第二充填模板(192)之間填充膏體，如矸石膠結體、粉煤灰膠結體等，待膏體具有初期強度能支撐上覆巖層壓力後，對第一充填模板與第二充填模板進行拆卸，形成充填體柱；

s4：工作面繼續推進至另一個充填跨距l，並再次安裝第一充填模板，以同樣的方式進行分段充填，如此循環。

作為進一步優化說明，所述第一充填模板和第二充填模板均採用氣囊製成。

作為進一步優化說明，所述s3中填充膏體過程，通過充填幹線管路進行膏體運輸和填充，充填幹線管路鋪設在上順槽內，並外接到地表。

作為進一步優化說明，所述充填幹線管路連接有工作面充填管道和補充填充管，工作面充填管道連接多個充填分支管，充填分支管用於填充體不同高度的填充，工作面充填管道用於供給充填分支管，補充充填管布置在上順槽。

作為進一步優化說明，所述第一充填模板和第二充填模板通過裝載氣囊小絞車進行釋放和充氣，裝載氣囊小絞車安裝在上順槽。

作為進一步優化說明，所述第一充填模板和第二充填模板充入0.5mpa至0.8mpa的高壓氣體。

作為進一步優化說明，所述回採工作面布置有綜採液壓支架、採煤機、刮板運輸機、隔離裝置、工作面充填管道和充填分支管，綜採液壓支架的前部布置採煤機和刮板運輸機，綜採液壓支架通過後立柱和前立柱安裝在底座上，隔離裝置布置在綜採液壓支架後部，綜採液壓支架後部加裝有託輥，託輥用於將第一充填模板和第二充填模板卸放至整個工作面下部，綜採液壓支架的後部還延伸出後支撐懸梁，工作面充填管道和充填分支管布置在綜採液壓支架後部。

作為進一步優化說明，所述下順槽布置有端頭支架、轉載機和可伸縮膠帶運輸機。

作為上述急傾斜煤層走向綜採無煤柱分段充填採煤方法的進一步具體優化說明，其步驟包括如下：

s1:將充填幹線管路由地面鋪設至上順槽，在工作面布置綜合液壓支架；

s2:上順槽設置安裝裝載氣囊小絞車，綜合液壓支架前部安裝有採煤機和刮板運輸機，綜合液壓支架後部布置工作面充填管道和充填分支管；

s3:急傾斜工作面正常回採，推進後一個充填跨距l後，裝載氣囊小絞車通過綜合液壓支架後部加裝的託輥將第一充填模板卸放至整個工作面下部，第一充填模板為氣囊模板，第一充填模板充入0.5-0.8mpa的高壓氣體，使其膨脹緊接採空區巖壁；

s4:工作面繼續推進一個充填體柱距離d後，以同樣的方式進行卸放第二充填模板，第二充填模板為氣囊模板，並充入0.5-0.8mpa的高壓氣體，由此兩氣囊與採空區下部煤壁形成了封閉的充填區域，利用工作面的充填分支管進行膏體充填封閉區域，充填體充填至上順槽的標高位置，充填結束後進行洗管；

s5:在工作面繼續推進的同時，待充填體柱具有初期強度能支撐上覆巖層壓力後，氣囊卸氣，利用裝載氣囊小絞車回裝第一充填模板和第二充填模板，形成充填體柱。

s6:當工作面繼續推進至另一個充填跨距l時，再卸放第一充填模板，以上述同樣的方式進行分段充填，如此循環，最終使整個採區在走向上形成分段充填體柱。

本發明的技術效果如下：

1、通過無煤柱分段填充採煤法，充填體柱可支撐著頂板，控制頂板巖層中的老頂或關鍵層不發生斷裂，能夠更好地減少上覆巖層變形，以及有效控制地表沉降；同時，該種方法能較大程度的減小充填量，減小充填成本，並避免了需要保留較大區域的安全礦柱，較大程度地提高了資源回收率，能達到簡單、安全、綠色、經濟、實用的急傾斜採煤效果。

2、進行走向分段充填，部分充填區可採用矸石、廢棄固體和粉煤灰等廢棄物作為充填料，能消耗礦山的矸石、廢棄固體和粉煤灰等廢棄物，變廢為充填體材料，減少了對環境的汙染。

3、進行分段充填的同時不影響回採工作面進行採煤，能更好的實現充填與回採協調開採。

4、通過管道運輸填充膏體的方式，較大程度地降低了填充工作量，較大程度地減少了工人的勞動強度，提高了充填效率。

5、通過在綜採液壓支架加裝後撐懸梁和託輥，可將上順槽中裝載氣囊小絞車裡的氣囊順利鋪設在綜採液壓支架後方，充滿高壓氣體後作為充填模塊，並且可以通過小絞車進行回收利用，節約充填模塊耗材，實現充填裝模拆模的機械自動化，降低了工人的勞動強度，具有一定的經濟效益。

附圖說明

圖1為本發明的充填結構及設備分布結構示意圖；

圖2為本發明中回採工作面設備布置的a-a截面示意圖；

圖中：1為端頭支架；2為轉載機；3為可伸縮膠帶運輸機；4為綜採液壓支架；5為採煤機；6為刮板運輸機；7為充填體柱；8為隔離裝置；9為充填幹線管路；10為後立柱；11為前立柱；12為上順槽；13為下順槽；14為工作面充填管道；15為充填分支管；16為底座；17為補充充填管；18為裝載氣囊小絞車；19為充填模板；20為氣囊託輥；21為後撐懸梁；d為充填體柱寬度；l為充填體柱跨距。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行進一步的詳細說明。

如圖1所示，一種急傾斜煤層走向綜採無煤柱分段充填採煤方法，包括如下步驟：

s1：在急傾斜工作面回採過程中，推進一個充填跨距l後，在上順槽12與下順槽13之間安裝第一充填模板191，第一充填模板191緊接回採採空面；

s2：回採工作面繼續推進一個充填體柱距離d後，在上順槽12與下順槽13之間安裝第二充填模板192，第二充填模板192緊接回採採空面；

s3：在第一充填模板191與第二充填模板192之間填充膏體，在第一充填模板(191)與第二充填模板(192)之間填充膏體，如矸石膠結體、粉煤灰膠結體等，待膏體具有初期強度能支撐上覆巖層壓力後，對第一充填模板191與第二充填模板192進行拆卸，形成充填體柱7；

s4：工作面繼續推進至另一個充填跨距l，並再次安裝第一充填模板191，以同樣的方式進行分段充填，如此循環。

作為上述實施方式的進一步具有說明，如圖1所示：

所述第一充填模板191和第二充填模板192均採用氣囊製成；

所述s3中填充膏體過程，通過充填幹線管路9進行膏體運輸和填充，充填幹線管路9鋪設在上順槽12內，並外接到地表；

所述充填幹線管路9連接有工作面充填管道14和補充填充管17，工作面充填管道14連接多個充填分支管15，充填分支管15用於填充體7不同高度的填充，工作面充填管道14用於供給充填分支管15，補充充填管17布置在上順槽12；

所述第一充填模板191和第二充填模板192通過裝載氣囊小絞車18進行釋放和充氣，裝載氣囊小絞車18安裝在上順槽12；

所述下順槽13布置有端頭支架1、轉載機2和可伸縮膠帶運輸機3。

作為上述實施方式的進一步具有說明，如圖1和圖2所示：所述回採工作面布置有綜採液壓支架4、採煤機5、刮板運輸機6、隔離裝置8、工作面充填管道14和充填分支管15，綜採液壓支架4的前部布置採煤機5和刮板運輸機6，綜採液壓支架4通過後立柱10和前立柱11安裝在底座16上，隔離裝置8布置在綜採液壓支架4後部，綜採液壓支架4後部加裝有託輥20，託輥20用於將第一充填模板191和第二充填模板192卸放至整個工作面下部，綜採液壓支架4的後部還延伸出後支撐懸梁21，工作面充填管道14和充填分支管15布置在綜採液壓支架4後部。

作為上述實施方式的進一步具有說明，所述第一充填模板191和第二充填模板192充入0.5mpa至0.8mpa的高壓氣體。

根據上述實施方法，其具體實施過程如下：

s1:將充填幹線管路9由地面鋪設至上順槽12，在工作面布置綜合液壓支架4；

s2:上順槽12設置安裝裝載氣囊小絞車18，綜合液壓支架4前部安裝有採煤機5和刮板運輸機6，綜合液壓支架4後部布置工作面充填管道14和充填分支管15；

s3:急傾斜工作面正常回採，推進後一個充填跨距l後，裝載氣囊小絞車18通過綜合液壓支架4後部加裝的託輥20將第一充填模板191卸放至整個工作面下部，第一充填模板191為氣囊模板，第一充填模板191充入0.5-0.8mpa的高壓氣體，使其膨脹緊接採空區巖壁；

s4:工作面繼續推進一個充填體柱距離d後，以同樣的方式進行卸放第二充填模板192，第二充填模板192為氣囊模板，並充入0.5-0.8mpa的高壓氣體，由此兩氣囊與採空區下部煤壁形成了封閉的充填區域，利用工作面的充填分支管15進行膏體充填封閉區域，充填體充填至上順槽的標高位置，充填結束後進行洗管；

s5:在工作面繼續推進的同時，待充填體柱具有初期強度能支撐上覆巖層壓力後，氣囊卸氣，利用裝載氣囊小絞車18回裝第一充填模板191和第二充填模板192，形成充填體柱7。

s6:當工作面繼續推進至另一個充填跨距l時，再卸放第一充填模板191，以上述同樣的方式進行分段充填，如此循環，最終使整個採區在走向上形成分段充填體柱7。