CN109869150A - 一种矿山资源分段全采局充开采方法 - Google Patents

一种矿山资源分段全采局充开采方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种矿山资源分段全采局充开采方法，具体是：在一个开采块段内间隔交替布置多个综采工作面和充填工作面，采用全部开采、局部充填的方法对煤炭资源进行回采；充填工作面的宽度为30～60m，利用沿空留巷技术保留充填工作面运输巷和回风巷，将其用作相邻综采工作面的运输巷或回风巷，综采工作面的宽度为充填工作面的4～6倍，采用后退式垮落法开采。本发明结合了综采和充填开采的优势，从根本上解决了深部高应力环境下沿空留巷矿压显现强烈和变形大的问题，能够减小沿空留巷变形、区段煤柱损失和巷道掘进率，同时处理矸石、粉煤灰等固体废弃物，可实现煤炭的安全高效绿色化开采。

Description

一种矿山资源分段全采局充开采方法
技术领域
本发明涉及矿山煤炭资源充填开采和沿空留巷技术领域，尤其涉及一种矿山资源分段全采局充开采方法。
背景技术
随着煤炭资源的高强度开采，我国浅部煤炭资源逐渐消耗殆尽，煤炭开采的重心逐渐向深部转移。然而深部煤炭资源开采过程中存在围岩应力大，巷道断面收缩率大的问题。现有的综采垮落法开采为了保证巷道的稳定性，通常需要留设30～60m的保护煤柱，这造成了煤炭资源的严重浪费。同时，煤炭的开采导致了地表矸石、粉煤灰等固体废弃物的大量堆积，对环境造成了严重的污染。全部充填开采虽然具有绿色化和岩层控制效果好的优点，但通常成本较高、产量较低，难以实现高产高效的开采要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿山资源分段全采局充开采方法，旨在实现煤炭资源的安全高效绿色化开采，尤其适用于深部高应力条件下煤炭资源的安全回采。
为实现上述目的，本发明的一种矿山资源分段全采局充开采方法，包括如下步骤：
1)在采区内掘进回风上山和运输上山，在一个煤层块段内开掘CT01充填工作面运输平巷、CT01充填工作面回风平巷和CT01充填工作面开切眼，形成完整的采煤生产***；
2)回采CT01充填工作面，在回采的过程中采用沿空留巷的方法处理工作面运输巷和回风巷；根据具体情况选用综合机械化固体充填开采或者逐巷胶结充填开采；
3)邻近CT01充填工作面一侧布置ZC01综采工作面，利用相邻的CT01充填工作面运输平巷作为ZC01综采工作面运输平巷，开掘ZC01综采工作面回风平巷和ZC01综采工作面开切眼，ZC01综采工作面在CT01充填工作面开采完毕之后回采；ZC01综采工作面采用后退式开采，直接垮落法处理采空区；
4)在CT01充填工作面另一侧间隔一个综采工作面的长度距离布置CT02充填工作面，开掘CT02充填工作面运输平巷、CT02充填工作面回风平巷和CT02充填工作面开切眼，回采CT02充填工作面，在回采的过程中CT02充填工作面运输平巷和CT02充填工作面回风平巷均采用沿空留巷处理；
5)在CT01充填工作面和CT02充填工作面之间布置ZC02综采工作面，利用CT02充填工作面运输平巷作为ZC02综采工作面运输平巷，利用CT01充填工作面回风平巷作为ZC02综采工作面回风平巷，开掘ZC02综采工作面开切眼，ZC02综采工作面在CT02充填工作面开采完毕之后回采，开采方式同ZC01综采工作面；
6)重复步骤4)和5)，依照充填工作面、综采工作面间隔交替布置顺序开采直至完成整个采区的开采以及对应采空区的充填。
优选的，充填工作面的长度均为30～60m，综采工作面的长度为充填工作面长度的4～6倍。
当充填工作面的长度为30～50m时，采用逐巷胶结充填开采方式。其中逐巷胶结充填开采方法具体为通过综掘机开掘工作面运输巷和回风巷之间的联络巷进行掘进采煤，联络巷掘出后，利用胶结充填材料充填联络巷，在充填联络巷的同时，掘进另外一条联络巷，实现工作面“掘巷出煤，巷内充填”循环作业的充填开采技术。
当充填工作面的长度为50-60m时，根据煤层地质及技术、经济条件来选择采用逐巷充填或者综合机械化固体充填开采。其中综合机械化固体充填开采方法的采煤工艺和综采的采煤工艺相同，区别在于综合机械化充填采煤液压支架通过前部割煤，尾部利用多孔底卸式刮板输送机卸料充填，夯实机构进行夯实，实现充填与采煤的平行作业。
优选的，充填开采时使用的充填材料主要为采空区煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾等固体废弃物。
优选的，所述沿空留巷的支护墙体由垒砌的矸石墙和胶结充填体组成。
本全采局充开采方法适用于采区式、带区式、盘区式布置方式。当充填工作面采用综合机械化固体充填开采时尽量采用仰斜开采，有利于保证充填效果；当充填工作面采用逐巷胶结充填开采时，俯斜、仰斜开采均适用。
有益效果：本发明提供了一种矿山资源分段全采局充开采方法，可以实现深部高应力条件下煤炭资源的安全高效绿色化开采。此全采局充开采方法间隔交替布置充填工作面和综采工作面，且充填工作面先进行回采并对充填工作面两侧的回采巷道均进行沿空留巷，用作相邻综采工作面的回采巷道，可以显著减小沿空留巷矿压显现强度和变形量，保证沿空留巷的稳定性，与此同时减少了巷道的掘进率，杜绝了区段煤柱的留设，提高了煤炭资源的回采率，并且可以处理矸石、粉煤灰等固体废弃物。本方法充分结合了综采垮落法和充填开采的优势，能实现煤炭资源的安全高效绿色化开采，尤其适用于深部高应力条件下煤炭资源的安全回采。
附图说明
图1为本发明的一种矿山资源分段全采局充开采方法工作面布置图。
图中：1-回风上山；2-运输上山；3-停采线；4-ZC01综采工作面回风平巷；5-CT01充填工作面运输平巷；6-CT01充填工作面回风平巷；7-CT02充填工作面运输平巷；8-CT02充填工作面回风平巷；9-CT03充填工作面运输平巷；10-CT03充填工作面回风巷道；11-采空区；12-充填材料。
具体实施方式
下面结合附图及实例，对本发明的一种矿山资源分段全采局充开采方法进行详细描述。
以某矿深部某采区为例，该采区工作面的煤层埋深为-860m，平均角度为6°，煤厚3m。直接顶的平均厚度为1.6m，主要为灰色泥岩，基本顶的平均厚度为4.33m，主要为深灰色砂质泥岩，直接底的平均厚度为4.15m，主要为灰黑色泥岩。该采区采用全采局充的方法进行回采，共布置了5个工作面，如图1所示，其中ZC01、ZC02、ZC03为综采工作面，CT01、CT02、CT03为充填工作面，虚线为停采线3，具体实施如下：
实施例1
(1)在采区内掘进回风上山1和运输上山2，在一个煤层块段内开掘CT01充填工作面运输平巷5、回风平巷6和开切眼，形成完整的采煤生产***；
(2)回采CT01充填工作面，在回采的过程中采用沿空留巷处理工作面运输平巷5和回风平巷6，所述沿空留巷的支护墙体由垒砌的矸石墙和胶结充填体组成；CT01充填工作面长度为35m，考虑到工作面长度较短，采用逐巷胶结充填方法开采。所述逐巷胶结充填开采方法具体为通过综掘机开掘工作面运输巷和回风巷之间的联络巷进行掘进采煤，联络巷掘出后，利用胶结充填材料充填联络巷，在充填联络巷的同时，掘进另外一条联络巷，实现工作面“掘巷出煤，巷内充填”循环作业的充填开采技术；充填材料12主要为采空区煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾等固体废弃物；
(3)邻近CT01充填工作面一侧布置ZC01综采工作面，ZC01综采工作面长度是CT01充填工作面长度的6倍，为210m，利用相邻的CT01充填工作面运输平巷5作为ZC01综采工作面运输平巷，开掘ZC01综采工作面回风平巷4和开切眼，ZC01综采工作面回风平巷4采用沿空留巷处理；ZC01综采工作面在CT01充填工作面开采完毕之后回采；ZC01综采工作面均采用后退式开采，直接垮落法处理采空区11；
(4)在CT01充填工作面下区段间隔一个综采工作面的长度距离布置CT02充填工作面，开掘CT02充填工作面运输平巷7、CT02充填工作面回风平巷8和开切眼，回采CT02充填工作面，在回采的过程中CT02充填工作面运输平巷7和CT02充填工作面回风平巷8均采用沿空留巷处理；CT02充填工作面的长度为35m，充填方式同CT01充填工作面；
(5)在CT01充填工作面和CT02充填工作面之间布置ZC02综采工作面，利用CT02充填工作面运输平巷7作为ZC02综采工作面运输平巷，利用CT01充填工作面回风平巷6作为ZC02综采工作面回风平巷，开掘开切眼；ZC02综采工作面的长度为210m；ZC02综采工作面在CT02充填工作面开采完毕之后回采，开采方式同ZC01综采工作面；
(6)在CT02充填工作面下区段间隔一个综采工作面的长度距离布置CT03充填工作面，开掘CT03充填工作面运输平巷9、CT02充填工作面回风平巷10和开切眼，回采CT03充填工作面，在回采的过程中CT03充填工作面运输平巷9和CT03充填工作面回风平巷10均采用沿空留巷处理；CT03充填工作面的长度为35m，充填方式同CT01充填工作面；
(7)在CT02充填工作面和CT03充填工作面之间布置ZC03综采工作面，利用CT03充填工作面运输平巷9作为ZC03综采工作面运输平巷，利用CT02充填工作面回风平巷8作为ZC03综采工作面回风平巷，开掘开切眼；ZC03综采工作面的长度为210m，ZC03综采工作面在CT03充填工作面开采完毕之后回采，开采方式同ZC02综采工作面；如此完成整个采区的开采以及对应采空区的充填。
实施例1中CT01充填工作面沿空留巷期间回采巷道的顶底板最大移近量为52mm，回采巷道的两帮最大移近量为142mm，均远小于全部垮落法开采时沿空留巷的变形量。与布置三个综采垮落工作面，工作面间留30m区段煤柱相比，此全采局充开采方法使该采区减少了煤柱损失35.1万t，按照胶结充填材料固体质量分数75％，料浆密度1.83t/m3，矸石和粉煤灰占固体的质量分数为85.5％计算，该采区处理矸石粉煤灰合计31.68万t。
实施例2
(1)在采区内掘进回风上山1和运输上山2，在一个煤层块段内开掘CT01充填工作面运输平巷5、回风平巷6和开切眼，形成完整的采煤生产***；
(2)回采CT01充填工作面，在回采的过程中采用沿空留巷处理工作面运输平巷5和回风平巷6，所述沿空留巷的支护墙体由垒砌的矸石墙和胶结充填体组成；CT01充填工作面长度为55m，综合考虑工作面长度、煤层地质及技术、经济条件，采用综合机械化固体充填开采。所述综合机械化固体充填开采方法具体为：综合机械化固体充填开采方法的采煤工艺和综采的采煤工艺相同，区别在于综合机械化充填采煤液压支架通过前部割煤，尾部利用多孔底卸式刮板输送机卸料充填，夯实机构进行夯实，实现充填与采煤的平行作业；充填材料12主要为采空区煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾等固体废弃物；
(3)邻近CT01充填工作面一侧布置ZC01综采工作面，ZC01综采工作面长度是CT01充填工作面长度的4倍，为220m，利用相邻的CT01充填工作面运输平巷5作为ZC01综采工作面运输平巷，开掘ZC01综采工作面回风平巷4和开切眼，ZC01综采工作面回风平巷4采用沿空留巷处理；ZC01综采工作面在CT01充填工作面开采完毕之后回采；ZC01综采工作面均采用后退式开采，直接垮落法处理采空区11；
(4)在CT01充填工作面下区段间隔一个综采工作面的长度距离布置CT02充填工作面开掘CT02充填工作面运输平巷7、CT02充填工作面回风平巷8和开切眼，回采CT02充填工作面，在回采的过程中CT02充填工作面运输平巷7和CT02充填工作面回风平巷8均采用沿空留巷处理；CT02充填工作面的长度为55m，充填方式同CT01充填工作面；
(5)在CT01充填工作面和CT02充填工作面之间布置ZC02综采工作面，利用CT02充填工作面运输平巷7作为ZC02综采工作面运输平巷，利用CT01充填工作面回风平巷6作为ZC02综采工作面回风平巷，开掘开切眼；ZC02综采工作面的长度为220m；ZC02综采工作面在CT02充填工作面开采完毕之后回采，开采方式同ZC01综采工作面；
(6)在CT02充填工作面下区段间隔一个综采工作面的长度距离布置CT03充填工作面，开掘CT03充填工作面运输平巷9、CT02充填工作面回风平巷10和开切眼，回采CT03充填工作面，在回采的过程中CT03充填工作面运输平巷9和CT03充填工作面回风平巷10均采用沿空留巷处理；CT03充填工作面的长度为35m，充填方式同CT01充填工作面；
(7)在CT02充填工作面和CT03充填工作面之间布置ZC03综采工作面，利用CT03充填工作面运输平巷9作为ZC03综采工作面运输平巷，利用CT02充填工作面回风平巷8作为ZC03综采工作面回风平巷，开掘开切眼；ZC03综采工作面的长度为210m，ZC03综采工作面在CT03充填工作面开采完毕之后回采，开采方式同ZC02综采工作面；如此完成整个采区的开采以及对应采空区的充填。
实施例2中所述的CT01充填工作面和CT02充填工作面沿空留巷的顶底板最大移近量为63mm，两帮最大移近量为160mm，均远小于全部垮落法开采巷道的变形量。与布置三个综采垮落工作面，工作面间留30m区段煤柱相比，此全采局充开采方法使该采区减少了煤柱损失35.1万t，充填材料为矸石和粉煤灰，平均密度为1.8t/m3，该采区处理矸石粉煤灰合计48.6万t。

Claims (4)

1.一种矿山资源分段全采局充开采方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在采区内掘进回风上山(1)和运输上山(2)，在一个煤层块段内开掘CT01充填工作面运输平巷(5)、CT01充填工作面回风平巷(6)和CT01充填工作面开切眼，形成完整的采煤生产***；
2)回采CT01充填工作面，在回采的过程中采用沿空留巷处理工作面运输平巷和回风平巷；
3)邻近CT01充填工作面一侧布置ZC01综采工作面，利用相邻的CT01充填工作面运输平巷(5)作为ZC01综采工作面运输平巷，并开掘ZC01综采工作面回风平巷(4)和ZC01综采工作面开切眼，ZC01综采工作面在CT01充填工作面开采完毕之后回采；ZC01综采工作面采用后退式开采，直接垮落法处理采空区(11)；
4)在CT01充填工作面另一侧间隔一个综采工作面的长度距离布置CT02充填工作面，开掘CT02充填工作面运输平巷(7)、CT02充填工作面回风平巷(8)和CT02充填工作面开切眼，回采CT02充填工作面，在回采的过程中CT02充填工作面运输平巷(7)和CT02充填工作面回风平巷(8)均采用沿空留巷处理；
5)在CT01充填工作面和CT02充填工作面之间布置ZC02综采工作面，利用CT02充填工作面运输平巷(7)作为ZC02综采工作面运输平巷，利用CT01充填工作面回风平巷(6)作为ZC02综采工作面回风平巷，并开掘ZC02综采工作面开切眼，ZC02综采工作面在CT02充填工作面开采完毕之后回采，开采方式同ZC01综采工作面；
6)重复步骤4)和5)，依照充填工作面、综采工作面间隔交替布置顺序开采，直至完成整个采区的开采以及对应采空区的充填。
2.根据权利要求1所述的一种矿山资源分段全采局充开采方法，其特征在于，充填工作面的长度为30～60m，综采工作面的长度为充填工作面长度的4～6倍；当充填工作面的长度为30～50m时采用逐巷胶结充填开采方式，当充填工作面长度为50～60m时采用逐巷胶结充填开采或综合机械化固体充填开采。
3.根据权利要求1或2所述的一种矿山资源分段全采局充开采方法，其特征在于，充填开采时使用的充填材料(12)主要为采空区煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾。
4.根据权利要求1或2所述的一种矿山资源分段全采局充开采方法，其特征在于，所述沿空留巷的支护墙体由垒砌的矸石墙和胶结充填体组成。
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