CN116084945A - 一种短壁综采工作面采充分离充填方法 - Google Patents

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CN116084945A CN202211528206.2A CN202211528206A CN116084945A CN 116084945 A CN116084945 A CN 116084945A CN 202211528206 A CN202211528206 A CN 202211528206A CN 116084945 A CN116084945 A CN 116084945A
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Abstract

本发明提供一种短壁综采工作面采充分离充填方法，涉及煤炭技术领域，短壁综采工作面采充分离充填方法包括：根据顶板稳定性的不同将综采工作面划分成多个第一预定长度的短壁综采充填工作面；在短壁综采充填工作面设置短机身单滚筒采煤机和支架；将填充管路设置于进风巷道和采空区域的顶板；当工作面向前推进第一预定距离时，在采空区域沿平行于工作面的方向间隔设置多个支撑柱；将挡板设置于相邻两个支撑柱之间；通过填充管路向采空区域充填膏体。通过在工作面向前推进第一预定距离之后再进行充填作业，实现了短壁充填工作面采煤工序和充填工序分离，两个工序互不干扰，实现了工作面的快速推进。

Description

一种短壁综采工作面采充分离充填方法
技术领域
本发明涉及煤炭技术领域，尤其涉及一种短壁综采工作面采充分离充填方法。
背景技术
现有成熟的充填方法有两种，一种是长壁综采充填采煤方法，另一种是“连采连充”巷道采煤充填方法。长壁式综采充填采煤方法由于施工工序复杂、推进速度慢、采空区充填不实、投资大等问题，不符合当下高产高效的施工要求，应用范围越来越小；而“连采连充”巷道采煤充填方法设备投资大、产量低，且采煤工序和充填工序不连续，适用范围有一定局限性。
发明内容
本发明提供一种短壁综采工作面采充分离充填方法，用以解决现有技术中的充填方法存在推进速度慢，以及采煤工序和充填工序不连续的问题。
本发明提供一种短壁综采工作面采充分离充填方法，包括：
根据顶板稳定性的不同将综采工作面划分成多个第一预定长度的短壁综采充填工作面；
在所述短壁综采充填工作面设置短机身单滚筒采煤机和支架；
将填充管路设置于进风巷道和采空区域的顶板；
当工作面向前推进第一预定距离时，在所述采空区域沿平行于所述工作面的方向间隔设置多个支撑柱；
将挡板设置于相邻两个所述支撑柱之间；
通过所述填充管路向所述采空区域充填膏体。
根据本发明实施例提供的一种短壁综采工作面采充分离充填方法，所述填充管路包括填充主管，以及分别与填充主管连通的第一填充支管和第二填充支管；所述将填充管路设置于进风巷道和采空区域的顶板的步骤，包括以下步骤：
当工作面向前推进第二预定距离时，将所述填充主管固定于所述进风巷道的顶板和所述支架后方采空区域的顶板，并将所述第一填充支管沿平行于所述工作面的方向固定于所述支架后方采空区域的顶板；
当工作面向前推进第三预定距离时，将所述第二填充支管沿平行于所述工作面的方向固定于所述支架后方采空区域的顶板，所述第二填充支管位于所述第一填充支管与所述挡板之间，所述第二填充支管的长度小于所述第一填充支管的长度。
根据本发明实施例提供的一种短壁综采工作面采充分离充填方法，在所述将挡板设置于相邻两个所述支撑柱之间的步骤之前，还包括以下步骤：
在所述支撑柱的顶部设置高水充填袋，并向所述高水充填袋内填充高水材料，以使所述支撑柱的顶部与所述采空区域的顶板连接。
根据本发明实施例提供的一种短壁综采工作面采充分离充填方法，在所述通过填充管路向所述采空区域充填膏体的步骤之前，还包括以下步骤：
在所述挡板的顶部设置条形高水充填袋，以将所述挡板与所述顶板之间的间隙封堵。
根据本发明实施例提供的一种短壁综采工作面采充分离充填方法，在所述将填充管路设置于进风巷道和采空区域的顶板的步骤之后，还包括以下步骤；
在所述进风巷道和所述回风巷道的顶板设置充填检验管，以将填充过程中膏体中的气体排出。
根据本发明实施例提供的一种短壁综采工作面采充分离充填方法，在所述通过填充管路向所述采空区域充填膏体的步骤之前，还包括以下步骤：
在所述挡板朝向工作面的一侧设置与所述挡板抵接的液压单体。
根据本发明实施例提供的一种短壁综采工作面采充分离充填方法，多个所述支撑柱中的两个所述支撑柱与煤侧壁贴合；在所述通过填充管路向所述采空区域充填膏体的步骤之前，还包括以下步骤：
采用喷浆的方式将所述煤侧壁与所述支撑柱之间的间隙封堵。
根据本发明实施例提供的一种短壁综采工作面采充分离充填方法，所述支撑柱的侧边设置有沿所述支撑柱的长度方向延伸的凹槽，所述挡板的侧边对应的所述凹槽卡接配合。
根据本发明实施例提供的一种短壁综采工作面采充分离充填方法，所述第一预定长度为30m-80m，所述第一预定距离为18m-22m，所述第二预定距离为5m，所述第三预定距离为10m。
根据本发明实施例提供的一种短壁综采工作面采充分离充填方法，所述支撑柱的下端埋设于巷道底板。
根据本发明实施例提供的一种短壁综采工作面采充分离充填方法，通过在工作面向前推进第一预定距离之后再进行充填作业，实现了短壁充填工作面采煤工序和充填工序分离，两个工序互不干扰，实现了工作面的快速推进。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的短壁综采工作面采充分离充填方法的施工原理示意图；
图2是本发明实施例提供的支撑柱与挡板的俯视结构示意图；
图3是本发明实施例提供的支撑柱与挡板的主视剖面结构示意图；
图4是本发明实施例提供的支撑柱的俯视结构示意图；
图5是本发明实施例提供的挡板的主视结构示意图；
图6是本发明实施例提供的挡板的后视结构示意图；
图7是本发明实施例提供的挡板的侧视剖面结构示意图；
图8是本发明实施例提供的短壁综采工作面采充分离充填方法的流程图。
附图标记：
100、支架；200、支撑柱；210、挡板；220、高水充填袋；230、条形高水充填袋；300、填充主管；310、第一填充支管；320、第二填充支管；400、膏体；500、短壁综采充填工作面；600、充填检验管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1-图8描述本发明实施例的短壁综采工作面采充分离充填方法。
图1示例了本发明实施例提供的短壁综采工作面采充分离充填方法的施工原理示意图，图8示例了本发明实施例提供的短壁综采工作面采充分离充填方法的流程图，如图1和图8所示，短壁综采工作面采充分离充填方法包括以下步骤：
步骤100，根据顶板稳定性的不同将综采工作面划分成多个第一预定长度的短壁综采充填工作面500；
这里需要说明的是，第一预定长度为30m-80m，第一预定长度具体根据顶板的稳定性进行确定。
步骤200，在短壁综采充填工作面500设置短机身单滚筒采煤机(未示出)和支架100；
这里需要说明的是，由于短壁综采充填工作面500的长度较小，因此适合采用体积较小的短机身单滚筒采煤机进行开采。施工过程中除了设置短机身单滚筒采煤机和支架100之外还设置有刮板输送机(未示出)等其他设备，刮板输送机与支架100连接。由于支架100和刮板输送机的设置方式与现有的长壁式综采充填采煤方法中支架100和刮板输送机的设置方式相同，在此不再详细介绍。
步骤300，将填充管路设置于进风巷道和采空区域的顶板；
填充管路用于向采空区域输送膏体400，膏体400可采用矿井矸石，从而实现矸石在矿区内的有效利用，实现了绿色开采。
步骤400，当工作面向前推进第一预定距离时，在采空区域沿平行于工作面的方向间隔设置多个支撑柱200；
通过在工作面向前推进第一预定距离(即图1中的L)之后再进行充填作业，避免了长壁充填综采工作面推进速度慢、施工工艺复杂、采煤和充填两种工序互相干扰以及投资大(需要购置充填支架)的问题，真正意义上实现了采煤工序和充填工序分离。本实施例中第一预定距离为18m-22m，优选项为20m。
这里需要说明的是，本实施例中前方指的是图1中向左的方向，后方指的是图1中向右的方向。
如图1所示，多个支撑柱200沿平行于工作面的方向等距间隔设置，即多个支撑柱200沿着图1中的上下方向等距间隔设置。采用等距间隔的设置方式可使得挡板210的尺寸实现统一，实现不同挡板210的互换，提高了生产效率。本实施例中相邻两个支撑柱200之间的距离为6000mm，当然，相邻两个支撑柱200之间的距离并不限定于此，也可以采用其他尺寸。
本实施例中支撑柱200采用钢筋混凝土浇筑而成，支撑柱200采用在地面进行预制，采用钢筋混凝土浇筑而成的支撑柱200具有结构强度高和造价低的优点。支撑柱200的横截面为圆形，支撑柱200的外径具有800mm、1000mm、1200mm三种尺寸，当然，支撑柱200的外径并不限定于此，具体根据顶板的特性进行确定。支撑柱200的下端埋设于巷道底板，通过在巷道底板设置坑位来埋设支撑柱200，实现对支撑柱200的下端进行固定。支撑柱200的高度比煤层的厚度小200mm-300mm，即支撑柱200的顶部与顶板之间的间隙大小为200mm-300mm。
步骤500，将挡板210设置于相邻两个支撑柱200之间；
通过挡板210与支撑柱200配合，实现了对采空区域的隔离，可在挡板210背离工作面的一侧形成大空间来进行充填，通过对隔离的大空间进行快速膏体400充填，实现综采了工作面采煤和充填工序的分离。
在本发明的一个实施例中，图5示例了本发明实施例提供的挡板210的主视结构示意图，图6示例了本发明实施例提供的挡板210的后视结构示意图，图7示例了本发明实施例提供的挡板210的侧视剖面结构示意图，如图5、图6和图7所示，挡板210为中空的井字筋钢挡板，挡板210的长度为5400mm，挡板210的宽度为95mm，挡板210的高度具有1000mm、400mm、300mm三种尺寸，挡板210的具体高度在使用过程中可以根据煤层的高度进行确定。
这里需要说明的是，由于靠近煤侧壁的支撑柱200与煤侧壁之间的距离一般小于其他相邻两个支撑柱200之间的距离，因此靠近煤侧壁的挡板210的长度可根据实际距离进行设置。
步骤600，通过填充管路向采空区域充填膏体400。
填充过程中将填充管路与充填站连接，充填站的型号根据采空区域的容量大小进行确定。例如当工作面的长度为30m，煤层的厚度为3m时，采空区域的充填空间约为1800m3，采用120m3/h的充填站，15小时可充填满采空区域。
充填的准备工作在检修班即可完成，每天可推进20m，例如一个长度为30m、高度为3m的短壁工作面，可实现一年80万吨的产量。采用本发明实施例的短壁综采工作面采充分离充填方法，可以为30m-80m的边角煤柱回采和“三下”压煤回采提供一种快速回采充填方法，实现真正意义上的高效回采充填。
根据本发明实施例提供的一种短壁综采工作面采充分离充填方法，通过在工作面向前推进第一预定距离之后再进行充填作业，实现了短壁充填工作面采煤工序和充填工序分离，两个工序互不干扰，实现了工作面的快速推进。采用本发明的短壁综采工作面采充分离充填方法，不需要另购置充填支架100，使用普通综采工作面设备即可，具有投资小和施工简单的优点。
在本发明的一个实施例中，填充管路包括填充主管300，以及分别与填充主管300连通的第一填充支管310和第二填充支管320；将填充管路设置于进风巷道和采空区域的顶板的步骤，包括以下步骤：
步骤310，当工作面向前推进第二预定距离时，将填充主管300固定于进风巷道的顶板和支架100后方采空区域的顶板，并将第一填充支管310沿平行于工作面的方向固定于支架100后方采空区域的顶板；
填充主管300沿着进风巷道的长度方向设置并延伸至支架100后方的采空区域，通过将填充主管300固定于进风巷道的顶板和支架100后方采空区域的顶板，实现了在采空区域的上方进行填充膏体400，填充过程中膏体400是向下运动，避免了填充过程中膏体400将填充管路堵塞。第一填充支管310与工作面平行，第一填充支管310的长度为工作面的长度的2/3。第一填充支管310的具体长度根据实验效果进行确定。本实施例中第二预定距离为5m，当然，第二预定距离的长度并不限定于此，具体根据实际需要和安全操作规范进行确定。
步骤320，当工作面向前推进第三预定距离时，将第二填充支管320沿平行于工作面的方向固定于支架100后方采空区域的顶板，第二填充支管320位于第一填充支管310与挡板210之间，第二填充支管320的长度小于第一填充支管310的长度。
第二填充支管320远离填充主管300的一端向采空区域的中间位置延伸，第二填充支管320与第一填充支管310平行。本实施例中第三预定距离为10m，当然第三预定距离的长度并不限定于此，具体根据实际需要和工作面的长度进行确定。
这里需要说明的是，填充支管的数量并不限定于两个，也可根据采空区域的宽度(即图1中左右方向的长度)设置更多数量的填充支管。
在本发明的一个实施例中，图3示例了本发明实施例提供的支撑柱200与挡板210的主视剖面结构示意图，如图3所示，在将挡板210设置于相邻两个支撑柱200之间的步骤之前，还包括以下步骤：
在支撑柱200的顶部设置高水充填袋220，并向高水充填袋220内填充高水材料，以使支撑柱200的顶部与采空区域的顶板连接。
将高水材料填充至高水充填袋220之后，高水材料固化，将支撑柱200的顶部与采空区域的顶板连接，既提高了支撑柱200的稳定性，又将支撑柱200的顶部与采空区域的顶板之间的间隙封堵。
在本发明的一个实施例中，在通过填充管路向采空区域充填膏体400的步骤之前，还包括以下步骤：
在挡板210的顶部设置条形高水充填袋230，以将挡板210与顶板之间的间隙封堵。
在挡板210安装到位后，在挡板210的顶部设置条形高水充填袋230，条形高水充填袋230沿着挡板210的长度方向设置，条形高水充填袋230可以将挡板210与顶板之间的间隙封堵。防止填充膏体400的过程中膏体400通过挡板210的顶部与顶板之间的间隙泄漏。条形高水充填袋230的长度为5200mm，条形高水充填袋230的高度为300mm，条形高水充填袋230的宽度为100mm，当然，条形高水充填袋230的尺寸并不限定于此，具体根据挡板210的顶部与顶板之间的间隙大小以及挡板210的尺寸进行确定。
在本发明的一个实施例中，在将填充管路设置于进风巷道和采空区域的顶板的步骤之后，还包括以下步骤；
在进风巷道和回风巷道的顶板设置充填检验管600，以将填充过程中膏体400中的气体排出。
充填检验管600用于将膏体400中的气体排走，确保采空区域可以被膏体400填充严实。本实施例中设置有两个充填检验管600，一个充填检验管600设置于进风巷道的顶板并向采空区域的一侧延伸，另一个充填检验管600设置于回风巷道的顶板并向采空区域的另一侧延伸。当然，充填检验管600的数量并不限定于此，具体根据实际需要进行确定。
在本发明的一个实施例中，在通过填充管路向采空区域充填膏体400的步骤之前，还包括以下步骤：
在挡板210朝向工作面的一侧设置与挡板210抵接的液压单体。
当煤层厚度较大或者膏体400的填充量较大时，挡板210由于受到膏体400的巨大压力容易发生变形，因此在挡板210朝向工作面的一侧设置与挡板210抵接的液压单体，由于液压单体分别与顶板和底板连接，可对挡板210进行支撑，提高了挡板210的稳定性和结构强度。
进一步地，为了提高挡板210和支撑柱200的稳定性，可将相邻两排的支撑柱200通过钢丝绳一一对应连接。如图1所示，由于右侧的采空区域已经填充完毕，当填充左侧采空区域时，由于中间一排的挡板210和支撑柱200的两侧均有膏体400存在，两侧的压力相互抵消，因此中间的挡板210和支撑柱200受力较小，采用钢丝绳将两排的挡板210连接，可使中间一排的支撑柱200为左侧一排的支撑柱200提供支撑。
在本发明的一个实施例中，多个支撑柱200中的两个支撑柱200与煤侧壁贴合；在通过填充管路向采空区域充填膏体400的步骤之前，还包括以下步骤：
采用喷浆的方式将煤侧壁与支撑柱200之间的间隙封堵。
在设置支撑柱200的过程中，同一排两端的两个支撑柱200与对应的煤侧壁贴合，但是由于煤侧壁的表面凹凸不平，因此支撑柱200与煤侧壁之间存在间隙，通过采用喷浆的方式将煤侧壁与支撑柱200之间的间隙封堵，避免填充过程中膏体400发生泄漏。
在本发明的一个实施例中，图2示例了本发明实施例提供的支撑柱200与挡板210的俯视结构示意图，图4示例了本发明实施例提供的支撑柱200的俯视结构示意图，如图2和图4所示，支撑柱200的侧边设置有沿支撑柱200的长度方向延伸的凹槽，挡板210的侧边对应的凹槽卡接配合。通过采用卡接配合的方式安装挡板210，具有安装简便的优点，有效提高了施工效率。本实施例中凹槽的深度为200mm，凹槽的宽度为100mm。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种短壁综采工作面采充分离充填方法，其特征在于，包括：
根据顶板稳定性的不同将综采工作面划分成多个第一预定长度的短壁综采充填工作面；
在所述短壁综采充填工作面设置短机身单滚筒采煤机和支架；
将填充管路设置于进风巷道和采空区域的顶板；
当工作面向前推进第一预定距离时，在所述采空区域沿平行于所述工作面的方向间隔设置多个支撑柱；
将挡板设置于相邻两个所述支撑柱之间；
通过所述填充管路向所述采空区域充填膏体。
2.根据权利要求1所述的短壁综采工作面采充分离充填方法，其特征在于，所述填充管路包括填充主管，以及分别与填充主管连通的第一填充支管和第二填充支管；所述将填充管路设置于进风巷道和采空区域的顶板的步骤，包括以下步骤：
当工作面向前推进第二预定距离时，将所述填充主管固定于所述进风巷道的顶板和所述支架后方采空区域的顶板，并将所述第一填充支管沿平行于所述工作面的方向固定于所述支架后方采空区域的顶板；
当工作面向前推进第三预定距离时，将所述第二填充支管沿平行于所述工作面的方向固定于所述支架后方采空区域的顶板，所述第二填充支管位于所述第一填充支管与所述挡板之间，所述第二填充支管的长度小于所述第一填充支管的长度。
3.根据权利要求2所述的短壁综采工作面采充分离充填方法，其特征在于，在所述将挡板设置于相邻两个所述支撑柱之间的步骤之前，还包括以下步骤：
在所述支撑柱的顶部设置高水充填袋，并向所述高水充填袋内填充高水材料，以使所述支撑柱的顶部与所述采空区域的顶板连接。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的短壁综采工作面采充分离充填方法，其特征在于，在所述通过填充管路向所述采空区域充填膏体的步骤之前，还包括以下步骤：
在所述挡板的顶部设置条形高水充填袋，以将所述挡板与所述顶板之间的间隙封堵。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的短壁综采工作面采充分离充填方法，其特征在于，在所述将填充管路设置于进风巷道和采空区域的顶板的步骤之后，还包括以下步骤；
在所述进风巷道和所述回风巷道的顶板设置充填检验管，以将填充过程中膏体中的气体排出。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的短壁综采工作面采充分离充填方法，其特征在于，在所述通过填充管路向所述采空区域充填膏体的步骤之前，还包括以下步骤：
在所述挡板朝向工作面的一侧设置与所述挡板抵接的液压单体。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的短壁综采工作面采充分离充填方法，其特征在于，多个所述支撑柱中的两个所述支撑柱与煤侧壁贴合；在所述通过填充管路向所述采空区域充填膏体的步骤之前，还包括以下步骤：
采用喷浆的方式将所述煤侧壁与所述支撑柱之间的间隙封堵。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的短壁综采工作面采充分离充填方法，其特征在于，所述支撑柱的侧边设置有沿所述支撑柱的长度方向延伸的凹槽，所述挡板的侧边对应的所述凹槽卡接配合。
9.根据权利要求2或3所述的短壁综采工作面采充分离充填方法，其特征在于，所述第一预定长度为30m-80m，所述第一预定距离为18m-22m，所述第二预定距离为5m，所述第三预定距离为10m。
10.根据权利要求1至3中任意一项所述的短壁综采工作面采充分离充填方法，其特征在于，所述支撑柱的下端埋设于巷道底板。
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