一种矿山采选充留开采方法与流程

本发明涉及一种矿山开采设计方法，尤其涉及一种矿山采选充留开采方法，属于煤矿开采技术领域。

背景技术：

我国人均煤炭资源拥有量较少，“三下”压煤量较大，矿井正常生产持续受到影响。常规垮落法煤炭开采方式容易引发地表沉陷和地下水及含水层破坏，造成地表建筑物损毁；且大量矸石直接外排堆存，占压土地、污染环境。

近年来积极探索并实施了煤矸石等固体材料充填工艺技术，集成创新了较为成熟的充填开采技术和装备，提高了资源回收率，也取得了一定的社会和环境效益。但是之前的矸石固体充填采煤技术中，充填物料来源于地上，运送路径长，并要占据地面土地堆放矸石，对环境还有一定的破坏。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种矿山采选充留开采方法，以减轻矿井辅助提升和地面洗煤厂压力，同时可以有效处理煤矿矸石，减少煤矸石地表堆积面积，保护矿区生态环境，提高煤炭开采效率。

为了解决上述问题，本发明一种矿山采选充留开采方法，步骤如下，

第一步、根据煤层地质条件以及赋存特征，井下布置矸石少量化开采系统，并进行矸石少量化开采系统设备选型；

第二步、布置井下煤矸分选系统，并进行煤矸分选系统设备选型，对矸石少量化开采工作面生产的原煤进行煤矸分选；

第三步、布置固体充填采煤系统，第二步中煤矸分选系统分选出的矸石提供给固体充填采煤系统进行采空区充填作业；固体充填采煤系统包括采煤作业面和充填作业面，支架后端随采随充，实现充填采煤并行协同作业；

第四步、固体充填采煤工作面的两侧随着工作面开采，在工作面后沿采空区边缘进行沿空留巷直至一个步距内充填与沿空留巷作业完成；

第五步，重复步骤一至四，继续煤矸分选作业和下一个步距的采煤、充填、沿空留巷渐进循环作业；直至推进充填采煤工作面至区段边界，再接替下一工作面。

本方法在普通固体充填采煤工艺的基础上，设计了采选充留开采设计方法工艺，将煤矸分选、充填采煤与沿空留巷三种工艺有效地组合在一起，优化其在时间和空间上的配合，实现了三种工艺平行作业，沿空留巷作为充填物料与煤炭的运输巷道，实现采区无煤柱开采。

进一步的，第二步中所选择的煤矸分选系统的分选能力需根据煤矿的生产能力，确定充填工作面的矸石充填物料需求量，使分选的矸石满足固体充填采煤系统中充填工作面的充填能力，并与已有的采选充工作面的生产能力相适应。

其它工作面采出来的原煤和固体充填采煤工作面采出来的原煤，采用重介浅槽分选机进行煤矸分选，分选出来的矸石需处理成符合充填开采要求的固体物料，然后运至充填采煤工作面，进行充填作业。煤矸分选系统中所涉及的设备主要包括煤炭/矸石转载皮带、滚轴筛、浅槽分选机、煤炭/矸石脱介筛等。

固体充填采煤系统所涉及的设备主要包括采煤机、刮板输送机、充填采煤液压支架、多孔底卸式输送机、机头升降平台、机尾升降平台等。自保护煤柱边界处开切眼，并在切眼内依次布置上述设备。

固体充填采煤工作面所涉及的采煤工艺与普通综采相同，端部割三角煤斜切进刀，启动采煤机8，进行割煤，然后依次前移充填采煤液压支架6、刮板输送机10及运煤巷内的运输设备，原煤通过前部的刮板输送机10运输至破碎机12进行初步破碎，然后通过运煤带式输送机5输送至煤矸分选系统进行煤矸分选。

充填时，煤矸分选系统分选出来的矸石通过运矸带式输送机4运输至固体充填采煤工作面的采空区，再通过自移式转载机7转载至多孔底卸式输送机3上并从多孔底卸式输送机3上的卸料口11卸下进行充填，充填后由夯实机构9进行夯实。

进一步的，第四步中沿空留巷13时的巷道支护采用垒砌矸石墙的方法进行，且垒砌矸石墙优先于同一步距内的充填采空区的作业，所述矸石墙由编织袋装满矸石后人工进行堆砌；然后在进行充填工作时同步进行支护材料准备、临时支护和矸石墙支护工作，并用锚杆和金属网进行固定，并喷射混凝土，以确保巷旁支护体的强度和稳定性。

优选的，巷旁充填体1的截面形状为矩形，其宽度为3m。

进一步的，垒砌矸石墙的循环步距为采煤机一次截深的长度。

本发明通过有机组合煤矸分选、充填采煤、沿空留巷支护三大系统，具体是其它工作面采出来的原煤和固体充填采煤工作面采出来的原煤经过转载机进入煤矸分选系统，进行煤矸分选，把符合充填要求的煤矸石运送到充填采煤工作面，进行矸石充填开采，并在工作面采空区边缘形成沿空留巷，从而形成采选充留开采方法完整的工艺循环，完成一个循环约需要2～3h。本方法工艺简单，既能高效回收各种煤柱资源，还能合理处理矿区的固体矸石废弃物，使得煤炭资源回收率提高，有效解决矿山环境问题，实现了矿山生产的节能降耗，提高了煤矿的安全生产效率，该发明技术方法简单，推广应用前景好，社会、经济、环境效益良好。

附图说明

图1是本发明系统工艺流程图；

图2是本发明井下系统布置图；

图3是本发明充填采煤工作面布置图；

图4为图3充填采煤工作面横截面图；

图中：1、巷旁充填体；2、采空区充填体；3、多孔底卸式输送机；4、运矸带式输送机5、运煤带式输送机；6、充填采煤液压支架；7、自移式转载输送机；8、采煤机；9、夯实机构；10、刮板输送机；11、卸料口；12、破碎机；13、沿空留巷。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。

如图1至图4所示，一种矿山采选充留开采方法，步骤如下，

第一步、根据煤层地质条件以及赋存特征，井下布置矸石少量化开采系统，并进行矸石少量化开采系统设备选型；

第二步、布置井下煤矸分选系统，并进行煤矸分选系统设备选型，对矸石少量化开采工作面生产的原煤进行煤矸分选；

煤矸分选系统的分选能力需根据煤矿的生产能力，确定充填工作面的矸石充填物料需求量，使分选的矸石满足固体充填采煤系统中充填工作面的充填能力，并与已有的普通采选充工作面的生产能力相适应。

由固体充填采煤工作面采出来的原煤和其它工作面采出来的原煤，采用重介浅槽分选机进行煤矸分选，分选出来的矸石需处理成符合充填开采要求的固体物料，然后运至充填采煤工作面，进行充填作业。煤矸分选系统中所涉及的设备主要包括煤炭/矸石转载皮带、滚轴筛、浅槽分选机、煤炭/矸石脱介筛等。

如图3和图4所示，第三步、布置固体充填采煤系统，第二步中煤矸分选系统分选出的矸石提供给固体充填采煤系统进行采空区充填作业；固体充填采煤系统包括采煤作业面和充填作业面，支架后端随采随充，实现充填采煤并行协同作业；

固体充填采煤系统所涉及的设备主要包括采煤机8、刮板输送机10、充填采煤液压支架6、多孔底卸式输送机3、机头升降平台、机尾升降平台等；自保护煤柱边界处开切眼，并在切眼内依次布置上述设备。

固体充填采煤工作面所涉及的采煤工艺与普通综采相同，端部割三角煤斜切进刀，启动采煤机8，进行割煤，然后依次前移充填采煤液压支架6、刮板输送机10及运煤巷内的运输设备，原煤通过前部的刮板输送机10运输至破碎机12进行初步破碎，然后通过运煤带式输送机5输送至煤矸分选系统进行煤矸分选。

第四步、固体充填采煤工作面的两侧随着工作面开采，在工作面后沿采空区边缘进行沿空留巷直至一个步距内充填与沿空留巷作业完成；

充填时，煤矸分选系统分选出来的矸石通过运矸带式输送机4运输至固体充填采煤工作面的采空区，再通过自移式转载机7转载至多孔底卸式输送机3上并从多孔底卸式输送机3上的卸料口11卸下进行充填，充填后由夯实机构9进行夯实形成采空区充填体2。

沿空留巷13时的巷道支护采用垒砌矸石墙的方法进行，且垒砌矸石墙优先于同一步距内的充填采空区的作业，所述矸石墙由编织袋装满矸石后人工进行堆砌，垒砌矸石墙的循环步距为一次截深的长度；然后在进行充填工作时同步进行支护材料准备、临时支护和矸石墙支护工作，并用锚杆和金属网进行固定，并喷射混凝土，完成沿空留巷工艺作业，以确保巷旁支护体的强度和稳定性。

优选的，巷旁充填体1的截面形状为矩形，其宽度为3m。

第五步，重复步骤一至四，继续煤矸分选作业和下一个步距的采煤、充填、沿空留巷渐进循环作业；直至推进充填采煤工作面至区段边界，再接替下一工作面。

本方法在普通固体充填采煤工艺的基础上，设计了采选充留开采设计方法工艺，将煤矸分选、充填采煤与沿空留巷三种工艺有效地组合在一起，优化其在时间和空间上的配合，实现三种工艺平行作业。