采煤工作面冒落區(qū)充填開采方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及采煤工作面冒落區(qū)充填開采方法，可有效解決煤炭充填開采時受采煤工作面空間與時間限制大，受地面空間限制大，工作面采煤效率低的問題，其解決的技術(shù)方案是，由以下步驟實現(xiàn)：（一）充填專用巷的掘進；（二）建立地面充填站；（三）確定每循環(huán)的充填步距；（四）鉆注漿孔并連接管路；（五）充填作業(yè)；（六）循環(huán)開采。本發(fā)明的采煤工作面冒落區(qū)充填開采方法與其它充填方法相比，不受采煤工作面空間與時間的限制，且不受地面空間的限制，只要條件適宜，這種冒落區(qū)充填方法可以搭配任何采煤工藝，配合綜采放頂煤開采方法易于實現(xiàn)充填工作面的高產(chǎn)高效，克服以往充填工作面產(chǎn)量低的缺點，有良好的社會和經(jīng)濟效益。
【專利說明】采煤工作面冒落區(qū)充填開采方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭開采【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種采煤工作面冒落區(qū)充填開采方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭資源的開采利用，不可避免給人類生存的環(huán)境造成了損害:煤炭從地層中采出之后，將引起地表的沉陷；礦區(qū)排放矸石及電廠產(chǎn)生的粉煤灰侵占土地、污染環(huán)境、危害人類安全；“三下”采煤問題日益突出，解放“三下”采煤成為煤礦企業(yè)急需解決的重大技術(shù)難題之一。
[0003]充填開采方法既能利用了礦井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物，又可以解放“三下”煤炭資源，是控制開采損害，提高煤炭采出率行之有效的技術(shù)手段，目前國內(nèi)應用成熟的充填開采方法主要有水力充填采煤法、高水充填采煤法、膏體似膏體充填采煤法、矸石綜合機械化充填采煤法等，由于水力充填采煤法、高水充填采煤法、膏體似膏體充填采煤法一般需要人工構(gòu)筑擋墻或隔離模板，以隔離充填區(qū)域與采煤區(qū)域，綜合機械化矸石充填采煤法采煤作業(yè)與充填作業(yè)交替進行，不可避免地增加了工作面充填作業(yè)工序，因此工作面產(chǎn)量受到限制；覆巖離層注漿法需要考慮地面充填站布置空間，對于地面村莊十分密集地區(qū)，有一定的困難，另外，考慮覆巖離層注漿減沉效果，也存在爭論。綜放工作面由于煤層開采厚度大，難以對放煤高度部分施工隔離模板，綜放工作面不具備設置隔離模板的條件，綜放工作面一直難以實現(xiàn)充填作業(yè)，是長期制約“三下”煤炭資源高產(chǎn)高效發(fā)揮的技術(shù)瓶頸，因此有必要研究新型充填開采方法解決采煤工作面充填開采問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種采煤工作面冒落區(qū)充填開采方法，可有效解決煤炭充填開采時受采煤工作面空間與時間限制大，受地面空間限制大，工作面采煤效率低的問題。
[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，由以下步驟實現(xiàn):
(一)充填專用巷的掘進
根據(jù)采煤工作面上覆巖層情況，結(jié)合?巖層控制的關(guān)鍵層理論》確定工作面覆巖之上距工作面最近的穩(wěn)定性巖層位置，根據(jù)地應力大小、巖層力學性質(zhì)、專用巷支護難易程度、來確定充填專用巷的施工位置及斷面尺寸，采用常規(guī)方法完成充填專用巷的掘進和支護；
(二)建立地面充填站
充填專用巷施工的同時，根據(jù)地面空地情況及井下需要充填的區(qū)域，選擇地面充填站的位置及地面鉆孔位置，確定地面充填孔尺寸，建立地面充填站后開始鉆充填孔，充填孔使地面和充填專用巷相連通；
(三)確定每循環(huán)的充填步距
根據(jù)工作面開采厚度、推進速度、工作面走向長度、工作面基本頂極限破斷距，確定每循環(huán)的充填步距、相鄰充填鉆場間隔距離、注漿孔數(shù)目，以保證在直接頂跨落后，基本頂尚未垮落前及時進行充填作業(yè)；
(四)鉆注漿孔并連接管路
以每個充填鉆場的注漿孔數(shù)目對應于每個充填鉆場進行鉆孔，鉆孔后連接管路，管路的一端經(jīng)充填鉆孔接地面充填站的料漿緩沖料斗出料端，另一端經(jīng)布料支管分別接待充填的冒落區(qū)上方的注漿孔上端，每個注漿孔均與冒落區(qū)貫通；
(五)充填作業(yè)
采煤工作面開始回采并不斷向前推進，工作面后方達到預先確定的每循環(huán)的充填步距時，啟動地面充填站內(nèi)料漿配置系統(tǒng)，通過矸石倉、粉煤灰倉、膠結(jié)料倉、高位水池，連續(xù)向雙螺旋攪拌機內(nèi)供給物料，制成似膏體漿料，似膏體漿料由重量百分比的:矸石30-40%，粉煤灰30-40%，膠結(jié)料3-10%，水20-25%混勻制成，制成的似膏體漿料送入料漿緩沖料斗，由料斗內(nèi)的控制裝置連續(xù)送入管路，充填作業(yè)開始時，打開管路上的管路閥門，似膏體漿料通過布料支管和注漿孔流入采煤后空的冒落區(qū)，進行充填作業(yè)；根據(jù)每循環(huán)的充填步距確定完成充填作業(yè)所需時間，在充填作業(yè)即將完成時，注漿減小料漿流量以保證充填效果；
(六)循環(huán)開采
一個充填循環(huán)完畢后，進行下一個循環(huán)的充填作業(yè)，直至開采過程完畢。
[0006]本發(fā)明的采煤工作面冒落區(qū)充填開采方法與其它充填方法相比，不受采煤工作面空間與時間的限制，且不受地面空間的限制，只要條件適宜，這種冒落區(qū)充填方法可以搭配任何采煤工藝，配合綜采放頂煤開采方法易于實現(xiàn)充填工作面的高產(chǎn)高效，克服以往充填工作面產(chǎn)量低的缺點，有良好的社會和經(jīng)濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0008]圖2為本發(fā)明的地面充填站結(jié)構(gòu)連接圖。
[0009]圖3為本發(fā)明的沿工作面走向剖視圖。
[0010]圖4為本發(fā)明的圖3的A-A向剖視圖。
【具體實施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0012]由圖1至圖4給出，本發(fā)明由以下步驟實現(xiàn):
(一)充填專用巷的掘進
根據(jù)采煤工作面上覆巖層情況，結(jié)合?巖層控制的關(guān)鍵層理論》確定工作面覆巖之上距工作面最近的穩(wěn)定性巖層位置，根據(jù)地應力大小、巖層力學性質(zhì)、專用巷支護難易程度、來確定充填專用巷30的施工位置及斷面尺寸，采用常規(guī)方法完成充填專用巷的掘進和支護；
(二)建立地面充填站
充填專用巷施工的同時，根據(jù)地面空地情況及井下需要充填的區(qū)域，選擇地面充填站的位置及地面鉆孔位置，確定地面充填孔18尺寸，建立地面充填站后開始鉆充填孔，充填孔使地面和充填專用巷相連通；
(三)確定每循環(huán)的充填步距根據(jù)工作面開采厚度、推進速度、工作面走向長度、工作面基本頂極限破斷距，確定每循環(huán)的充填步距、相鄰充填鉆場26間隔距離、注漿孔27數(shù)目，以保證在直接頂21跨落后，基本頂22尚未垮落前及時進行充填作業(yè)；充填步距通常為1m?15m，注漿孔數(shù)量通常為3-5個，各個充填鉆孔終孔沿工作面傾斜長度平均分布；
(四)鉆注漿孔并連接管路
以每個充填鉆場的注漿孔27數(shù)目對應于每個充填鉆場進行鉆孔，鉆孔后連接管路，管路17的一端經(jīng)充填鉆孔18接地面充填站的料漿緩沖料斗16出料端，另一端經(jīng)布料支管25分別接待充填的冒落區(qū)上方的注漿孔27上端，每個注漿孔27均與冒落區(qū)29貫通；
(五)充填作業(yè)
采煤工作面20開始回采并不斷向前推進，工作面后方達到預先確定的每循環(huán)的充填步距時，啟動地面充填站內(nèi)料漿配置系統(tǒng)，通過矸石倉6、粉煤灰倉1、膠結(jié)料倉8、高位水池14，連續(xù)向雙螺旋攪拌機15內(nèi)供給物料，制成似膏體漿料，似膏體漿料由重量百分比的:矸石30-40%，粉煤灰30-40%，膠結(jié)料3-10%，水20-25%混勻制成，制成的似膏體漿料送入料漿緩沖料斗16，由料斗內(nèi)的控制裝置連續(xù)送入管路18，充填作業(yè)開始時，打開管路上的管路閥門24，似膏體漿料通過布料支管25和注漿孔27流入采煤后空的冒落區(qū)29，進行充填作業(yè)；根據(jù)每循環(huán)的充填步距確定完成充填作業(yè)所需時間，在充填作業(yè)即將完成時，注漿減小料漿流量以保證充填效果；充填作業(yè)過程中，充填人員應密切監(jiān)控充填情況，如果發(fā)現(xiàn)料漿難以注入，及時關(guān)閉管路閥門，待料漿全部充入充填區(qū)域后，繼續(xù)連接打開閥門；
(六)循環(huán)開采
一個充填循環(huán)完畢后，進行下一個循環(huán)的充填作業(yè)，直至開采過程完畢。
[0013]所述的地面充填站包括矸石倉6、粉煤灰倉1、膠結(jié)料倉8、高位水池14和雙螺旋攪拌機15，粉煤灰倉I的出料口上依次裝有第一控制閥2和第一用量檢測儀3，粉煤灰倉I的出料口依次經(jīng)第一螺旋輸送機4和第一螺旋稱5與雙螺旋攪拌機15的進料口相連；矸石倉6的出料口上裝有第二控制閥7，矸石倉6的出料口置于皮帶秤11的進料端，皮帶秤11的出料端置于雙螺旋攪拌機15的進料口上方；膠結(jié)料倉8的出料口上依次裝有第三控制閥9和第二用量檢測儀10，膠結(jié)料倉8的出料口依次經(jīng)第二螺旋輸送機12和第二螺旋稱13與雙螺旋攪拌機15的進料口相連；高位水池14經(jīng)第四控制閥19與雙螺旋攪拌機15的進料口相連，雙螺旋攪拌機15的出料口與料漿緩沖料斗16的進料口相連，料漿緩沖料斗16的出料口接管路17，構(gòu)成料漿配置系統(tǒng)；
所述的充填專用巷30的長度等于工作面走向長度，充填專用巷經(jīng)聯(lián)絡巷分別與工作面兩側(cè)的運輸順槽31和回風順槽32相連通，充填專用巷內(nèi)部通風方式可以為軸流式局部通風機抽出式通風。
[0014]圖3中附圖標記23為未初凝的似膏體漿料，附圖標記28為凝結(jié)后的似膏體漿料，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步:
1、傳統(tǒng)的充填方式為直接將管路從運輸順槽或回風順槽接入冒落區(qū)，對似膏體濃度要求高，必須保持較強的流動性，而且易發(fā)生管路堵塞，本發(fā)明增加了充填專用巷，從而提供了一種新型的充填方式，使似膏體漿料自上而下進行充填，冒落區(qū)充填作業(yè)自上而下進行，利于似膏體料漿順利的流入冒落區(qū)，易于實現(xiàn)自流充填，節(jié)省充填成本；
2、這種充填方法不受采煤工作面空間與時間的限制，且不受地面空間的限制，只要地質(zhì)條件適宜，能夠施工專用充填巷，這種冒落區(qū)充填方法可以搭配任何采煤工藝，可以解決綜采放頂煤工作面難以實現(xiàn)充填開采的技術(shù)難題，易于發(fā)揮充填開采工作面的高產(chǎn)高效；
3、對于煤與瓦斯突出及高瓦斯礦井，由于充填專用巷的施工為綜合治理煤層瓦斯提供便利，可以在充填專用巷內(nèi)部同時施工注漿孔，前期進行煤層瓦斯預抽，后期進行采空區(qū)瓦斯抽放及充填作業(yè)，達到一巷多用效果，進一步降低瓦斯治理工程費用；
4、由于傳統(tǒng)的充填方式為直接將管路從運輸順槽或回風順槽接入冒落區(qū)，無法完全填滿冒落區(qū)，難以完全避免巖層沉降，本發(fā)明由于采用自上而下的充填方式，每個注漿孔均與冒落區(qū)貫通，能夠?qū)⒚奥鋮^(qū)完成充填，效果好，安全可靠，有良好的社會和經(jīng)濟效益。
【權(quán)利要求】
1.一種采煤工作面冒落區(qū)充填開采方法，其特征在于，由以下步驟實現(xiàn): (一)充填專用巷的掘進 根據(jù)采煤工作面上覆巖層情況，結(jié)合?巖層控制的關(guān)鍵層理論》確定工作面覆巖之上距工作面最近的穩(wěn)定性巖層位置，根據(jù)地應力大小、巖層力學性質(zhì)、專用巷支護難易程度、來確定充填專用巷(30)的施工位置及斷面尺寸，采用常規(guī)方法完成充填專用巷的掘進和支護； (二)建立地面充填站 充填專用巷施工的同時，根據(jù)地面空地情況及井下需要充填的區(qū)域，選擇地面充填站的位置及地面鉆孔位置，確定地面充填孔(18)尺寸，建立地面充填站后開始鉆充填孔，充填孔使地面和充填專用巷相連通； (三)確定每循環(huán)的充填步距 根據(jù)工作面開采厚度、推進速度、工作面走向長度、工作面基本頂極限破斷距，確定每循環(huán)的充填步距、相鄰充填鉆場(26)間隔距離、注漿孔(27)數(shù)目，以保證在直接頂(21)跨落后，基本頂(22)尚未垮落前及時進行充填作業(yè)； (四)鉆注漿孔并連接管路 以每個充填鉆場的注漿孔(27)數(shù)目對應于每個充填鉆場進行鉆孔，鉆孔后連接管路，管路(17)的一端經(jīng)充填鉆孔(18)接地面充填站的料漿緩沖料斗(16)出料端，另一端經(jīng)布料支管(25)分別接待充填的冒落區(qū)上方的注漿孔(27)上端，每個注漿孔(27)均與冒落區(qū)(29)貫通； (五)充填作業(yè) 采煤工作面(20)開始回采并不斷向前推進，工作面后方達到預先確定的每循環(huán)的充填步距時，啟動地面充填站內(nèi)料漿配置系統(tǒng)，通過矸石倉(6)、粉煤灰倉(I)、膠結(jié)料倉(8)、高位水池(14)，連續(xù)向雙螺旋攪拌機(15)內(nèi)供給物料，制成似膏體漿料，似膏體漿料由重量百分比的:矸石30-40%，粉煤灰30-40%，膠結(jié)料3-10%，水20-25%混勻制成，制成的似膏體漿料送入料漿緩沖料斗(16)，由料斗內(nèi)的控制裝置連續(xù)送入管路(18)，充填作業(yè)開始時，打開管路上的管路閥門(24)，似膏體漿料通過布料支管(25)和注漿孔(27)流入采煤后空的冒落區(qū)(29)，進行充填作業(yè)；根據(jù)每循環(huán)的充填步距確定完成充填作業(yè)所需時間，在充填作業(yè)即將完成時，注漿減小料漿流量以保證充填效果； (六)循環(huán)開采 一個充填循環(huán)完畢后，進行下一個循環(huán)的充填作業(yè)，直至開采過程完畢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采煤工作面冒落區(qū)充填開采方法，其特征在于，所述的地面充填站包括矸石倉(6 )、粉煤灰倉(I)、膠結(jié)料倉(8 )、高位水池(14 )和雙螺旋攪拌機(15)，粉煤灰倉(I)的出料口上依次裝有第一控制閥(2)和第一用量檢測儀(3)，粉煤灰倉(I)的出料口依次經(jīng)第一螺旋輸送機(4)和第一螺旋稱(5)與雙螺旋攪拌機(15)的進料口相連；矸石倉(6)的出料口上裝有第二控制閥(7)，矸石倉(6)的出料口置于皮帶秤(11)的進料端，皮帶秤(11)的出料端置于雙螺旋攪拌機(15)的進料口上方；膠結(jié)料倉(8)的出料口上依次裝有第三控制閥(9 )和第二用量檢測儀(10 )，膠結(jié)料倉(8 )的出料口依次經(jīng)第二螺旋輸送機(12)和第二螺旋稱(13)與雙螺旋攪拌機(15)的進料口相連；高位水池(14)經(jīng)第四控制閥(19)與雙螺旋攪拌機(15)的進料口相連，雙螺旋攪拌機(15)的出料口與料漿緩沖料斗(16)的進料口相連，料漿緩沖料斗(16)的出料口接管路(17)，構(gòu)成料漿配置系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采煤工作面冒落區(qū)充填開采方法，其特征在于，所述的充填專用巷(30)的長度等于工作面走向長度，充填專用巷經(jīng)聯(lián)絡巷分別與工作面兩側(cè)的運輸順槽(31)和回風順槽(32)相連通。
【文檔編號】E21F15/00GK104251139SQ201310258704
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】李化敏, 關(guān)金鋒, 王文, 張若宇, 焦小健, 許永祥, 劉創(chuàng) 申請人:河南理工大學