一种长臂纵向条带式膏体充填回采工艺

摘要

本发明公开了一种长臂纵向条带式膏体充填回采工艺，采用跳采间隔充填的方式，设计支巷开口位于运输顺槽，各支巷平行布置，各支巷宽度均相同，各支巷高度与煤层平均厚度相同，支巷由里向外依次编号；先回采奇数支巷，回采完毕后充填，再回采偶数支巷，充填；回采掘进方向为由运输顺槽至回风顺槽；充填过程中分四次充填完毕；充填材料的配比为矸石：500～2000kg/m3、水泥：10～300kg/m3、粉煤灰：10～300kg/m3、水：20～400kg/m3。本发明的长臂纵向条带式膏体充填回采工艺，适用性强、成本低、工艺简单、工人劳动强度低、充填效果好，且对自然环境的破坏小。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿回采工艺，特别涉及一种长臂纵向条带式膏体充填回采工艺。

背景技术

条带回采，是将被回采的煤层划分为若干条带，回采一条(即采出条带)，保留一条(即保留煤柱)，用留下不采的煤柱支撑顶板，可以减少地表移动和变形。膏体充填回采，是用煤矸石、粉煤灰等充填材料对采空区进行充填，起到支撑作用，再进行回采的方法，可有效减少地面沉降。由于条带回采属于部分回采，采出率过低，容易造成资源浪费；将条带回采和膏体充填回采相结合，即对条带回采中的采出条带进行膏体充填，作为之前保留条带的煤柱，将保留条带回采出来的一种回采方法，可以大幅度提高采出率，并减少煤矿开采对自然环境造成的破坏和污染问题。

目前，中国矿大为我矿涉及的高效综采分层膏体充填开采工艺属于条带式充填回采工艺的一种，但是这种方法存在如下问题：第一，由于采煤过程中使用的采煤机及液压支架等综采设备对巷道坡度要求较高，工作面推进缓慢，采煤效率低，因此适用性有限。第二，由于矿山顶板压力较大，工作面推进过程中液压支架经常出现压架现象，在充填过程中易出现跑浆，威胁工作人员安全。第三，充填过程中必须要购置大量与充填工艺相匹配的综采设备，架后跑浆问题严重，人工维修费用较高，提高了企业成本。第四，液压支架架后充填采煤工艺复杂，井下采煤-充填工序复杂，不易掌握。第五，使用大量新设备，在充填过程中工人的劳动强度大，且设备损坏率高，维修任务也较重。第六，充填材料的凝固时间短，硬度小，不能达到设计要求，移动液压支架后，充填体受到顶板的压力作用，变形大，容易造成地面沉降。第七，在实际的回采过程中，工作面丢煤现象严重，回采率较低。

发明专利(CN104863592，一种大结构分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法)公开了一种回采方法，沿矿体走向划分为奇数号采场和偶数号采场，两个相邻的奇数和偶数号采场公用一个底部结构，底部结构的回采分为左右两个1/2底部结构进行回采，采场回采与底部回收同步交叉进行：先回采奇数号采场、不充填；再回采对应的1/2底部，回采结束后将矿房及其对应的1/2底部结构对应的采空区进行充填；然后回采偶数号采场、不充填；最后将矿柱及其对应的1/2底部结构对应的采空区进行充填。发明专利(CN106761912，一种适合于不稳定岩层的高效上向进路分层充填采矿方法)公开了一种分层充填回采方法，首先回采上分层，对上分层顶板或者全断面进行支护，再回采下分层；根据同一盘区水平方向上矿石的稳定性，对邻近矿房采用隔一采一或隔二采一的方式进行回采，待一分段中上分层和下分层回采完毕后，进行充填；充填体稳定后，进行相邻矿房的回采和充填。这两种回采方法在对采空区进行充填时，并未明确充填方式，可能会造成充填过程中充填下口压力大，极易发生跑浆问题，存在安全隐患。

由上可知，在煤矿开采过程中，使用条带式膏体充填回采时，充填材料的充填也是极其重要的一步，迫切需要提出一种切实有效的技术方案来实现安全高效的充填。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长臂纵向条带式膏体充填回采工艺，解决回采过程中充填效果差、易出现跑浆的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种长臂纵向条带式膏体充填回采工艺，采用跳采间隔充填的方式，包括如下步骤：

(1)设计支巷开口位于运输顺槽，各支巷平行布置，各支巷宽度均相同，各支巷高度与煤层平均厚度相同，支巷由里向外依次编号；

(2)先回采奇数支巷，留设偶数支巷作煤柱；

(3)奇数支巷回采完毕后，逐一进行充填；

(4)待奇数支巷充填物稳定后，再由里向外回采偶数支巷，直到整个工作面回采完毕；

(5)偶数支巷回采完毕后，再逐一进行充填，直到整个工作面回采和充填完毕；

所述回采掘进方向由运输顺槽至回风顺槽；

所述充填步骤中，先在运输顺槽侧支巷下口制作封堵墙进行密闭封堵，再进行充填，每条支巷分四次充填完毕，前两次充填量相等，并在充填材料内添加速凝剂，每次充填的时间间隔不低于24小时；每条支巷充填满后，开始下一支巷的充填；

优选的，所述充填材料包括如下物料，配比为：

优选的，所述每条支巷分两步回采，采用两台综掘机，先用一台综掘机沿煤层顶板回采上分层，再用另一台综掘机回采下分层；所述综掘机的截割顺序为从支巷迎头中部开始进刀，按照先中间后四周的顺序进行截割，每次进刀深度不超过1.1m。

优选的，所述支巷上分层施工时，离回风顺槽0.5～5m位置时，综掘机炮头只割中间位置，两帮不予施工，贯通断面积保持在4～4.5m²。

优选的，所述支巷上分层施工时，顶板采用锚杆、金属网片加锚索的组合支护方式。

优选的，所述支巷回采完上分层后，移除、收缩刮板输送机，按照“先掘上分层后进行下分层拉底”的原则进行卧、拉底。

优选的，所述支巷上分层施工工艺流程为：交接班安全检查、准备；校对中线；综掘机割煤出煤；清理浮煤、退机；临时支护、永久支护；综掘机割煤进入下一循环。

优选的，所述充填物料经搅拌均匀形成膏体后，通过膏体充填泵加压后，经副斜井耐磨无缝钢管输送至井下工作面回风顺槽，在无缝钢管末端管道出口处，将耐磨无缝钢管转换为与其口径相同的可摆动高压软管，至充填支巷上口处，利用巷道高差自重作为膏体充填体的充填动力，将膏体充入支巷内。

优选的，所述支巷上口的高压软管出口高度高于支巷上口，增加势能，以利于充填材料的堆积和充实。

优选的，所述充填输送路线依次为：矿井地面充填站；副斜井；中部车场；工作面回风顺槽；充填支巷上口；充填支巷下口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)回采完毕后，可以方便地进行沿空留巷，也可以实现往复式开采，不仅能够缓解采准接续紧张问题，还能节省大量的巷道掘进和工作面搬家费用。

(2)综采设备简单，对工作面生产条件要求小，符合安全生产。

(3)可以有效防止采空区自燃及积水，消除安全隐患。

(4)充填不需要特殊的综采设备，能够控制跑浆问题，减少了浪费，也不需要过多的工作人员，降低了吨煤成本。

(5)工序简单，使用设备少，利于工人进行操作。

(6)对新设备的使用率较低，充填过程中工人的劳动强度小，对设备的损坏率低，维修任务轻。

(7)充填材料的凝固时间长，奇数支巷全部回采完毕后才进行偶数支巷的开采，充填材料有足够的时间凝固，强度大，可将地面沉降控制在Ⅰ级损害变形允许的范围内，实际减沉效果较好，减少了塌陷补偿费和对地面生态环境的破坏。

(8)采用煤矸石做充填材料，置换了煤炭资源，对覆岩破坏程度小，顶板不易垮落，保护了地下水资源以及地表水的流失。

(9)回采率提高，可大限度回收稀缺资源。优质炼焦煤作为特殊和稀缺煤种在澳大利亚、美国、加拿大等国家都得到了战略性保护，成为战略性原料品种，采用膏体充填开采上组煤可以多回收稀缺的优质1/3焦煤501.7万吨，延长了矿井服务年限，不仅给政府提供了税收来源，支持地方经济建设，还给国家战略性资源回收做出重要贡献。

附图说明

图1是110902工作面试采段局部平面示意图。

图中：1-运输顺槽，2-回采支巷，3-回风顺槽。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例做详细的阐述。

以乌海市天裕工贸有限公司设计的110902工作面为施工地，110902工作面煤层平均厚度5.2m，走向长度300m。

设置回采支巷2，与运输顺槽1呈55°夹角布置，支巷开口位于运输顺槽1，各支巷平行布置，从里向外依次编号为1、2、3、4……；每条支巷长度150m，宽度5m，支巷高度与煤层平均厚度相同，为5.2m。

工作面支巷开门点位于工作面运输顺槽1，沿煤层顶板施工。开门前，首先将开门点处使用锚索强化支护完毕后，按由外向里的顺序，对开门点前后各10m范围内的支护进行检查，确认安全后，方可开门施工。采用跳采间隔填充的方式，先施工奇数支巷、留设偶数支巷作煤柱，待已施工完毕、支巷充填完毕且充填物稳定后(凝固期28d)，在由里向外回采偶数支巷(即奇数支巷间留设的煤柱)，直到整个工作面回采完毕。

各支巷按108°29′18″的真方位角施工，平均倾角15°，掘进方向为由运输顺槽1至回风顺槽3，为保证支巷上分层开采后形成较小的空间，有利于顶板及两帮煤柱的稳定，设计每条支巷分两次施工，采用EBZ-160型综掘机两台分别施工上、下分层。

施工上分层时，上分层巷内用MQT-130锚杆钻机打锚杆，40T刮板输送机运输的施工方法。上分层的掘进高度为2.8m，综掘机的截割顺序从支巷迎头中部开始进刀，按照先中间后四周的顺序进行截割，每次进刀深度不得超过1.1m，循环进度为2.7m，顶板采用锚杆、金属网片加锚索的组合支护方式。在距离回风顺槽3剩余2m位置时，综掘机炮头只割中间位置，两帮不予施工，贯通断面积保持在4-4.5m²，这样一方面保证回风顺槽3与回采支巷2贯通后风流的及时调整，保持风流的稳定，再者可以方便以后在回填过程中上口封堵断面小，能够保证质量，最重要的是该巷道处于全负压通风后，风量和风速可以迅速调整到设计要求，符合有关规定。

施工上分层时割煤工艺流程为：首先进行交接班安全检查和准备工作，再进行中线校对，再用综掘机对回采支巷内煤矿石进行割煤和出煤工作，随后清理支巷内浮煤，退出综掘机，待综掘机退出后，对已经回采完毕的支巷进行临时支护和永久支护，然后对其余支巷进行同样的回采和支护循环，直到将所有煤矿石开采完毕并将所有支巷充填完毕。

各支巷一次性掘进完上分层后，移除、收缩刮板输送机在巷口10米处进行卧、拉底，即“先掘上分层后进行下分层拉底”的原则进行卧、拉底，施工巷道内下分层剩余的高度2.8m。

待所有奇数支巷回采完毕后，在运输顺槽1侧支巷下口制作封堵墙进行封堵密闭，利用充填材料进行充填。采用矿井地面充电站已有的充填设备。矸石骨料制备系统备制好的充填物料设计配比(矸石1231kg/m³、水泥250kg/m³、粉煤灰200kg/m³、水371kg/m³)搅拌均匀形成膏体后，通过CTB200膏体充填泵加压后经副斜井16Mn耐磨φ219×15mm无缝钢管输送至井下110902工作面回风顺槽，在无缝钢管末端管道出口处转换为可摆动的相同口径的高压软管至充填支巷上口附近后，然后由井下作业人员将软管送入充填支巷口处，利用巷道高差自重作为膏体充填体的充填动力，将膏体充入支巷内。充填时，从支巷下口向支巷上口依次充填，利用膏体的自流特性，将支巷压实；必要的时候，为保证充填效果，可将支巷内的充填管出口抬高，增加势能，以利于充填物的堆积和压实。每条支巷充满后，开始下一支巷充填的工序。

充填输送路线为：矿井地面充填站，副斜井，中部车场，10902工作面回风顺槽，充填支巷上口，充填支巷下口。

充填过程中由于支巷下口的封堵墙承受压力较大，为了保证充填安全，采用分次充填以减小充填过程中充填膏体对封堵墙的压力。每条支巷分四次充填完毕，第一次和第二次的充填量都为60m³，且前两次充填时每次添加400kg速凝剂，第三次的充填量为支巷内剩余体积的2/3，第四次充填量为支巷内剩余体积的1/3，即将支巷填充满。每次充填完毕，与下次充填间隔不得低于24小时。

对所有奇数支巷充填完毕后，待充填材料稳定后，再由内向外回采偶数支巷，回采工艺和回采后充填工艺与奇数支巷相同，直到整个工作面回采和充填完毕。

本发明提供的长臂纵向条带式膏体充填回采工艺，适用性强、成本低、工艺简单、工人劳动强度低、充填效果好，且对自然环境的破坏小。

上文所述的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并不是用以限制本发明的保护范围，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化均属于本发明的保护范围。