一種厚煤層分層部分充填采煤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦開采領(lǐng)域，尤其適用于建筑群下的厚煤層采集使用的一種厚煤層分層部分充填米煤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)煤礦“三下”(建筑物下、水體下、鐵路下)的壓煤量超過百億噸，隨著城市建設(shè)、工業(yè)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，“三下”壓煤，特別是建筑物下壓煤會(huì)逐漸增多，不僅制約礦井產(chǎn)能的提升，而且容易造成低回采率和資源浪費(fèi)，有違可持續(xù)發(fā)展和綠色開采的目標(biāo)和理念。充填開采技術(shù)能夠有效的提高煤炭資源的利用率，同時(shí)有效的減少因煤炭開采引發(fā)的二次污染和災(zāi)害。目前煤礦常用的充填開采技術(shù)有覆巖離層注漿充填技術(shù)、矸石機(jī)械化充填技術(shù)、膏體充填技術(shù)、高水充填技術(shù)等。上述充填開采技術(shù)因施工工藝、投資成本等的不同，在降低地表下沉量方面有不同的控制效果，膏體充填技術(shù)盡管充填材料成本較高，初期投資較大，工藝復(fù)雜，但充填密實(shí)度高，減沉效果好，得到礦區(qū)的普遍認(rèn)同。
[0003]隨著我國(guó)侏羅紀(jì)煤層儲(chǔ)量的逐漸減少，其下部的石炭系厚、特厚及巨厚煤層所占的開采比例越來越大。目前針對(duì)厚煤層，有大采高一次采全厚綜采采煤方法、傾斜分層鋪網(wǎng)下行垮落法開采和綜采放頂煤開采方法，上述幾種采煤方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和試用范圍，但是針對(duì)厚煤層開采，有如下缺點(diǎn)和不適用性:大采高一次采全厚綜采采煤方法適用于小于5 m的煤層；傾斜分層下行垮落采煤方法回采率較低，且容易造成自然發(fā)火等隱患；綜采放頂煤開采方法時(shí)在頂板、瓦斯和自然發(fā)火管理上有較大困難。
[0004]實(shí)踐表明，充填體作假頂時(shí)，底分層充填開采時(shí)，頂板充填體為整體一次性澆筑而成，其內(nèi)部無節(jié)理裂隙，故其完整性比頂分層開采時(shí)頂板條件好，割煤進(jìn)尺完成后，頂板無需采用特殊處理(頂分層開采時(shí)需要采用掛網(wǎng)和錨桿做臨時(shí)支護(hù))，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了充填工作面的推進(jìn)速度。
[0005]上分層開采時(shí)兩個(gè)工作循環(huán)所澆筑的充填體之間存在垂直于工作面推進(jìn)方向的弱面，實(shí)現(xiàn)了底分層充填條帶和假頂弱面垂直相交，因此下分層充填條帶走向與推進(jìn)方向一致時(shí)可減小弱面對(duì)假頂強(qiáng)度的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不足，提供一種方法能夠有效地解決厚煤層開采留煤柱的資源損失的問題，控制地表變形在安全規(guī)程允許的范圍內(nèi)的厚煤層分層部分充填采煤方法。
[0007]技術(shù)方案:本為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，發(fā)明的厚煤層分層部分充填采煤方法，包括如下步驟:
a.檢測(cè)地表建筑物群的范圍和保護(hù)等級(jí)，劃分建筑物群下方的厚煤層的開采范圍；
b.根據(jù)煤層厚度將煤層分為上下兩個(gè)分層；
c.確定上分層煤層的開采寬度，在上分層煤層建立工作面并進(jìn)行回填開采，在工作面中交替劃分膏體充填條帶和回采條帶，對(duì)劃分的膏體充填條帶依次進(jìn)行開采，工作面每向前推進(jìn)2?4m時(shí)及時(shí)對(duì)膏體充填條帶充填膏體，當(dāng)上分層煤層劃分的膏體充填條帶充填完成后，可對(duì)回采條帶進(jìn)行掘進(jìn)回采，回采時(shí)同樣進(jìn)行膏體充填，采煤與充填平行作業(yè)，
d.上分層煤層開采完畢并且充填膏體凝固穩(wěn)定后，現(xiàn)場(chǎng)取樣后，對(duì)上分層煤層回填膏體凝固后的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)記過滿足保持充填膏體穩(wěn)定數(shù)值判斷回填膏體凝固后強(qiáng)度合格，以上分層煤層回填膏體作為工作面的假頂開采下分層煤層，確定下分層煤層膏體充填條帶寬度和回采條帶寬度，充填條帶寬度為25~50m，回采寬度為3~12 m，在工作面中交替劃分膏體充填條帶和回采條帶，對(duì)劃分的膏體充填條帶依次進(jìn)行開采，工作面每向前推進(jìn)2?4m時(shí)及時(shí)對(duì)膏體充填條帶進(jìn)行充填，當(dāng)膏體充填條帶開采并且充填完畢，等待膏體充填條內(nèi)的充填體凝固，對(duì)凝固后的充填體取樣檢測(cè)，當(dāng)滿足充填膏體穩(wěn)定數(shù)值情況判斷回填膏體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，達(dá)到支撐上分層假頂和巖層的強(qiáng)度后，即可依次對(duì)兩條充填條帶之間的回采條帶進(jìn)行掘進(jìn)回采，在回采條帶中布置工作面，開采之后形成的采空區(qū)不作處理，隨著工作面推進(jìn)，采空區(qū)范圍逐漸擴(kuò)大后，采空區(qū)充填體假頂下沉由于下分層條帶充填體提供支撐，回采條帶的進(jìn)風(fēng)巷和運(yùn)輸巷沿充填體掘進(jìn)，不留煤柱，直至完成所有回采條帶的開米。
[0008]所用充填物為破碎加工的煤矸石、粉煤灰或爐渣、膠凝材料和水的膏體混合物；所用煤矸石、粉煤灰或爐渣及充填用膠凝材料和水的質(zhì)量比例為150:2:30。
[0009]有益效果:由于采用了上述技術(shù)方案，①上分層開采并充填完畢后，下分層可在上分層的充填體形成的假頂下作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了不保留煤柱開采，最大限度的回收煤炭資源；②用膏體混合物充填體置換煤炭資源，能有效控制地表建筑物及附屬物在允許的地表變形，控制地表下沉量在允許范圍內(nèi)；③上分層煤層完全充填形成的假頂具有連續(xù)性，增加了下分層開采的安全性；下分層采用間隔充填采煤，先充填后再回采，增加了下分層開采的安全性；④與全部充填采煤相比，本發(fā)明下分層通過調(diào)節(jié)膏體充填條帶的寬度，使膏體充填條帶足夠支撐地表建筑，從而無需對(duì)采空區(qū)進(jìn)行全部充填，這樣有利于降低充填成本，提高煤礦企業(yè)效益；⑤矸石、粉煤灰等作為充填材料的重要組成成分，消除了地面的矸石山、減少粉煤灰對(duì)環(huán)境的污染。其方法簡(jiǎn)單，技術(shù)效果好、煤炭回收率高、安全環(huán)保，具有廣泛的實(shí)用性。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明上分層煤層開采回填工作面示意圖；
圖2是本發(fā)明上分層煤層開采回填工作面剖面圖。
[0011]圖3是本發(fā)明的下分層煤層開采回填工作面示意圖；
圖4是本發(fā)明的下分層煤層開采回填工作面剖面圖。
[0012]圖中:1一充填步距；2—霄體充填條帶；3—頂板；4一工作面；5—煤層；
6 —回米巷道；7—底板；8，10，12，14—充填區(qū)；9，11，13，15—未充填區(qū)；16—上分層煤層回填膏體。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述: 本發(fā)明的厚煤層分層部分充填采煤方法，其采煤步驟如下:
a.提取煤層的地質(zhì)條件，根據(jù)地表建筑物群的范圍和保護(hù)等級(jí)，以傳統(tǒng)采區(qū)范圍確定為基礎(chǔ)，使地表建筑物群在充填帶保護(hù)范圍內(nèi)，以《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》的保護(hù)等級(jí)要求為標(biāo)準(zhǔn)，確定礦井下煤炭充填開采范圍；b.根據(jù)煤層厚度將煤層5分為上下兩個(gè)分層，煤層5上方為頂板3，下方為底板7 ;
c.確定上分層煤層的開采寬度，在上分層煤層建立工作面4并進(jìn)行回填開采，如圖1和圖2所示，在工作面4中交替劃分膏體充填條帶2和回采條帶6，膏體充填條帶2間距為充填步距1，對(duì)劃分的膏體充填條帶2依次進(jìn)行開采，工作面每向前推進(jìn)2?4m時(shí)及時(shí)對(duì)膏體充填條帶充填膏體，每次充填一個(gè)步距1，當(dāng)上分層煤層劃分的膏體充填條帶2充填完成后，可對(duì)回采條帶6進(jìn)行掘進(jìn)回采，回采時(shí)同樣對(duì)回采條帶6進(jìn)行膏體充填，采煤與充填平行作業(yè)，
d.上分層煤層開采完畢并且充填膏體凝固穩(wěn)定后，現(xiàn)場(chǎng)取樣對(duì)上分層煤層回填膏體凝固后的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果滿足保持充填膏體穩(wěn)定數(shù)值判斷回填膏體凝固后強(qiáng)度合格，如圖3和圖4所示以上分層煤層回填膏體16作為工作面的假頂開采下分層煤層，確定下分層煤層膏體充填條帶2寬度和回采條帶6寬度，充填條帶2寬度為25~50m，回采寬度6為3~12 m，在工作面中交替劃分膏體充填條帶2，對(duì)劃分的膏體充填條帶2和回采巷道6依次進(jìn)行開采，工作面每向前推進(jìn)2?4m時(shí)及時(shí)對(duì)膏體充填條帶進(jìn)行充填，當(dāng)膏體充填條帶開采并且充填完畢，等待膏體充填條內(nèi)的充填體凝固，形成充填區(qū)8，10，12，14，對(duì)凝固后的充填體取樣檢測(cè)，當(dāng)滿足充填膏體穩(wěn)定數(shù)值情況判斷回填膏體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，達(dá)到支撐上分層假頂和巖層的強(qiáng)度后，即可依次對(duì)兩條膏體充填條帶2之間的回采條帶6進(jìn)行掘進(jìn)回采，在回采條帶中布置工2作面，開采之后形成的采空區(qū)不作處理，形成未充填區(qū)9，11，13，15，隨著工作面推進(jìn)，采空區(qū)范圍逐漸擴(kuò)大后，采空區(qū)充填體假頂下沉由于下分層條帶充填體的支撐作用得到控制，回采條帶2的進(jìn)風(fēng)巷和運(yùn)輸巷沿充填體掘進(jìn)，不留煤柱，直至完成所有回采條帶2的開采。
[0014]所用充填物為破碎加工的煤矸石、粉煤灰或爐渣、膠凝材料和水的膏體混合物；所用煤矸石、粉煤灰或爐渣及充填用膠凝材料和水的質(zhì)量比例為150:2:30。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種厚煤層分層開采膏體充填的采煤方法，其特征在于包括如下步驟: a.檢測(cè)地表建筑物群的范圍和保護(hù)等級(jí)，劃分建筑物群下方的厚煤層的開采范圍； b.根據(jù)煤層厚度將煤層分為上下兩個(gè)分層； c.確定上分層煤層的開采寬度，在上分層煤層建立工作面并進(jìn)行回填開采，在工作面中交替劃分膏體充填條帶和回采條帶，對(duì)劃分的膏體充填條帶依次進(jìn)行開采，工作面每向前推進(jìn)2?4m時(shí)及時(shí)對(duì)膏體充填條帶充填膏體，當(dāng)上分層煤層劃分的膏體充填條帶充填完成后，可對(duì)回采條帶進(jìn)行掘進(jìn)回采，回采時(shí)同樣進(jìn)行膏體充填，采煤與充填平行作業(yè)， d.上分層煤層開采完畢并且充填膏體凝固穩(wěn)定后，現(xiàn)場(chǎng)取樣后，對(duì)上分層煤層回填膏體凝固后的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)記過滿足保持充填膏體穩(wěn)定數(shù)值判斷回填膏體凝固后強(qiáng)度合格，以上分層煤層回填膏體作為工作面的假頂開采下分層煤層，確定下分層煤層膏體充填條帶寬度和回采條帶寬度，充填條帶寬度為25~50m，回采寬度為3~12 m，在工作面中交替劃分膏體充填條帶和回采條帶，對(duì)劃分的膏體充填條帶依次進(jìn)行開采，工作面每向前推進(jìn)2?4m時(shí)及時(shí)對(duì)膏體充填條帶進(jìn)行充填，當(dāng)膏體充填條帶開采并且充填完畢，等待膏體充填條內(nèi)的充填體凝固，對(duì)凝固后的充填體取樣檢測(cè)，當(dāng)滿足充填膏體穩(wěn)定數(shù)值情況判斷回填膏體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，達(dá)到支撐上分層假頂和巖層的強(qiáng)度后，即可依次對(duì)兩條充填條帶之間的回采條帶進(jìn)行掘進(jìn)回采，在回采條帶中布置工作面，開采之后形成的采空區(qū)不作處理，隨著工作面推進(jìn)，采空區(qū)范圍逐漸擴(kuò)大后，采空區(qū)充填體假頂下沉由于下分層條帶充填體提供支撐，回采條帶的進(jìn)風(fēng)巷和運(yùn)輸巷沿充填體掘進(jìn)，不留煤柱，直至完成所有回采條帶的開米。
2.由權(quán)利I所述的厚煤層分層部分充填采煤方法，其特征在于:所用充填物為破碎加工的煤矸石、粉煤灰或爐渣、膠凝材料和水的膏體混合物。
3.由權(quán)利2所述的厚煤層分層部分充填采煤方法，其特征在于:所用煤矸石、粉煤灰或爐渣及充填用膠凝材料和水的質(zhì)量比例為150:2:30。
【專利摘要】一種厚煤層分層部分充填采煤方法，適用于建筑物下、鐵路以及水體下厚煤層的采煤方法。該方法包括對(duì)厚煤層進(jìn)行合理劃分為上下兩層，首先對(duì)上分層進(jìn)行全部充填開采，待上分層開采完畢穩(wěn)定后以上分層為假頂對(duì)下分層進(jìn)行條帶間隔充填開采。本發(fā)明方法能減少厚煤層開采留煤柱的資源損失，有效地控制地表下沉，對(duì)“三下”或者需要進(jìn)行地面保護(hù)的厚煤層的高效開采具有重要意義，實(shí)現(xiàn)煤礦綠色高效安全開采。
【IPC分類】E21F15-06, E21C41-18
【公開號(hào)】CN104832178
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510127025
【發(fā)明人】常慶糧, 周華強(qiáng), 吳鋒鋒, 王寧, 唐維軍
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年3月23日