一种联合复采特厚煤层停采线煤柱的方法

摘要

本发明公开了一种联合复采特厚煤层停采线煤柱的方法，步骤如下：（1）确定联合复采的单元，模拟煤柱联合复采工作面运输顺槽与轨道顺槽的位置；（2）对原工作面采空区进行综合探测，排除安全隐患；（3）在特厚煤层停采线煤柱上部掘进一条煤柱联合复采工作面推进方向的巷道，作为巷旁充填巷道；（4）掘进煤柱联合复采工作面回采巷道及附属斜巷使其形成完整的生产系统，布置煤柱联合复采工作面；（5）在巷道底板钻孔，布置充填管路；（6）配制充填膏体，沿充填管路将其均匀注入运输顺槽靠近原工作面采空区的一侧；（7）在原工作面轨道顺槽布置综放开采设备，煤柱联合复采工作面进行综放开采。本发明减少了压煤量，避免浪费，提高了经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种联合复采特厚煤层停采线煤柱的方法，属于煤矿开采技术领域。

背景技术

当前，我国每年45%以上的煤炭产量为厚煤层源的过程中，煤炭资源往往以煤柱的形式被遗留井下。随着近些年来无煤柱护巷技术的发展，区段煤柱所带来煤炭损失严重的问题得到有效解决，但是关于停采线煤柱所带来煤炭损失严重的问题还有待解决。

现有可用资源日渐枯竭，能源需求日趋紧张，煤炭作为宝贵的不可再生资源，遗留的煤柱若不借助现有巷道布置系统采出，以后再进行二次采出将花费巨大的代价，有些甚至永久遗弃在井下，造成巨大的资源浪费。因此，复采衰老矿井停采线煤柱对延长矿区或矿井的寿命，提高资源的回采率，缓减企业压力等都具有重要的现实意义。以塔山煤矿8105工作面为例，停采线煤柱宽度达230m，造成煤炭资源的极大浪费，因而亟待找到一种对特厚煤层停采线煤柱复采的方法。

特厚煤层停采线煤柱的复采相对于普通工作面回采，具有安全难保证，成本高等问题，具体技术难点在于：

（1）靠经采空区一侧煤层的自燃：由于特厚煤层工作面回采完毕，煤柱靠近采空区一侧的残留浮煤较多，浮煤逐渐氧化，自燃发火倾向增加，影响护巷煤柱复采的安全生产。

（2）煤柱靠近采空区一侧瓦斯的集聚：由于特厚煤层工作面回采完毕，采空区封闭，采空区后部受到顶板自然垮落且重新压实，使得煤柱靠近采空区一侧的瓦斯大量集聚，影响护巷煤柱复采的安全生产。

目前对复采特厚煤层长壁式采煤法遗留停采线煤柱的研究较少，往往都是集中在中厚煤层房式采煤法遗留煤柱的回收方面。针对大巷煤柱的回收，能够获得的现有技术如中国专利：CN105888665A“大巷煤柱回收方案的设计方法”提供了一种大巷煤柱回收方案的设计方法，这项发明是通过建立三维计算模型对护巷煤柱回收的初步方案进行力学分析和验证，然后载进行安全性分析、回采率和经济效益分析，该发明只是对矿井提出的若干护巷煤柱回收方案进行验证，而并非是具有回收煤柱的实际操作方法；再如中国专利：CN101967975A“特厚煤层(14-20m)大采高综放开采工艺技术”提出特厚煤层大采高综放开采的采煤方法、放煤工艺、支架合理架型、设备生产能力等全套的大采高综放开采的工艺技术，该发明主要是针对14-20m的特厚煤层工作面而提出的一整套工艺技术，具有一定的普遍性，但对于停采线煤柱这类特殊的遗留煤炭资源能否适用还值得商榷。然而由于停采线煤柱留设的特殊性，现有的特厚煤层停采线煤柱的复采还存在一些技术难题，在现有公开文献中，还没有相关复采方法的报道。

发明内容

本发明旨在提供一种联合复采特厚煤层停采线煤柱的方法，利用原工作面回采巷道作为特厚煤层停采线煤柱联合复采工作面的切眼，并加以掘进煤柱联合复采工作面的运输顺槽与轨道顺槽，联合带区（盘区）内多个条带的停采线煤柱顺序推进复采，实现对生产矿井特厚煤层停采线煤柱的复采，以解决停采线煤柱煤炭损失的严重的问题。

本发明提供了一种联合复采特厚煤层停采线煤柱的方法，具体实施步骤如下：

（1）结合矿井原有地质资料、技术资料、生产资料，确定联合复采的单元，并运用数值模拟软件模拟煤柱联合复采工作面运输顺槽与轨道顺槽的位置；

联合复采单元的个数根据矿井地质资料对矿井范围内带区或盘区的划分来确定，联合的条带个数不超过4个；

联合复采的单元：联合复采与单独复采的的区别首先是在于矿井地质因素即在带区划分上存在区别，有些矿井将一个条带作为一个带区进行开采，带区各生产系统集中于一个条带（带区）之上，而有些矿井将2～5个条带联合布置形成带区的生产系统往往不集中在其中的某一个条带之中；其次，联合复采回收煤柱的时候，往往针对的是相邻2～4个带区的停采线煤柱在留设时的长度相同，也就是说空间形态上能够形成一个规则的立方体，即在复采工作面在连续推进过程中，工作面长度不会发生大范围的变化；

（2）对特厚煤层停采线煤柱所在原工作面采空区进行综合探测，排除存在的安全隐患，以达到安全生产；

（3）根据矿井地质资料，在特厚煤层停采线煤柱上部掘进一条煤柱联合复采工作面推进方向的巷道，作为巷旁充填巷道；

（4）掘进煤柱联合复采工作面回采巷道及附属斜巷使其形成完整的运输系统，布置煤柱联合复采工作面，并在原工作面回风斜巷和原工作面运输平巷中建造风门，使煤柱联合复采工作面能够形成完整的通风系统，保证煤柱联合复采工程中的通风安全；

（5）在步骤（3）所开掘的巷道中，在巷道底板由上至下钻孔，布置特厚煤层停采线煤柱联合复采工作面运输顺槽的充填管路；

（6）配制充填膏体，在充填泵的作用下沿步骤（5）的充填管路将制备好的膏体均匀注入运输顺槽靠近原工作面采空区的一侧，使其充分凝结；

（7）在原工作面轨道顺槽布置综放开采设备，煤柱联合复采工作面进行综放开采。

上述方案中，步骤（1）中，结合矿井地质资料中对矿井范围内的盘区划分，确定将2~4个特厚煤层停采线煤柱所在条带作为联合复采的单元，之后根据围岩极限平衡理论、支承压力分布的范围并运用FLAC^3D数值模拟软件确定煤柱联合复采工作面回采巷道的合理位置选择范围，之后再根据矿井生产资料确定煤柱联合复采工作面回采巷道的具体位置。

上述方案中，步骤（2）中，对原工作面采空区进行积水量与积气量探测：为了防止掘进回采巷道时发生突水事故，要对原工作面采空区进行疏排水工作；为了防止瓦斯突出及煤层自燃，要对原工作面采空区注入氮气及阻燃剂。

优选地，对特厚煤层停采线煤柱所在的后部原采空区瓦斯含量进行综合探测的方法包括物探、钻探，并及时注入氮气以驱散采空区瓦斯有害气体；要对特厚煤层停采线煤柱所在的后部原采空区注入阻燃剂，以防止特厚煤层原工作面残留浮煤发生煤层自燃。

优选地，对特厚煤层停采线煤柱所在的后部原采空区积水量进行综合探测的方法包括物探、钻探、化探，若采空区积水含量高则要对疏排采空区积水。

上述方案中，步骤（3）中，沿特厚煤层顶板在煤层中掘进巷旁充填巷道，巷道走向与煤柱联合复采工作面推进方向平行，巷道与煤柱联合复采工作面运输顺槽内错布置，内错距离为3～5m，该巷道为煤柱联合复采工作面的顶板瓦斯抽放巷。

上述方案中，步骤（4）中，在要联合的各煤柱中从原工作面回采巷道、原工作面轨道顺槽双向掘进煤柱联合复采工作面轨道顺槽与煤柱联合复采工作面运输顺槽并在煤柱中央进行贯通，之后再掘进回风斜巷并布置风门，形成完整的生产系统，保证煤柱复采工作面的安全生产。

上述方案中，步骤（5）中，采用套管钻进技术进行钻孔施工，孔直径d为60～120mm，孔间距L为10～25m，孔倾角θ为10°～60°，钻孔深度h由煤层厚度H和钻孔倾角θ确定。

上述方案中，步骤（6）中，优选的充填泵的压力控制在2～6MPa。

上述方案中，步骤（6）中，充填膏体按照质量百分比为煤矸石：粉煤灰：水泥：减水剂：水＝45％—55％：15％—20％：10％—15％：3％—5％：15％—25％的比例，配制浓度为75％—85％的充填膏体。

本发明的有益效果：

1、本发明通过对特厚煤层停采线煤柱所在原采空区进行多次综合探测并及时采取适当方法，有效的防止了矿井安全事故的发生，保证特厚煤层停采线煤柱联合复采的安全可靠。

2、本发明通过利用原工作面回采巷道双向掘进煤柱联合复采工作面的运输顺槽和轨道顺槽并加以贯通，而且将要联合的特厚煤层停采线煤柱可以同时进行巷道的掘进，有效缩短煤柱联合复采工作面的回采巷道掘进时间，进而缩短工作面布置时间，从而有效提高后期生产矿井的效率。

3、本发明通过将相邻2～4个条带的停采线煤柱联合起来，并利用原工作面回采巷道作为煤柱联合复采工作面的切眼布置工作面，减少了切眼的掘进工程量，有效的缩短煤柱联合复采工作面的掘进工程量与掘进时间，以达到煤矿高产、高效的生产。

4、本发明对煤柱联合复采工作面运输顺槽采用巷旁膏体充填的办法，可有效隔离原采空区的有害气体及采空区积水，实现对煤柱联合复采工作面的安全生产。

5、本发明减少了特厚煤层停采线煤柱的压煤量，减少了煤炭资源的浪费，充分释放了煤炭资源的潜力，提高了煤炭企业的经济效益，缓解煤炭企业的资源压力，延长了矿井及矿区的寿命。

附图说明

图1为两个特厚煤层停采线煤柱联合复采方法的巷道布置示意图；

图2为两个特厚煤层停采线煤柱联合复采方法的开采过程示意图；

图3为图1中沿A-A线的剖面图；

图4为图1中沿B-B线的局部剖面图；

图5为三个特厚煤层停采线煤柱联合复采方法的巷道布置示意图；

图中1：轨道回风大巷；2：运输进风大巷；3原工作面运输顺槽；4：原工作面轨道顺槽；5：煤柱联合复采工作面轨道顺槽；6：煤柱联合复采工作面运输顺槽；7：回风斜巷；8：原工作面采空区；9：煤柱联合复采工作面；10：煤柱采空区；11：巷旁充填巷道；12：巷旁充填膏体；13：充填管路；14：风门；15：原工作面回风斜巷；16：原工作面运输平巷。

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：

某后期生产矿井，煤柱煤层厚度平均13.76m，工作面通常有专用的顶板瓦斯抽放巷道。相邻两个工作面停采线煤柱留设宽度均为230m，煤柱压煤量巨大。由于矿井主采带区回采完毕，现要对带区煤柱进行复采。

煤柱联合复采巷道位置的确定。结合矿井地质资料中对矿井范围内的带区划分，确定将两个特厚煤层停采线煤柱所在条带作为联合复采的单元，之后根据围岩极限平衡理论、支承压力分布的范围并运用FLAC^3D数值模拟软件确定煤柱联合复采工作面回采巷道（煤柱联合复采工作面运输顺槽6与煤柱联合复采工作面轨道顺槽5）的合理位置选择范围，之后再根据矿井生产资料确定煤柱联合复采工作面回采巷道的具体位置。

原工作面采空区8进行积水量与积气量探测。为了防止掘进回采巷道是发生突水事故，要对原工作面采空区进行疏排水工作；为了防止瓦斯突出及煤层自燃，要对原工作面采空区注入氮气及阻燃剂。

巷旁充填巷道11的掘进。沿特厚煤层顶板在煤层中掘进巷旁充填巷道，巷道走向与煤柱联合复采工作面推进方向平行，巷道与煤柱联合复采工作面运输顺槽6内错布置，内错距离5m，该巷道也可作为煤柱联合复采工作面的顶板瓦斯抽放巷。

煤柱联合复采工作面回采巷道的掘进。在要联合的各煤柱中从原工作面回采巷道3、原工作面轨道顺槽4双向掘进煤柱联合复采工作面轨道顺槽5与煤柱联合复采工作面运输顺槽6并贯通，之后再掘进回风斜巷7并在原工作面回风斜巷15及原工作面运输平巷16中布置风门14，使得形成完整的运输系统与通风系统，保证煤柱联合复采工作面的安全生产。

充填管路的布置。采用套管钻进技术进行钻孔施工，孔直径d为100mm，孔间距L为20m，孔倾角θ为39°，钻孔深度h为12.8m。

煤柱联合复采工作面运输顺槽的巷旁充填。按照质量百分比为煤矸石：粉煤灰：水泥：减水剂：水＝50％：15％：15％：5％：15％的比例，配制浓度为80％的充填膏体，并通过充填管路对煤柱复采工作面运输顺槽进行巷旁充填，并使其充分凝结。

原工作面轨道顺槽4布置回采设备，作为新的煤柱联合复采工作面9，复采特厚煤层停采线煤柱。对特厚煤层停采线煤柱施行综放开采，实现对后期生产矿井停采线煤柱的回收，减少了煤炭资源的浪费，提高了煤炭企业的经济效益，缓解煤炭企业的资源压力，延长了矿井及矿区的寿命。

工作面各主要生产系统如下：

（1）煤柱复采工作面运煤系统：

原工作面轨道顺槽4（煤柱联合复采工作面9）→煤柱联合复采工作面运输顺槽6→原工作面轨道顺槽4→运输进风大巷2；

（2）煤柱复采工作面运料系统：

轨道回风大巷1→回风斜巷7→煤柱联合复采工作面轨道顺槽5→原工作面轨道顺槽4（煤柱联合复采工作面9）；

（3）煤柱复采工作面通风系统：

运输进风大巷2→原工作面轨道顺槽4→煤柱联合复采工作面运输顺槽6→原工作面轨道顺槽4（煤柱联合复采工作面9）→煤柱联合复采工作面轨道顺槽5→回风斜巷7→轨道回风大巷1；

图中：：运煤方向：：运料方向；：进风方向；：回风方向。