CN111364992B - 一种用于端帮煤的连续采煤机钻孔式膏体充填开采方法 - Google Patents
一种用于端帮煤的连续采煤机钻孔式膏体充填开采方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于端帮煤的连续采煤机钻孔式膏体充填开采方法，属于采煤方法领域，可解决现有端帮煤开采、人员进硐铺设充填管路、充实率和接顶效果差、资源回收率低、矿区生态环境破坏、边坡稳定性差等问题，将露天煤矿端帮压煤划分为若干区段，区段内规划若干采硐，采硐之间留设采硐间煤柱；在区段内进行初次开采跳采，同时，在采硐中部上方地表位置布置若干充填孔，并采用钢制套管套壁，将高浓度的充填体注入到采硐采开采后形成采空区，充填作业分两次完成，区段内完成初次开采后进行二次开采，直至完成所有区段采硐的开采和充填。本方法能够提高开采和充填期间的安全性，无需人员进巷操作；简化充填工艺，降低充填成本。
Description
技术领域
本发明属于采煤方法技术领域，具体涉及一种用于端帮煤的连续采煤机钻孔式膏体充填开采方法。
背景技术
据相关资料统计，2017年全国露天煤矿439座，产能9.22亿吨，占煤炭总产能比例达到17.37%，说明露天开采已经成为我国煤炭开采行业的重要组成部分。露天煤矿开采过程中会遗留下大量的端帮煤柱、排土场压煤、矿间煤柱以及小煤窑残留煤炭资源，每年端帮压煤超过1亿吨，大部分尚未得到合理利用，占用土地超过500万亩。如此大量的压煤无法采出，一方面降低了煤炭资源采出率，而且一旦回填矿坑，则会使煤炭资源永久无法采出，造成资源浪费；另一方面开采不当会造成煤自燃、坡体失稳、开采沉陷、破坏植被、水土流失等一系列问题。国产连采成套设备为回收端帮煤炭资源创了新的局面。连续采煤机的导航技术、远程遥控、顶板冒落自救等先进技术在端帮开采中得到了广泛应用。但也引起了其他两方面的新的问题。一方面，大规模机械化开采加重了对环境的破坏，尤其是边坡稳定性；另一方面，端帮煤炭资源的回收率如何进一步提高。
充填采煤技术成为解决上述问题的有效方法，然而充填采煤技术多用于井工开采，在巷道中铺设充填管路，打密闭墙，从井下或者地面加压输送充填材料。而该充填采煤技术不适用于端帮开采，原因是：一方面，采硐中铺设充填管路需要人员进硐操作，而为保证人员安全需要支护采硐，增加经济成本、开采工序，降低安全性、产量，严重制约了充填技术在端帮开采中的应用；另一方面，由于端帮压煤埋深浅，对接顶质量和充实率有着更高要求，常规充填技术用于端帮开采时，接顶工序复杂、质量差，充实率低，对端帮边坡稳定性造成严重影响。
因此，先进的采煤成套设备需要新的采煤工艺与之同步发展、进步。基于上述问题，提出一种用于端帮煤的连续采煤机钻孔式膏体充填开采方法，解决端帮开采回收率低、充填过程安全性低，人员进巷操作，充填工艺复杂，充填成本高，现场管理困难，端帮煤炭资源的采出率低，接顶效果差、充实率低，剥离沙土废弃物占用空间，地表沉陷，影响矿区生态环境的问题，实现绿色智能端帮开采。
发明内容
本发明针对现有端帮煤开采、人员进硐铺设充填管路、充实率和接顶效果差、资源回收率低、矿区生态环境破坏、边坡稳定性差等问题，提供一种用于端帮煤的连续采煤机钻孔式膏体充填开采方法。
本发明采用如下技术方案：
一种用于端帮煤的连续采煤机钻孔式膏体充填开采方法，包括如下步骤：
第一步，巷道总体布置：将露天煤矿帮压煤划分为若干区段，区段内划分采硐，留设采硐间煤柱，采充顺序采用跳采方式；
第二步，端帮开采：将连续采煤机和步进式行走平台安装在待开采端帮的前方，连续采煤机的机身连接抽出式通风除尘风筒和速连胶带运输单元，安装完成后连续采煤机完成落煤和自行装煤，速连胶带运输单元完成运煤，抽出式风筒完成除尘，随着连续采煤机探入深度的增加，延长抽出式风筒和步进式行走平台推入速连胶带运输单元，直至达到设计的探入深度；
第三步，采硐充填：在采硐开采完成后同时，在采硐顶部沿采硐推进方向，居中布置单列若干间隔的钻孔，并安置套管，同时采硐口砌永久密闭墙，连接充填管路，进行初次充填和二次充填，均采用跳充，充填设备调试完成后，按照注水洗管、灰浆推水、膏体充填、灰浆推膏体材料、水推灰浆的顺序完成；
第四步，采充工序衔接：采硐初次充填主要工序完成后，继续开采，直至达到规定探入深度，同时，完成上一采硐充填管路润管、清洗及当前开采采硐的充填管路的铺设和钻孔的定位，待充填材料体积变化趋于稳定后，在后续采硐的端帮开采和初次充填的过程中要兼顾前面已经完成初次充填采硐的二次充填，区段内完成初次开采后，进行二次开采和充填，当前区段采充完成后，进行下一区段的采充循环作业，直至完成端帮所有区段的采、充作业。
所述采硐的宽度与连采机的截割部宽度相等。
所述采硐探入深度≤300m，采硐宽度3.3m，采硐间煤柱间距0.5-1.5m。
所述钻孔间距为15-25m，孔径为350-450mm。
本发明的有益效果如下：
本发明充分利用端帮压煤埋藏浅、压力小的特点，采用“钻孔+套管”作为充填通道，同端帮探入式工艺有效结合，利用改性后充填材料的钻孔式堆积，同传统充填工艺相比省去了重复接管和拆管工序，自上而下两次充填保证了充实率和接顶效果，具有安全性强、操作性强、充实率和接顶效果好、煤炭采出率高等特点，能有效保护矿区生态环境，控制地表沉陷、实现矿区固体废物的资源化利用，是一种十分有效、合理、实际的端帮探入式充填开采方法。
附图说明
图1为本发明采硐开采及充填俯视图。
图2为图1的A-A剖视图。
其中：1-连续采煤机；2-速连胶带运输单元；3-采硐一；4-采硐二；5-采硐三；6-采硐四；7-采硐五；8-采硐六；9-采硐间煤柱一；10-采硐间煤柱二；11-采硐间煤柱三；12-采硐间煤柱四；13-采硐间煤柱五；14-采硐间煤柱六；15-初次充填奇数编号钻孔充填材料稳定形态；16-初次充填偶数编号钻孔充填材料稳定形态；17-二次充填材料稳定形态；18-钻孔套管；19-充填工业广场；20-端帮开采工业广场；21-充填钻孔一；22-充填钻孔二；23-充填钻孔三；24-充填钻孔四；25-充填钻孔五；26-充填钻孔六；27-充填钻孔七；28-充填钻孔八。
具体实施方式
结合附图，对本发明做进一步说明。
工作面参数：该方法适用于煤层厚度1.3m~5.5m，煤层倾角±6°，采硐探入深度≤300m，采硐宽度3.3m，采硐间煤柱0.5m~1.5m，中等稳定以上顶板，压煤深度≤100m的条件。钻孔参数：钻孔间距15m~25m，孔径350mm~450mm。
1、巷道总体布置，首先，将端帮压煤划分为若干区段，区段内划分为与连续采煤机的截割部宽度相等的多个采硐，分别是采硐一3、采硐二4、采硐三5、采硐四6、采硐五7、采硐六8。采硐间留设采硐间煤柱，分别是采硐间煤柱一9、采硐间煤柱二10、采硐间煤柱三11、采硐间煤柱四12、采硐间煤柱五13、采硐间煤柱六14。开采高度根据煤层厚度及顶板条件确定，探入深度根据实际情况确定，采宽为连续采煤机1截割宽度。其次，采充顺序采用跳采方式，即初次开采中跳过一个采硐，继续开采，所有初次开采采硐采完之后二次开采在初次开采过程中跳过的采硐，目的是在开采之后为充填、膏体强度增加留有充足时间。初次开采编号为奇数的采硐，如图1中采硐一3、采硐三5、采硐五7，区段内所有初次开采采硐完成之后开采编号为偶数的采硐，如图1中采硐二4，采硐四6，采硐六8。再次，规划区段内采硐数量，目的是使区段内跳格完成初次开采后，准备进行二次开采时，保证采硐两侧的充填采硐中膏体材料完成二次充填后有足够时间凝固，增加强度，承受压力，保证安全开采。最后，在端帮压煤顶部建立充填工业广场，如图2中19所示；在端帮压煤外侧建立开采工业广场，如图2中20所示。
工作面设备配置。包括开采配套设备和充填配套设备。开采配套设备包括：连续采煤机1、速连胶带运输单元2、步进式行走平台、抽出式通风除尘***、移动式卸料部、远程控制平台、导航及稳定性监测***、电气***。充填配套设备包括：充填材料运输***、破碎***、材料配比***、搅拌***、自动控制及监测***、充填泵、管道及阀门、电气***、钻孔套管。
2、采充方法上，（1）端帮开采，连续采煤机1和步进式式行走平台安装在待开采端帮的前方，抽出式通风除尘风筒和速连胶带运输单元连接连续采煤机机身，安装完成后开始采煤，连续采煤机完成落煤和自行装煤，速连胶带运输单元完成运煤，抽出式风筒完成除尘，降低采硐内煤尘浓度，步进式行走平台上的伸缩油缸负责推入和拉出速连胶带运输单元，并在顶板冒落或者片帮等特殊情况下拉出连续采煤机和速连胶带运输单元。速连胶带运输单元和抽出式风筒随连续采煤机前进，直至达到设计探入深度。在开采过程中完成充填管路的铺设和钻孔的定位，以节约时间，开采完采硐后回撤连续采煤机、逐段拆解抽出式通风除尘风筒和拉出速连胶带运输单元。开采过程中，导航及稳定性监测***通过高精度GPS、惯性导航***、雷达等多种传感器终端对连采机的运行姿态数据及关键参数进行实时采集，并通过远程控制平台进行实时显示，为人员远程操控提供准确判断依据。操控人员根据实时反馈数据，调整连采机三维位置、水平控制及工作面自动调直。（2）从采硐的垂直上方按照规定的孔径和钻孔间距从地表处钻孔，初次充填钻孔和二次充填钻孔同时打钻，并在钻孔中安置钢制套管，套管位置如图2中18所示。其中，钻孔充填顺序如图2所示，初次充填和二次充填的顺序为充填钻孔一21、充填钻孔三23、充填钻孔五25、充填钻孔七27、充填钻孔二22、充填钻孔四24、充填钻孔六26、充填钻孔八28。与此同时，在采硐边坡台阶侧采硐口打密闭墙，并连接好充填管路。其中膏体充填过程中，矸石等主料经破碎***破碎为直径小于25mm，通过材料配比***按比例调配充填物料后搅拌至均匀，经充填泵将制备好的膏体材料通过充填管路、钻孔套管18加压输送到采硐。设备调试完成后，完成洗管、润管，再由充填泵将制备好的膏体材料通过充填管路、钻孔套管输送到采硐，充填完成后再进行润管和洗管。周而复始，按照设定顺序依次完成每个钻孔的充填工序。其中，完成初次充填中的充填钻孔一21、充填钻孔三23、充填钻孔五25、充填钻孔七27的充填后，膏体材料堆积形状如图2中15所示，完成初次充填中的充填钻孔二22、充填钻孔四24、充填钻孔六26、充填钻孔八28的充填后，膏体材料堆积形状如图2中16所示，完成二次充填中钻孔充填钻孔一、充填钻孔三、充填钻孔五、充填钻孔七、充填钻孔二、充填钻孔四、充填钻孔六、充填钻孔八的充填后，膏体材料堆积形状如图2中所示。
保证采充工序高效衔接。采硐初次充填过程中，连续采煤机和步进式行走平台移至下一准备开采采硐前方并进行常规检修。采硐初次充填主要工序完成后，启动连续采煤机完成落煤和装煤，步进式行走平台随连续采煤机推进速连式胶带运输单元，延长抽出式风筒，直至达到规定探入深度。同时，完成上一采硐充填管路润管、清洗及当前开采采硐的充填管路的铺设和钻孔的定位。待充填材料体积变化趋于稳定后，在后续采硐的端帮开采和初次充填的过程中要兼顾前面已经完成初次充填采硐的二次充填。二次充填工序和充填顺序同初次充填一致。区段内完成初次开采后，将设备移至区段初始开采位置进行二次开采，二次开采采硐的采充工序同初次开采采硐的采充工序一致。当前区段采充完成后，进行下一区段的采充循环作业。周而复始，直至完成端帮所有区段的采、充作业。
Claims (4)
1.一种用于端帮煤的连续采煤机钻孔式膏体充填开采方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，巷道总体布置：将露天煤矿帮压煤划分为若干区段，区段内划分多个采硐，依次编号，留设采硐间煤柱，依次编号，采充顺序采用跳采方式，即初次开采中跳过一个采硐，继续开采，所有初次开采采硐采完之后二次开采在初次开采过程中跳过的采硐，初次开采编号为奇数的采硐，区段内所有初次开采采硐完成之后开采编号为偶数的采硐；规划区段内采硐数量；最后，在端帮压煤顶部建立充填工业广场；在端帮压煤外侧建立开采工业广场；
第二步，端帮开采：开采配套设备包括：连续采煤机、速连胶带运输单元、步进式行走平台、抽出式通风除尘***、移动式卸料部、远程控制平台、导航及稳定性监测***、电气***，充填配套设备包括：充填材料运输***、破碎***、材料配比***、搅拌***、自动控制及监测***、充填泵、管道及阀门、电气***、钻孔套管，将连续采煤机（1）和步进式行走平台安装在待开采端帮的前方，连续采煤机（1）的机身连接抽出式通风除尘风筒和速连胶带运输单元（2），安装完成后连续采煤机（1）完成落煤和自行装煤，速连胶带运输单元（2）完成运煤，抽出式风筒完成除尘，随着连续采煤机（1）探入深度的增加，延长抽出式风筒和步进式行走平台推入速连胶带运输单元（2），直至达到设计的探入深度，在开采过程中完成充填管路的铺设和钻孔的定位，开采完采硐后回撤连续采煤机、逐段拆解抽出式通风除尘风筒和拉出速连胶带运输单元；
第三步，采硐充填：在采硐开采完成后同时，在采硐顶部沿采硐推进方向，居中布置单列若干间隔的钻孔，依次编号，初次充填钻孔和二次充填钻孔同时打钻，并在钻孔中安置套管，同时在采硐边坡台阶侧采硐口砌永久密闭墙，连接充填管路，进行初次充填和二次充填，均采用跳充，即先依次充填编号为奇数的钻孔，再依次充填编号为偶数的钻孔，充填设备调试完成后，按照注水洗管、灰浆推水、膏体充填、灰浆推膏体材料、水推灰浆的顺序完成；
第四步，采充工序衔接：采硐初次充填过程中，连续采煤机和步进式行走平台移至下一准备开采采硐前方并进行常规检修，采硐初次充填主要工序完成后，启动连续采煤机完成落煤和装煤，步进式行走平台随连续采煤机推进速连式胶带运输单元，延长抽出式风筒，直至达到规定探入深度，同时，完成上一采硐充填管路润管、清洗及当前开采采硐的充填管路的铺设和钻孔的定位；
待充填材料体积变化趋于稳定后，在后续采硐的端帮开采和初次充填的过程中要兼顾前面已经完成初次充填采硐的二次充填，二次充填工序和充填顺序同初次充填一致，区段内完成初次开采后，将设备移至区段初始开采位置进行二次开采，二次开采采硐的采充工序同初次开采采硐的采充工序一致，当前区段采充完成后，进行下一区段的采充循环作业，周而复始，直至完成端帮所有区段的采、充作业。
2.根据权利要求1所述的一种用于端帮煤的连续采煤机钻孔式膏体充填开采方法，其特征在于：所述采硐的宽度与连采机的截割部宽度相等。
3.根据权利要求1所述的一种用于端帮煤的连续采煤机钻孔式膏体充填开采方法，其特征在于：所述采硐探入深度≤300m，采硐宽度3.3m，采硐间煤柱间距0.5-1.5m。
4.根据权利要求1所述的一种用于端帮煤的连续采煤机钻孔式膏体充填开采方法，其特征在于：所述钻孔间距为15-25m，孔径为350-450mm。
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| FR2573475A1 (fr) * | 1984-11-16 | 1986-05-23 | Soletanche | Nouveau procede pour l'exploitation de gisements de minerais |
| CN103758568A (zh) * | 2014-02-14 | 2014-04-30 | 中国矿业大学 | 露天煤矿端帮充填开采方法 |
| CN103924976A (zh) * | 2014-04-04 | 2014-07-16 | 太原理工大学 | 一种露天复采过残煤区的方法 |
| US8882204B2 (en) * | 2012-08-21 | 2014-11-11 | George Anthony Aulisio | Apparatus and method for mining coal |
| CN106321105A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-01-11 | 中国矿业大学 | 一种露天煤矿端帮膏体充填方法 |
-
2020
- 2020-03-14 CN CN202010178512.2A patent/CN111364992B/zh active Active
Patent Citations (5)
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