一種資源枯竭礦井區段遺留煤柱分類回收方法與流程
2023-05-09 15:32:36
本發明屬於煤炭資源地下開採技術領域，涉及一種區段遺留煤柱回收方法，尤其是一種適用於資源枯竭礦井區段遺留煤柱分類回收方法。
背景技術：
煤炭是我國的基礎能源和重要原料，佔我國化石能源資源的90％以上，是穩定、經濟、自主保障程度最高的能源。煤炭在一次能源消費中的比重將逐步降低，但在相當長時期內，煤炭的主體能源地位不會變化。目前，我國大部分衰老礦井均面臨資源枯竭的窘迫，急需後續的接替資源或進行企業轉型。在此期間，如何維持礦井的穩定生產，解決龐大的單位職工日常生活問題，穩定礦區社會的和諧發展，是眾多衰老礦井不得不面對的現實難題。由於衰老建礦時間較長、以往開採技術條件落後及周邊小煤窯掠奪性開採等多種歷史因素，使得礦井煤炭資源採出率很低，導致礦井常規的可採資源迅速枯竭，丟棄了大量的優質煤炭資源。
目前，國內外已經形成了若干關於區段遺留煤柱的回收方法，但相關方法往往存在無法最大程度地回收礦井遺留煤柱資源、回收方法的機械化程度低等一系列缺點；另外，由於區段遺留煤柱的兩側往往是採空區，上覆巖層的大部分壓力會傳遞給區段遺留煤柱，導致區段遺留煤柱的應力集中係數會增大，使區段遺留煤柱的內部煤體產生大量次生裂隙，從而會降低區段遺留煤柱的強度；在區段遺留煤柱現場回收過程中，往往會發生煤柱突然失穩破壞而引發頂板大面積垮落，甚至會危害到人員的生命安全。因此，亟待發明一種既能保證礦井安全高效生產、又能最大限度地對資源枯竭礦井區段遺留煤柱進行回收的新方法。
技術實現要素：
技術問題：本發明的目的是為了克服現有技術的不足之處而提供一種安全有效的資源枯竭礦井區段遺留煤柱分類回收方法。
技術方案：本發明的資源枯竭礦井區段遺留煤柱分類回收方法：
步驟1、現場調研資源枯竭礦井以往開採所丟棄的區段遺留煤柱情況，並根據礦井開採技術條件，細化出全礦井可回收區段遺留煤柱，採集可回收區段遺留煤柱區域煤巖層樣品，在巖石力學伺服試驗系統上開展煤巖樣品物理力學特性測試，獲得其物理力學特性參數；
步驟2、根據可收回區段遺留煤柱區域周圍開採狀況，基於煤巖樣品的物理力學特性參數，採用數值模擬軟體對可回收區段遺留煤柱的穩定性進行評價，並對其穩定性進行分類，分為穩定、基本穩定和不穩定；
步驟3、現場從上下兩側向基本穩定和不穩定的可回收區段遺留煤柱內打鑽孔，鑽孔的深度為可回收區段遺留煤柱寬度的1/2，並採用鑽孔應力計及巖層探測記錄儀對該可回收區段遺留煤柱內的應力分布特徵及其內部破壞特徵進行測試，明確應力集中區域和破壞嚴重區域；
步驟4、針對基本穩定和不穩定的可回收區段遺留煤柱內應力集中區域和破壞嚴重區域，在現場測試鑽孔內採用注漿加固材料對其進行注漿加固處理；
步驟5、基於礦井開採技術條件，根據寬度將可回收區段遺留煤柱類型劃分為i類和ii類，i類可回收區段遺留煤柱的寬度為20m以內，ii類可回收區段遺留煤柱的寬度為20m以上，在此基礎上，對i類可回收區段遺留煤柱採用小條帶直接巷採部分回收方法進行回收，對ii類可回收區段遺留煤柱採用小條帶往復式填充開採完全回收方法進行回收。
有益效果：本發明首先對全礦井的區段遺留煤柱進行調研，細化出可回收區段遺留煤柱，使現場回收工作更加具有目的性；其次對基本穩定和不穩定的可回收區段遺留煤柱內應力集中區域和破壞嚴重區域實施注漿加固處理，保證了現場回收工作的安全性；最後針對不同類型的可回收區段遺留煤柱，分別採用小條帶直接巷採部分回收和小條帶往復式填充開採完全回收兩種方法對煤柱進行分類回收，使現場回收工作更加具有針對性。與現有技術相比，本發明目的性強，安全性高，針對性好，並能夠最大限度地對礦井棄滯煤炭資源進行回收，具有較好的經濟性、實用性和推廣性。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
附圖1是本發明的一個實施例的流程圖；
附圖2是本發明的一個實施例中i類可回收區段遺留煤柱採用小條帶直接巷採部分回收方法的開採狀態示意圖；
附圖3(a)是本發明一個實施例中ii類可回收區段遺留煤柱採用小條帶往復式填充開採完全回收方法的初始開採狀態示意圖；
附圖3(b)是本發明一個實施例中ii類可回收區段遺留煤柱採用小條帶往復式填充開採完全回收方法的小採空區充填完成示意圖；
附圖3(c)是本發明一個實施例中ii類可回收區段遺留煤柱採用小條帶往復式填充開採完全回收方法的小隔離煤柱回收開採狀態示意圖；
圖中：1-可回收區段遺留煤柱；2-運輸平巷；3-迴風平巷；4-小隔離煤柱；5-小採空區；6-貫通巷道；7-連續採煤機；8-小充填條帶。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明的保護範圍。
一種資源枯竭礦井區段遺留煤柱分類回收方法，包括如下步驟：
步驟1、現場調研資源枯竭礦井以往開採所丟棄的區段遺留煤柱情況，並根據礦井開採技術條件，細化出全礦井可回收區段遺留煤柱1，採集可回收區段遺留煤柱1區域煤巖層樣品，在mts815型巖石力學伺服試驗系統上開展煤巖樣品物理力學特性測試，獲得其物理力學特性參數；
步驟2、根據可收回區段遺留煤柱1區域周圍開採狀況，基於煤巖樣品的物理力學特性參數，採用flac3d數值模擬軟體對可回收區段遺留煤柱1的穩定性進行評價，並對其穩定性進行分類，分為穩定、基本穩定和不穩定；
步驟3、現場從上下兩側向基本穩定和不穩定的可回收區段遺留煤柱1內打鑽孔，鑽孔的深度為可回收區段遺留煤柱1寬度的1/2，並採用gmc20型鑽孔應力計及ytj20型巖層探測記錄儀對該可回收區段遺留煤柱1內的應力分布特徵及其內部破壞特徵進行測試，明確應力集中區域和破壞嚴重區域；
步驟4、針對基本穩定和不穩定的可回收區段遺留煤柱1內應力集中區域和破壞嚴重區域，在現場測試鑽孔內採用普通水泥單漿液作為注漿加固材料對其進行注漿加固處理；
步驟5、基於礦井開採技術條件，根據寬度將可回收區段遺留煤柱1類型劃分為i類和ii類，i類可回收區段遺留煤柱1的寬度為20m以內，ii類可回收區段遺留煤柱1的寬度為20m以上，在此基礎上，對i類可回收區段遺留煤柱1採用小條帶直接巷採部分回收方法進行回收，對ii類可回收區段遺留煤柱1採用小條帶往復式填充開採完全回收方法進行回收。
其中，所述步驟5中小條帶直接巷採部分回收方法的具體操作過程如下：
1)沿可回收區段遺留煤柱1上下兩側邊緣分別實施沿空掘巷工作，巷道掘進寬度為2～3m，並分別採用錨梁網索聯合支護巷道，所掘巷道分別為運輸平巷2和迴風平巷3；
2)運輸平巷2和迴風平巷3掘進施工完成後，開始掘進貫通巷道6，將運輸平巷2和迴風平巷3兩條回採巷道連通，貫通巷道6掘進寬度為4～6m，同樣採用錨梁網索聯合支護巷道；
3)貫通巷道6掘進施工完成後，採用連續採煤機7從貫通巷道6由右向左巷道式開採可回收區段遺留煤柱1，直到開採完全結束，實現煤柱的部分回收工作，具體開採參數為留設5m寬小隔離煤柱4，回採5m寬可回收區段遺留煤柱1，即留採比為1:1，採用自然垮落法管理小採空區5頂板。
其中，所述步驟5中小條帶往復式填充開採完全回收方法的具體操作過程如下：
1)沿可回收區段遺留煤柱1上下兩側邊緣分別實施沿空掘巷工作，巷道掘進寬度為4～5m，並分別採用錨梁網索聯合支護巷道，所掘巷道分別為運輸平巷2和迴風平巷3；
2)運輸平巷2和迴風平巷3掘進施工完成後，開始掘進貫通巷道6，將運輸平巷2和迴風平巷3兩條回採巷道連通，貫通巷道6掘進寬度為8～10m，同樣採用錨梁網索聯合支護巷道；
3)貫通巷道6掘進施工完成後，採用連續採煤機7從貫通巷道6由右向左巷道式開採可回收區段遺留煤柱1，具體開採參數為留設5m寬小隔離煤柱4，回採5m寬可回收區段遺留煤柱1，即留採比為1:1；
4)在連續採煤機7巷道式回採下一個5m寬可回收區段遺留煤柱1時，對其右側回採已形成的小採空區5實施矸石充填處理，通過形成的小充填條帶8控制上覆頂板垮落；
5)按照1:1留採比從右向左依次完成該回採工作面內煤柱回收及小採空區5的矸石充填工作，直至可回收區段遺留煤柱1的最左側；
6)採用連續採煤機7從可回收區段遺留煤柱1最左側向右再對保留下來的小隔離煤柱4進行巷道式回採，但不再對新形成的小採空區5實施矸石充填處理，直到回採至貫通巷道6位置處，實現煤柱的完全回收工作。
本發明可以系統地對資源枯竭礦井區段遺留煤柱進行最大程度地回收，進一步提高棄滯煤炭資源回收率，與現有技術相比，目的性強、安全性高，針對性好，可以為其他資源枯竭礦井回收棄滯煤炭資源提供技術指導。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明做任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質，對以上實施例所做出任何簡單修改和同等變化，均落入本發明的保護範圍之內。