CN103821558A - 煤矿采空区充填采矿***及沿空留巷充填工艺 - Google Patents
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Abstract
一种适用于煤炭开采的充填***，该***是，采区充填材料破碎及搅拌站硐室布置在轨道上山顶部，充填巷道布置在采煤工作面上覆岩层的一定距离内，由采空区上方的充填巷道施工下向扇形钻孔至采空区，充填管路铺设在充填巷道内，采煤工作面和采空区之间封堵措施用液压支架后侧的掩护板将采煤工作面和采空区分开，沿空留巷充填工艺用单体液压支柱和钢模板将沿空留巷和充填采空区分隔开。通过充填管路将充填材料输送到采空区；充填材料凝固有一定的强度后，采煤工作面向前推进，周而复始进行开采和充填。本发明的有益效果在于：有效控制采场地压，减小地表沉陷；避免煤矸石占用良田，消除矸石山造成环境污染，能实现煤矿的绿色开采。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于煤炭开采的充填***，尤其涉及在受采动影响剧烈的缓倾斜和倾斜煤层开采领域。
背景技术
煤炭是一次性能源，在我国的能源结构中占主体地位。随着我国经济的快速发展，伴随着对能源的需求量的增加，煤炭的开采量也大量增加，在2013年我国的煤炭产量已经超过了40亿吨。同时煤炭开采带来的环境问题越来越严重，如煤炭开采造成岩层移动和破坏，在上覆岩层中形成“三带”，引起岩层中水与瓦斯的流动，导致煤矿瓦斯事故与井下突水事故；对地面造成地表沉陷，建筑设施的损坏；大量堆积在地面的矸石，既占用良田，又造成环境污染；随着我国矿井开采深度的不断增加，矿山压力显现及冲击地压等动力灾害发生的频次增加，强度增大，危及矿井的安全生产。申请号为201110388670.1的中国专利公开了中厚以下煤层的条带式流体膨胀充填开采方法，采用条带式开采，同时受煤层倾角限制；申请号为201110070870.2的中国专利公开了中厚及以上煤层的巷道式充填开采方法，采用掘锚一体机或连续采煤机采用巷道式开采和充填，开采效率低，该方法仅适合于小型矿山或局部“三下”开采；申请号为201110028042.2的中国专利公开了一种煤矿充填开采工作面支护***；申请号为2011100396497.X的中国专利公开了移动式机械密封充填开采支架。申请号为201310184020.4的中国专利公开了一种充填开采中凿岩硐室的布置方法，该方法适用于金属矿山，将凿岩硐室布置在充填体内。
本发明是属于煤炭绿色开采的一种方法，通过对采空区的充填消除煤层开采对环境的破坏，同时减少矿井灾害发生。
发明内容
根据以上现有技术中的不足或适用条件的限制，本发明要解决的技术问题是：在能满足目前广泛使用的走向长壁回采工作面正常生产能力的条件下，对受采动影响剧烈的缓倾斜和倾斜煤层开采实现绿色开采。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
目前在煤炭开采过程中对采空区处理广泛采用是全面垮落法，具体过程：当采煤工作面 自开切眼推进一定距离后，直接顶暴露达到一定面积就要开始垮落后在采空区内杂乱堆积，坚硬老顶由于其断裂步距较大，以板状结构悬露于采空区上方，当老顶岩层达到其强度极限时，将在老顶板状结构的边缘及中部形成断裂，即采煤工作面来压。直接顶及老顶垮落断裂后，覆岩的破坏和移动可出现三个具有代表性的部分，自下而上分别称为：垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，一般简称为“三带”。最终引发地表沉陷和地下水及含水层破坏，造成地表建筑物损毁；同时大量矸石直接外排堆存，占压土地、污染环境。
煤矿采空区充填开采是随着采煤工作面的推进，通过充填管路和充填钻孔将充填矸石、粉煤灰、建筑垃圾以及专用充填材料向采空区的煤炭开采技术。
煤矿采空区充填采矿***的优点：在现有的生产***基础上增加采区充填材料破碎及搅拌站硐室、充填巷道、充填钻孔和充填管路，形成煤矿采空区充填***。该充填***和现有煤炭开采工艺和采场生产***相互独立。煤矿充填开采的覆岩垮落特征与地表移动机理截然不同于对采空区采用全面垮落式处理开采。主要表现为：通过在采空区充填，形成充填体支撑顶板，覆岩破坏范围较全面垮落法开采较小，一般只引起开裂性破坏而无冒落性破坏；充填开采时主要是以开采区域上方岩层弯曲和充填体的压缩为主，长壁式全部垮落法开采则以下部岩石的冒落、断裂及上部岩层的弯曲变形为主，两者移动特征存在显著的差异。实现了既保证煤炭开采强度不降低，又能减少煤炭开采对环境的破坏；可以减少井下采空区水、瓦斯积聚空间，降低采空区突水、瓦斯***、有害气体突出、浮煤自燃等事故发生可能性，抑制煤层及顶底板的动力现象，提高矿井安全保障程度；可以大量消化矸石，减轻煤炭开采对地表的影响，减少耕地占用和矿区村庄搬迁，保护和改善矿区生态环境，促进资源开发与生态环境协调发展。
煤矿充填开采的机理：充填体支撑上覆岩层作用。随着工作面自开切眼的推进，每隔一段距离充填一定宽度的胶结充填体，通过充填体支撑上覆顶板，改善围岩特性。当采场开挖后，由于应力重新分布，在覆岩表层一定的范围内产生了弱化区，这个区内岩体受力已超过其峰值强度。充填体的充入则可以使这部分岩体的开挖表面处残余强度得到提高；充填体对围岩的作用主要是支撑、让压和阻止覆岩变形(或位移)，对覆岩表层残余强度的改善则是次要的。对大面积充填体而言，它还可以达到控制大面积地压活动的作用。充填体对覆岩的作用过程是一个支撑与让压过程。
煤矿采空区充填采矿***包括：采区充填材料破碎及搅拌站硐室，地下充填巷道布置及充填管路，充填钻孔，采煤工作面和采空区之间封堵措施。
该***按下述步骤进行：采煤工作面上覆岩层内施工一条充填巷道，在充填巷道内进行施工下向扇形钻孔至采空区，在充填巷道内铺设充填管路；煤工作面推进一段距离后，用液压支架后侧的掩护板将采煤工作面和采空区分开；充填材料经过充填管路和充填钻孔进入采空区，充填材料凝固有一定的强度后，采煤工作面向前推进；充填材料为井下的矸石或地面矸石山上的废石，对地面已经存在的矸石山上的矸石在地面破碎后运至井下采区充填材料破碎及搅拌站硐室，对于矿井下岩石巷道开挖出来的废石是直接运到采区充填材料破碎及搅拌站硐室。
充填材料为井下的矸石或地面矸石山上的废石、粉煤灰、建筑垃圾以及专用充填材料，胶结材料采用水泥、粉煤灰、高炉矿渣，同时加入速凝剂。
沿空留巷巷帮的充填工艺：在巷帮架设单体液压支柱作为受力构件，在单体液压支柱内安装钢模板，并将钢模板固定在单体液压支柱上；采空区充填结束后，当充填材料具有一定的强度，首先从远离工作面位置拆除一根单体液压支柱和相应的钢模板，再按照顺序依次拆除单体液压支柱和钢模板。
本发明的有益技术效果在于：在不改变现有采煤工作面装备和布置的情况下实现采空区的充填；采用充填采矿法能有效降低采煤工作面及回采巷道周围围岩的矿山压力；充填材料对采空区顶板围岩的支撑能有效降低地表沉降，避免地面建筑物的破坏；矸石山上的废石作为充填材料，能消除煤矸石占用良田且造成环境污染；在巷帮架设支护装置，完全实现了沿空留巷和无煤柱开采。
本发明适用于以下类型采煤工作面的采空区：水平及近水平煤层、缓倾斜煤层和倾斜煤层；采场地压大的采煤工作面；“三下”开采适用的采煤工作面。
附图说明
图1是煤矿采空区充填采矿***及沿空留巷充填工艺的示意图；
图2是煤矿采空区充填采矿***立面示意图；
图3是煤矿采空区充填采矿***及沿空留巷充填工艺剖面示意图；
图4是沿空留巷充填装置和工艺示意图。
图中：1.采区充填材料破碎及搅拌站硐室；2.地下充填巷道；3.充填管路；4.充填钻孔；5.沿空留巷充填装置；6.充填区；7.采空区；8.采煤工作面；9.待采煤体；10.单体液压支柱；11.钢模板；12.顶梁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
煤矿充填开采***按下述步骤进行：（1）在采煤工作面8的开采过程中，同时准备充填材料，对地面已经存在的矸石山上的矸石在地面破碎后运至井下采区充填材料破碎及搅拌站硐室1，对于矿井下岩石巷道开挖出来的废石是直接运到采区充填材料破碎及搅拌站硐室1；（2）在准备采煤工作面相关工程的过程中，施工采区充填材料破碎及搅拌站硐室1，地下充填巷道2，其中充填巷道位于采煤工作面倾斜的上部；（3）在采煤工作面8向前推进过了开切眼的宽度后开始在充填巷道内施工充填钻孔4，充填钻孔4采用扇形布置，在沿空留巷的巷帮安装单体液压支护10、顶梁12和钢模板11。随着采煤工作面8继续向前推进，沿空留巷的巷帮相应的安装单体液压支护10、顶梁12和钢模板11。当采煤工作面8向前推进到10m左右时，停止采煤工作面8的开采活动。用液压支架后侧的掩护板将采煤工作面8和采空区7分开；采区充填材料破碎及搅拌站硐室1的充填材料经过充填管路3和充填钻孔4进入采空区7，充填材料凝固有一定的强度后，采煤工作面8向前推进。
沿空留巷巷帮的充填工艺：在巷帮架设单体液压支柱10作为受力构件，在液压支柱10内安装钢模板11，并将钢模板11固定在单体液压支柱10上；采空区8充填结束和充填材料具有一定的强度后，首先从远离工作面位置按照顺序依次拆除单体液压支柱10和钢模板11。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工程技术人员在本发明的技术范围内，可做一些变换，如充填巷道的位置、充填钻孔的数量、沿空留巷的充填巷帮隔离措施等，都应该作为侵犯本发明的保护范围。因此本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (2)
1.煤矿采空区充填采矿***，其特征在于：包括采区充填材料破碎及搅拌站硐室、充填巷道、充填管路、充填钻孔、采煤工作面和采空区之间封堵措施，该***按下述步骤进行：
（1）在采区的轨道山上顶部设置充填材料破碎及搅拌站硐室；
（2）在采煤工作面上覆岩层内施工一条充填巷道；
（3）在充填巷道内铺设充填管路；
（4）充填巷道内施工下向扇形钻孔至采空区；
（5）当采煤工作面推进一段距离后，用充填液压支架后侧的掩护板将采煤工作面和采空区分开；
（6）采区充填材料破碎及搅拌站硐室的充填材料经过充填管路和充填钻孔进入采空区，充填材料凝固有一定的强度后，采煤工作面向前推进；
（7）充填材料为井下的矸石或地面矸石山上的废石经过破碎后进入搅拌站，胶结材料采用水泥、粉煤灰、高炉矿渣，同时加入速凝剂。
2.沿空留巷充填工艺，其特征在于：在巷帮架设单体液压支柱作为受力构件，在液压支柱内安装钢模板，并将钢模板固定在单体液压支柱上；充填采空区结束后当充填材料具有一定的强度，从远离采煤工作面位置按照顺序依次拆除单体液压支柱和钢模板。
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