一种砌充结合减小特厚煤层停采煤柱宽度的方法

摘要

本发明公开了一种砌充结合减小特厚煤层停采煤柱宽度的方法，利用浆体充填作为主要手段，配合采煤机不放顶采煤和放顶采煤交错的采煤工序，提高煤炭资源采出率。包括以下步骤：首先布置注浆管道；当特厚煤层采煤工作面进行到原设计停采线位置时，输送机开始工作，将输送机铲板伸开，关闭放煤口，由前部刮板输送机运煤，后部刮板输送机不运煤，进入不放煤工序；随着采煤移架工序的向前推进，在后部刮板输送机后方开始砌墙，随移随砌；采煤工作面继续推进，缩回铲板，进入放煤工序；输送机随着工作面移架推进距离为直接顶垮落步距的2/3时，又进入不放煤工序；工作面后方形成一个封闭区域，向内注浆，注满为止；重复以上工序完成工作面的充填。

说明书

技术领域

本发明涉及一种砌充结合减小特厚煤层停采煤柱宽度的方法，属于煤矿开采技术领域。

背景技术

采煤工作面因地质条件、巷道布置、生产系统等原因沿煤层走向无限制地开采下去。为了保证矿井生产安全，这时人为设置有一个停采线，限制它向前回采，工作面推进到此位置就停止采煤，回撤设备，封闭采空区。这时停采线与大巷之间的煤柱就被丢弃，造成煤炭资源的浪费。以塔山矿8105工作面为例，停采煤柱达到230m,造成煤炭资源的极大浪费。

煤炭资源是现今社会最为重要的一项资源，对我国各行业发展的资源供应具有重要的作用。在获得广泛需求的同时，煤炭也是一种不可再生资源，这就需要我们在煤炭开采的过程中能够尽可能的提升煤炭回采率，从而能够保证煤炭资源的良好、持续应用。停采线煤柱宽度留设的大小直接关系到巷道使用期间的安全可靠、煤炭资源回收率和企业经济效益。

目前学者研究最多的是合理确定停采线的位置，即从理论上提高支护阻力、优化支护参数、加大采空侧对煤柱的侧向约束力从而达到提高巷道围岩和煤柱整体承载能力保证巷道围岩整体稳定，现场更多的是采用经验公式对停采线进行确定。从现有的专利公布情况来看，关于减小停采煤柱的技术措施相对较少，从相关内容来看主要有通过超前工作面分段填充老巷来降低采动应力的影响，但是对于特厚煤层这种特殊条件的涉及甚少。随着工作面的推进，采空区上部岩层重量将向采空区周围新的支承点转移，从而在采空区四周形成支承压力带，工作面前方形成超前支承压力，超前支承压力直接影响到停采线的位置，根据这一理论，如果采空区范围减小，那么超前支承压力的效应就会减弱，从而可以达到适当外延停采线、减小停采煤柱的目的。

发明内容

本发明旨在提供一种砌充结合减小特厚煤层停采煤柱宽度的方法，利用浆体充填作为主要手段，配合采煤机不放顶采煤和放顶采煤交错开采的采煤工序，来降低工作面的采动影响范围，从而减小停采煤柱的宽度，达到提高煤炭资源采出率的目的，实现煤炭资源的高效利用。

本发明提供了一种砌充结合减小特厚煤层停采煤柱宽度的方法，包括以下步骤：

(1)首先结合矿区的实际地质条件，在特厚煤层上部的软岩层开通一条平行于工作面方向的巷道，作为后序注浆管道；

(2)当特厚煤层开采工作面进行到原设计停采线位置时，低位放煤插板式双输送机开始工作，将输送机铲板伸开，关闭放煤口，由前部刮板输送机运煤，后部刮板输送机不运煤，进入不放煤工序；

(3)随着采煤移架工序的向前推进，直接顶变为较软的不放顶煤层，在后部刮板输送机后方开始砌墙，采空区落煤及矸石会慢慢挤入工作面，遇到墙体停止挤入；

(4)采煤工作面继续推进，缩回铲板，后部刮板输送机开始运煤，进入放煤工序；

(5)双输送机随工作面推进移架推进距离为直接顶垮落步距的2/3时，重复步骤(2)，又进入不放煤工序；

(6)工作面后方形成一个由墙体、不放顶煤、顶板和底板组成的封闭区域，此时从上部的注浆管道向此区域钻孔，并开始注浆，注满为止；

(7)重复以上放煤工序、不放煤工序以及注浆的步骤，完成工作面的充填。

上述方案中，步骤(2)为了达到提高煤炭采出率的目的，工作面应该在原停采线位置附近实施工序，当然此时超前支承压力还远远没有影响到大巷稳定。

上述方案中，步骤(3)由于移架后可能容易掉煤，因而必须在采煤机割煤1刀后移架，并且立即砌墙，“随移随砌”。墙体材料可由采空区煤矸石或者砖块代替。

上述方案中，步骤(3)砌墙的墙体高度为采煤工作面高度，墙体的长度应不小于不放顶煤工序上部煤层的垮落步距，实际中为了达到充填效果的稳定性，不放顶煤工序开采推进的长度h为不放顶煤煤层垮落步距的2倍以上，墙体长度h为1.4～1.8倍不放顶煤煤层垮落步距。

上述方案中，步骤(5)进入放顶煤的开采长度应不小于直接顶(岩层)的垮落步距L，为了充填的稳定可设置为2/3L-3/4L。

上述方案中，步骤(6)钻孔宽度可根据采空区范围和充填效率合理设定。鉴于特厚煤层开采厚度大，充填空间较大，因而充填材料建议采用膨胀性充填材料，强度应不低于煤体强度。为了节省材料可以先在采空区用放煤时产生的矸石在下部充填，然后在矸石上面进行注浆。

通过实施本发明，可从一个工作面的停采煤柱中多采出煤炭的重量大约为：

式中ρ─煤的密度；b─原停采煤柱宽度；a─充填后停采煤柱宽度；

c─工作面宽度；H─煤层厚度；h─墙体长度；L─直接顶跨落步距。

本发明利用充填手段配合采煤机放顶煤开采和不放顶煤开采交错开采的采煤工序，利用充填后的浆体支承采空区，减小采空区对工作面的采动影响，采煤机就可以开采理论停采线与大巷之间的煤柱，即停采煤柱。

本发明的有益效果：

1、充填工序不会影响采煤工作面的推进，采用这种“边采边充”的工艺可有效地保证采空区由充填体充实，减小采空区对直接顶及工作面超前支撑压力的影响；

2、工序简单，施工容易，材料可随采随用，有效降低事故率；

3、本发明可减小停采煤柱的宽度，采煤工作面沿走向推进长度更大，提高煤炭采出率，极大程度地减少了煤炭资源的浪费；

4、采用充填采空区，对岩层矿压控制、地表沉陷的控制、巷道稳定及相邻工作面的开采也有积极效果。

附图说明

图1为低位放煤插板式双输送机的结构示意图。

图2为煤矿充填后的效果图。

图中：1─低位放煤插板式双输送机，2─放煤铲板，3-前部刮板输送机，4-后部刮板输送机，5─墙体，6─钻孔，7─注浆管道巷道，8─不放顶煤，9─放顶煤，10─注浆管路，h为不放煤长度，L为直接顶跨落步距。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

低位放煤插板式双输送机的结构示意图见图1，包括铲板2、前部刮板输送机3、后部刮板输送机4。放煤工序、不放煤工序双输送机的工作状态一样，区别就是后部放煤铲板是否收回，从而控制是否采收顶煤。

下面以安家岭煤矿为例，通过本发明提供的砌充结合方法减小特厚煤层停采煤柱宽度，具体包括以下步骤：

(1)安家岭某工作面开采特厚煤达14m左右，首先在特厚煤层上部10m左右较软弱岩层粉砂岩层开通一条平行于工作面方向的巷道，即注浆管道巷道7，以便后面注浆的管道系统管路的铺设。

(2)当特厚煤层开采工作面进行到原设计停采线位置时，当然此时超前支承压力还远远没有影响到大巷稳定。将输送机铲板2伸开，关闭放煤口，只由前部刮板输送机3运煤，后部刮板输送机4不运煤，进入不放煤工序。

(3)由于此时直接顶变为较软的不放顶煤层，移架后可能容易掉煤，因而须在采煤机割煤1刀后移架，并且立即砌墙，“随移随砌”。墙体高度为采煤工作面高度3.46m，墙体长度理论上应不能小于不放顶煤的跨落步距，实际中为了达到充填效果的稳定性，不放顶煤的长度可在2倍不放顶煤跨落步距之上，为5.3m，墙体长度可适当小些为4m。墙体材料可由采空区煤矸石或者砖块代替。

(4)随着采煤移架工序的继续前进，在前部刮板输送机3后方开始砌墙，采空区落煤及矸石会慢慢挤入工作面，遇到墙体5时停止挤入。

(5)采煤工作面继续推进，缩回铲板，后部刮板输送机开始运煤，进入放煤工序。

(6)采煤机推进一段距离后，放顶煤的开采长度理论上应不能超过直接顶(岩层)的垮跨落步距L，为了充填的稳定可设置为2/3L-3/4L。重复步骤(1)、(2)，又进入不放煤工序。

(7)经过步骤(1)-(4)，工作面后方形成一个由墙体、不放煤、顶板和底板组成的封闭区域，此时从上部注浆管路10向此区域钻孔6，钻孔大小可由技术人员根据采空区范围及所需注浆速度合理确定，并开始注浆，注满为止。

(8)重复以上步骤，形成如图2效果。充填完成后，形成了放顶煤9、不放顶煤8交叉排列的效果，大大减小了停采煤柱。

因为工作面后方被充填体充实，不放顶煤下方为墙体，起到支撑充填体的作用，顶板不会垮落。但实际中为了保护巷道不受工作面采动影响还是要留一定宽度的煤柱作支撑。