条带充填整体回采采煤方法

专利名称：条带充填整体回采采煤方法
技术领域：
本发明涉及一种煤层开采的回采采煤方法，特别是一种适用于"三下" 煤层开采的条带充填整体回采采煤方法，可实现安全回采，并可以达到与现 有综合机械化开采同样的煤炭回收率，同时可将煤层上覆岩层和地表的沉降 控制在允许的极小范围内，保证地表建筑和附着物的安全。属于煤炭开采方 法领域。
背景技术：
目前我国对积压在村庄和重要建筑、路桥设施和湖泊等水体地下(通常 称"三下")的煤层进行开采的采煤方法比较有限，如果不采取适当措施，贸 然对此类煤层进行开采，煤层上覆岩层的塌落和断裂就会造成地表的严重沉 降和移动，从而导致地面的村庄和重要建筑、路桥设施和湖泊水体等遭到破 坏；如果是在水下，更可能导致煤层透水，井下发生严重安全事故，地表的 水体资源也会受到严重破坏。
已知的开采方法有三类其一是房柱式开采，它是将被开采煤体开采成 比较规则的房柱状，通过留设的矿房间柱、区段隔离煤柱等支撑上覆岩层重 量，而达到控制顶板岩层破坏与垮落，减小采动对地面建(构)筑物影响的 目的。房柱式开采的煤炭资源回收率往往不及40%，而且支护手段欠缺，易 发生冒顶事故，在非特殊条件下是被禁止采用的方法。其二是充填开采，它 是用矸石、黄土、水砂等材料充填采空区，阻止顶板岩层冒落破坏的发展与 扩大，最终达到减缓地表沉陷，保护地面建(构)筑物的目的。如专利公开 号为CN1936271A的"煤矿矸石充填无煤柱开采工作面采空区的方法"，公 开了一种将煤矿矸石通过运输机和皮带等机械充填到采空区的办法。这类方 法受材料、设备、工艺的局限，充填物无法密实的充满采空区，而且该方法 在采空区作业的设备和人员都无法在安全有效的支护条件下作业，所以在防 止地表沉陷上仍有较大局限。其三是条带开采并附以矸石充填的方式，它是 将被开采的煤层划分成规则的条带状，采一条，留一条，通过减小开采块段 内煤层绝对开采面积，而达到减小地表移动和变形，保护地面建(构)筑物 的目的。如专利公开号为CN1483921A的"洞穴填充采煤方法"、专利公开 号为CN1952349A的"利用矸石置换村庄下压煤的开采方法"、专利公开号 为CN1963149A的"建筑物下矸石置换条带煤柱的开采方法"等，公布的方 法就属于此类。这类方法的煤炭回收率低，只有大约30%-50%，虽然附以矸 石回填的办法，对减缓地面沉降有一定的效果，但是从资源回收率极低和开 采成本增加很多、安全性差等方面考虑就有些得不偿失了。还有如专利公开 号为CN1410655A的"建筑物或构筑物下压煤大条带协调式全部开采方法" 中，公布的是一种先进行跳采，再将跳采所留的煤层区段同时进行快速强采 的方法，它也是条带开采的一种，虽然这种方法的回采率有了很大提高，但 是地表沉陷的不均匀性仍然较大，而且关键的后期强采阶段在不同地区和煤 层条件下的地表移动变形是很难得到保证的，因此，能否达到预期的沉降效 果的影响因素较多，存在较大风险。
综上所述，国内、外目前尚未见对"三下"煤层进行高回收率、高产、高 效的综合机械化的理想开采方法的相应报导。

发明内容
本发明的目的是提供一种条带充填整体回采采煤方法，它有效地解决了
现有"三下"煤层回采存在的地表沉降变形、煤炭资源回收率低、存在安全隐 患等问题，其综合利用了成熟的回采技术和常用设备，有利于"三下"煤层的 回采，开采作业安全，操作方便，在提高煤炭回收率的同时，能将煤层上覆 岩层和地表的沉降变形控制在建筑物允许变形的极小范围内，实现地表平缓 下沉量极小，以达到保护地表建筑和附着物的目的。
本发明的目的是这样实现的该方法的技术要点包括以下步骤
在采区布置送出工作面的运输巷道和回风巷道及开出切眼后，在工作面 铺设运输机和沿运输机往复移动割煤的采煤机，在与运输机运行方向相垂直 的方向设置通过连接头与运输机相连接的支护装置；
所述支护装置包括带有连接头的工作面液压支架、带有连接头的巷旁充 填侧模板支架和带有连接头的巷旁充填后模板支架；其中
沿所述工作面的回采方向至少排列一组所述工作面液压支架，在所述每 组工作面液压支架的两侧分别同向平行设置所述巷旁充填侧模板支架和所述 巷旁充填后模板支架，并由所述巷旁充填后模板支架和布置其左、右两侧的 所述巷旁充填侧模板支架围成充填模腔；
利用所述支护装置的支架中的各推移油缸，沿所述工作面的回采方向推 移所述运输机及与其连接的所述支护装置的各支架自身，持续推进并采煤；
所述支护装置的各支架沿所述回采工作面推进后，通过管道向所述支护 装置的各支架围成的所述充填模腔内浇注膏体混凝土，形成支撑在采空区上 方的顶板与开采煤层底板之间的条带状充填墙；
利用所述条带状充填墙使相邻条带状充填墙的墙体之间的采空区的顶板 岩层直至地表的岩层，形成变化幅度较小的波浪状上覆岩层下沉；
条带状充填墙凝固成型期间，所述支护装置中的巷旁充填侧模板支架和
巷旁充填后模板支架，以及可调式液压模板都不移动，直至达到条带状充填 墙的膏体混凝土凝固至可移模状态时再移动，在此期间，利用所述支护装置 的各支架的推移油缸持续推移运输机，维持采煤。
由所述巷旁充填后模板支架和布置其左、右两侧的所述巷旁充填侧模板 支架围成充填模腔时，位于所述运输巷道或所述回风巷道边缘的所述巷旁充 填侧模板支架采用可调式液压模板或其它支撑模板替代。
由于本发明的采煤方法综合利用了成熟的回采技术及常用的运输机、采 煤机、工作面液压支架等设备，同时配置本发明人已使用的成熟的支护设备，
如公告号为CN200999614Y的"巷旁充填侧模板支架"和公告号为 CN200999613Y的"巷旁充填后模板支架"，以及新设计的"可调式液压模板" 等装置，其开采作业安全，操作方便，所以能够保持工作面连续进行机械化 作业的条带式整体回采，在提高煤炭回收率的同时，对后方的采空区采用科 学的支护和充填手段，确保在整个工作面内相间设置条带状的充填墙，将煤 层上覆岩层和地表的沉降变形控制在建筑物允许变形的极小范围内。当利用 上述支护装置支架中的各推移油缸，沿工作面的回采方向来推移运输机及支 架自身后，即可通过管道向各支架围成的充填模腔内浇注膏体混凝土，使之 形成所需要的条带状充填墙。利用这种条带状充填墙可使相邻墙体之间的采 空区的顶板直至地表的岩层，形成逐渐趋缓的下沉盆地。只要相邻墙体之间 的采空区与充填墙的宽度选择适当，整个工作面采空区域内的上覆岩层和地 表的下沉就会形成一种波浪状形式，经过叠加终会在地表下某一深度上消失， 地表呈现平缓下沉，移动变形量大大减小，可以达到保护地表建筑和附着物 的目的。因此，本发明有效地解决了现有"三下"煤层回采存在的地表沉降变 形、煤炭资源回收率低、存在安全隐患等问题，有利于"三下"煤层的回采。
以下结合附图对本发明作进一步描述。


图1是本发明的一种回采工作面的结构示意图。
图2是图1中的工作面液压支架的结构示意图。 图3是图1中的巷旁充填侧模板支架的结构示意图。 图4是图1中的巷旁充填后模板支架的结构示意图。 图5是图1中的可调式液压模板的结构示意图。 图6是图5的侧视图。
图中序号说明l工作面液压支架、2巷旁充填侧模板支架、3巷旁充填 后模板支架、4运输机、5采煤机、6连接头、7运输巷道、8回风巷道、9 煤层、IO充填墙、ll采空区、12可调式液压模板、13牵拉液压缸、14液压 立柱、15顶梁、16推移液压缸、17推杆、18顶梁、19液压立柱、20推移液 压缸、21推杆、22顶梁、23液压立柱、24推移液压缸、25推杆、26辅助支 撑液压缸、27直撑液压缸、28连接头。
具体实施例方式
根据图1 6详细说明本发明的具体操作步骤。该条带充填整体回采采煤 方法综合利用了成熟的回采技术及常用的运输机4、采煤机5、工作面液压支 架1等设备，同时配置本发明人己在工作面使用的成熟的支护设备，如巷旁 充填侧模板支架2(公告号CN200999614Y)和巷旁充填后模板支架3(公告号 CN200999613Y)，以及新设计的可调式液压模板12等装置。本发明的一种具 体实施方法采用以下步骤如图1所示，首先在采区布置送出工作面的运输 巷道7和回风巷道8及开出切眼后，在工作面铺设运输机4和沿运输机4往 复移动割煤的采煤机5。然后在与运输机4运行方向相垂直的方向设置通过
连接头6与运输机4相连接的支护装置。该支护装置包括采区工作面常用的 带有连接头6的工作面液压支架1和巷旁充填侧模板支架2、巷旁充填后模
板支架3。其中工作面液压支架l(如图2所示)包括底座及通过四连杆机构和 液压立柱14连接的顶梁15等件，在底座中设置推移液压缸16及铰接其活塞 杆上的带有连接头6的推杆17。巷旁充填侧模板支架2(如图3所示)包括底 座及通过四连杆机构和液压立柱19连接的顶梁18等件，在底座中设置推移 液压缸20及铰接其活塞杆上的带有连接头6的推杆21。巷旁充填后模板支 架3(如图4所示)包括底座及通过四连杆机构和液压立柱23连接的顶梁22 等件，在底座中设置推移液压缸24及铰接其活塞杆上的带有连接头6的推杆 25。
上述支护装置的各支架可按图1所示位置排列，即从工作面运输巷道7 的端部开始安装摆放。因为充填墙10从紧邻巷道的边缘开始留起，所以可以 减小工作面推进后从巷道顶板直至地表岩层的下沉量。其中沿工作面的回采 方向至少排列一组工作面液压支架1，每组工作面液压支架1的数量根据条 带开采所允许顶板垮落的采空区宽度确定。在每组工作面液压支架1的两侧 分别同向平行设置巷旁充填侧模板支架2和巷旁充填后模板支架3，并由巷 旁充填后模板支架3和布置其左、右两侧的巷旁充填侧模板支架2围成充填 模腔。所用的巷旁充填后模板支架3的数量应取决于需要留设的充填墙10 的墙体宽度和矿压大小等因素。当围成充填模腔的侧面的巷旁充填侧模板支 架2位于运输巷道7(或回风巷道8)的边缘时，其位于运输巷道7(或回风巷道 8)的边缘的巷旁充填侧模板支架2可采用可调式液压模板12或其它支撑模板 支架替代。采用可调式液压模板12时，应将其通过连接头28铰接的牵拉液 压缸与巷旁充填后模板支架3连接，并由巷旁充填后模板支架3和布置其左、
右两侧的巷旁充填侧模板支架2和可调式液压模板12围成充填模腔。
可调式液压模板12(如图5 6所示)包括带有牵拉液压缸13的底座及组 装其上的由直撑液压缸27、斜撑液压缸、辅助支撑液压缸26进行调整支撑 的上模板、下模板等件。根据可调式液压模板12所处巷道底板的情况，适当 调整斜撑液压缸，使底座与巷道底板充分接触，并且下模板和上模板靠紧在 充填墙10的侧面。操纵直撑液压缸10，使上模板升高，直至支撑到巷道顶 板。在充填膏体混凝土过程中，注意观察，如发现由于膏体混凝土的作用使 可调式液压模板12发生向远离墙体的方向滑动，则操纵辅助支撑液压缸26， 使其或支撑在底座上，或支撑在巷道内其他设备的固定座上。
条带充填整体回采采煤方法的具体操作步骤如下
采煤开始时，利用支护装置的工作面液压支架1、巷旁充填后模板支架3 和巷旁充填侧模板支架2中的各液压立柱14、 19、 23使相应的顶梁15、 18、 22分别支撑住煤层顶板，使各支架l、 3、 2定位。此时各支架的推杆呈伸出 状态，为割煤做好准备，也在此状态下向由各模板支架围成的充填模腔内充
实膏体混凝土。
待采煤机5沿输送机4行走割完第一刀煤后，依次操纵各工作面液压支 架l中的液压立柱14回縮，使顶梁15分别稍稍脱离煤层顶板，随即启动各 工作面液压支架1设置在其底座中的推移液压缸16，驱动推杆17收回，通 过与输送机4连接的连接头6带动各工作面液压支架1向输送机4前进一个 歩距。然后，操纵工作面液压支架1的立柱14，使顶梁15支撑住煤层顶板， 再操纵推移液压缸16，驱动推杆17将运输机推出一个步距，为采煤机割下 一刀煤做好准备。与此同时，操纵巷旁充填侧模板支架2和巷旁充填后模板 支架3的推移液压缸20和24，使推杆21和25伸出一个步距，为采煤机割
下一刀煤做好准备。在此期间，各模板支架保持不动，等待充填模腔内膏体 混凝土凝固形成支撑在采空区顶板与煤层底板之间的条带状充填墙IO。
待采煤机5沿输送机4行走割完第二刀煤后，依次操纵各工作面液压支 架1中的液压立柱14回縮，使顶梁15分别稍稍脱离煤层顶板，随即启动各
工作面液压支架1设置在其底座中的推移液压缸16，驱动推杆17收回，通 过与输送机4连接的连接头6带动各工作面液压支架1向输送机4前进一个 步距。然后，操纵工作面液压支架1的立柱14，使顶梁15支撑住煤层顶板， 再操纵推移液压缸16，驱动推杆17将运输机推出一个步距，为采煤机割下 一刀煤做好准备。此时，待充填模腔内膏体混凝土凝固基本成形时，操纵巷 旁充填侧模板支架2和巷旁充填后模板支架3的立柱19和23，使其顶梁18 和22稍稍脱离顶板，并操纵推移液压缸20和24，使推杆21和25收回，将 支架2和3向运输机拉靠；操纵立柱19和23，使其顶梁18和22支撑住煤 层顶板，再操纵推移液压缸20和24，使推杆21和25伸出一个布局，为下 一个采煤循环做好准备。
如此循环，不断重复上述各步骤即可在连续完成整体回采采煤作业的同 时，又能连续完成条带充填的安全充填和支护作业。这样就可以通过巷旁充 填侧模板支架2将充填膏体混凝土的充填墙10与工作面液压支架1后方的采 空区11相隔开。如此布置支护装置，就可以实现整个工作面区域的煤层9 采过之后，形成了由混凝土充填墙IO和采空区相间的条带状沉陷区。
权利要求
1.一种条带充填整体回采采煤方法，其特征在于包括以下步骤在采区布置送出工作面的运输巷道和回风巷道及开出切眼后，在工作面铺设运输机和沿运输机往复移动割煤的采煤机，在与运输机运行方向相垂直的方向设置通过连接头与运输机相连接的支护装置；所述支护装置包括带有连接头的工作面液压支架、带有连接头的巷旁充填侧模板支架和带有连接头的巷旁充填后模板支架；其中沿所述工作面的回采方向至少排列一组所述工作面液压支架，在所述每组工作面液压支架的两侧分别同向平行设置所述巷旁充填侧模板支架和所述巷旁充填后模板支架，并由所述巷旁充填后模板支架和布置其左、右两侧的所述巷旁充填侧模板支架围成充填模腔；利用所述支护装置的支架中的各推移油缸，沿所述工作面的回采方向推移所述运输机及与其连接的所述支护装置的各支架，持续推进并采煤；所述支护装置的各支架沿所述回采工作面推进后，通过管道向所述支护装置的各支架围成的所述充填模腔内浇注膏体混凝土，形成支撑在采空区上方的顶板与开采煤层底板之间的条带状充填墙；利用所述条带状充填墙使相邻条带状充填墙的墙体之间的采空区的顶板岩层直至地表的岩层，形成变化幅度较小的波浪状上覆岩层下沉；条带状充填墙凝固成形期间，所述支护装置中的巷旁充填侧模板支架和巷旁充填后模板支架，以及可调式液压模板都不移动，直至达到条带状充填墙的膏体混凝土凝固至可移模状态时再移动，在此期间，利用所述支护装置的各支架的推移油缸持续推移运输机，维持采煤。
2、 根据权利要求1所述的条带充填整体回采采煤方法，其特征在于由 所述巷旁充填后模板支架和布置其左、右两侧的所述巷旁充填侧模板支架围 成充M模腔吋，位于所述运输巷道或所述回风巷道边缘的所述巷旁充填侧模 板支架釆用可调式液压模板或其它支撑模板替代。
全文摘要
一种条带充填整体回采采煤方法，有效地解决了现有“三下”煤层回采存在的地表沉降变形、煤炭资源回收率低、存在安全隐患等问题，它包括以下步骤在采区工作面铺设运输机和采煤机，在与运输机运行方向相垂直的方向设置通过与运输机连接头相连接的由工作面液压支架、巷旁充填侧模板支架和巷旁充填后模板支架组成的支护装置，各支架沿工作面推移后，通过管道向各支架围成的充填模腔内浇注膏体混凝土，形成支撑在采空区上方的顶板与煤层底板之间的条带状充填墙。其开采作业安全，操作方便，在提高煤炭回收率的同时，能将煤层上覆岩层和地表的沉降变形控制在建筑物允许变形的极小范围内，实现地表平缓下沉量极小，以达到保护地表建筑和附着物的目的。
文档编号E21D23/00GK101372891SQ20081001174
公开日2009年2月25日 申请日期2008年6月10日 优先权日2008年6月10日
发明者伟 曹, 曹树祥, 杨新华, 红 翟 申请人:沈阳市华祥矿山机械厂