一种急倾斜煤层走向综采无煤柱分段充填采煤方法与流程

本发明涉及采矿技术方法领域，尤其涉及一种急倾斜煤层走向综采无煤柱分段充填采煤方法。

背景技术：

急倾斜煤层是指赋存倾角大于45°的煤层，此类煤层的安全高效机械化开采是一个世界性难题。我国急倾斜煤层的储量大约占煤炭总储量的17%，其年产量仅占全国煤炭总产量的3.8%。据统计，我国600多处国有重点煤矿和地方煤矿中，开采急倾斜煤层的矿井有100多处，比例占了16.5%。

近年来随着矿井开采强度的增加，导致优质煤炭资源迅速枯竭，为保证矿井的可持续发展，许多矿区不得不考虑急倾斜煤层开采，如山东兖州、河北邢台和开滦、安徽淮南、江苏徐州、贵州、四川、重庆、云南、新疆、甘肃、宁夏省(区)矿区等。此外由于西部矿区经济发展相对比较滞后，煤炭资源的开采已经是其经济来源的重要组成部分，据统计西部矿区中50%以上矿井开采的是急倾斜煤层。

而急倾斜煤层开采的资源回收率不足30%。在国家能源结构性转变，实施节能减排和可持续发展战略方针的背景下，在不久的将来，煤炭无害开采必定是大势所趋。

近年来，在国家政策及企业的支持下，充填开采技术在新汶、邢东矿区成功实现了工业生产，充填开采作为一种新的采煤方法得到了业界及社会的肯定。

然而，充填开采技术目前只在少数矿区实践，较多问题仍有待解决，例如：当前采空区全部充填法需要大量的充填材料，并且大量的充填材料需要输送至充填工作面，大增加了煤炭开采的技术难度及开采成本。况且，在甘肃、四川等西部矿区的急倾斜煤层综采工作面中，还没有对采空区进行充填的理论基础和技术经验。急倾斜煤层开采的难度较大，岩层控制也较为困难，基本的岩层移动机理尚未成熟。

针对上述问题，本发明提出了一种急倾斜煤层走向综采无煤柱分段充填采煤方法，丰富了急倾斜煤层的开采体系，对适应煤炭行业发展的迫切需要，具有重要经济、环境和社会价值。

技术实现要素：

本发明的目的是：针对传统急倾斜采煤法需保留矿柱所存在的资源回收率低，以及现有技术中采空区全部充填法存在的需要大量充填材料，充填输送成本较高的问题，提供一种简单、安全、绿色、经济、实用的急倾斜煤层综采分段充填采煤方法。

本发明为实现上述目的，本发明的实现思想是：将急倾斜煤层井田划分采区后，沿走向布置长壁综采工作面，工作面推进后，采空区沿走向进行分段充填；并根据岩石力学原理及工作面上覆岩层的岩性，在保证上覆岩层老顶不断裂的条件下，确定分段充填体的尺寸d和分段充填的极限跨距l，以及充填体的强度；充填体充填区域由区段小煤柱和矩形气囊分隔形成倾向封闭充填区，在封闭区域内利用管道进行膏体充填；采空区利用膏体沿煤层走向进行分段充填后，控制顶板关键层或老顶不断裂，地表不下沉，最终实现急倾斜煤层的绿色、科学开采。

本发明采用的技术方案是：一种急倾斜煤层走向综采无煤柱分段充填采煤方法，其特征在于：包括如下步骤：

s1：在急倾斜工作面回采过程中，推进一个充填跨距l后，在上顺槽与下顺槽之间安装第一充填模板，第一充填模板紧接回采采空面；

s2：回采工作面继续推进一个充填体柱距离d后，在上顺槽与下顺槽之间安装第二充填模板，第二充填模板紧接回采采空面；

s3：在第一充填模板与第二充填模板之间填充膏体，在第一充填模板(191)与第二充填模板(192)之间填充膏体，如矸石胶结体、粉煤灰胶结体等，待膏体具有初期强度能支撑上覆岩层压力后，对第一充填模板与第二充填模板进行拆卸，形成充填体柱；

s4：工作面继续推进至另一个充填跨距l，并再次安装第一充填模板，以同样的方式进行分段充填，如此循环。

作为进一步优化说明，所述第一充填模板和第二充填模板均采用气囊制成。

作为进一步优化说明，所述s3中填充膏体过程，通过充填干线管路进行膏体运输和填充，充填干线管路铺设在上顺槽内，并外接到地表。

作为进一步优化说明，所述充填干线管路连接有工作面充填管道和补充填充管，工作面充填管道连接多个充填分支管，充填分支管用于填充体不同高度的填充，工作面充填管道用于供给充填分支管，补充充填管布置在上顺槽。

作为进一步优化说明，所述第一充填模板和第二充填模板通过装载气囊小绞车进行释放和充气，装载气囊小绞车安装在上顺槽。

作为进一步优化说明，所述第一充填模板和第二充填模板充入0.5mpa至0.8mpa的高压气体。

作为进一步优化说明，所述回采工作面布置有综采液压支架、采煤机、刮板运输机、隔离装置、工作面充填管道和充填分支管，综采液压支架的前部布置采煤机和刮板运输机，综采液压支架通过后立柱和前立柱安装在底座上，隔离装置布置在综采液压支架后部，综采液压支架后部加装有托辊，托辊用于将第一充填模板和第二充填模板卸放至整个工作面下部，综采液压支架的后部还延伸出后支撑悬梁，工作面充填管道和充填分支管布置在综采液压支架后部。

作为进一步优化说明，所述下顺槽布置有端头支架、转载机和可伸缩胶带运输机。

作为上述急倾斜煤层走向综采无煤柱分段充填采煤方法的进一步具体优化说明，其步骤包括如下：

s1:将充填干线管路由地面铺设至上顺槽，在工作面布置综合液压支架；

s2:上顺槽设置安装装载气囊小绞车，综合液压支架前部安装有采煤机和刮板运输机，综合液压支架后部布置工作面充填管道和充填分支管；

s3:急倾斜工作面正常回采，推进后一个充填跨距l后，装载气囊小绞车通过综合液压支架后部加装的托辊将第一充填模板卸放至整个工作面下部，第一充填模板为气囊模板，第一充填模板充入0.5-0.8mpa的高压气体，使其膨胀紧接采空区岩壁；

s4:工作面继续推进一个充填体柱距离d后，以同样的方式进行卸放第二充填模板，第二充填模板为气囊模板，并充入0.5-0.8mpa的高压气体，由此两气囊与采空区下部煤壁形成了封闭的充填区域，利用工作面的充填分支管进行膏体充填封闭区域，充填体充填至上顺槽的标高位置，充填结束后进行洗管；

s5:在工作面继续推进的同时，待充填体柱具有初期强度能支撑上覆岩层压力后，气囊卸气，利用装载气囊小绞车回装第一充填模板和第二充填模板，形成充填体柱。

s6:当工作面继续推进至另一个充填跨距l时，再卸放第一充填模板，以上述同样的方式进行分段充填，如此循环，最终使整个采区在走向上形成分段充填体柱。

本发明的技术效果如下：

1、通过无煤柱分段填充采煤法，充填体柱可支撑着顶板，控制顶板岩层中的老顶或关键层不发生断裂，能够更好地减少上覆岩层变形，以及有效控制地表沉降；同时，该种方法能较大程度的减小充填量，减小充填成本，并避免了需要保留较大区域的安全矿柱，较大程度地提高了资源回收率，能达到简单、安全、绿色、经济、实用的急倾斜采煤效果。

2、进行走向分段充填，部分充填区可采用矸石、废弃固体和粉煤灰等废弃物作为充填料，能消耗矿山的矸石、废弃固体和粉煤灰等废弃物，变废为充填体材料，减少了对环境的污染。

3、进行分段充填的同时不影响回采工作面进行采煤，能更好的实现充填与回采协调开采。

4、通过管道运输填充膏体的方式，较大程度地降低了填充工作量，较大程度地减少了工人的劳动强度，提高了充填效率。

5、通过在综采液压支架加装后撑悬梁和托辊，可将上顺槽中装载气囊小绞车里的气囊顺利铺设在综采液压支架后方，充满高压气体后作为充填模块，并且可以通过小绞车进行回收利用，节约充填模块耗材，实现充填装模拆模的机械自动化，降低了工人的劳动强度，具有一定的经济效益。

附图说明

图1为本发明的充填结构及设备分布结构示意图；

图2为本发明中回采工作面设备布置的a-a截面示意图；

图中：1为端头支架；2为转载机；3为可伸缩胶带运输机；4为综采液压支架；5为采煤机；6为刮板运输机；7为充填体柱；8为隔离装置；9为充填干线管路；10为后立柱；11为前立柱；12为上顺槽；13为下顺槽；14为工作面充填管道；15为充填分支管；16为底座；17为补充充填管；18为装载气囊小绞车；19为充填模板；20为气囊托辊；21为后撑悬梁；d为充填体柱宽度；l为充填体柱跨距。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

如图1所示，一种急倾斜煤层走向综采无煤柱分段充填采煤方法，包括如下步骤：

s1：在急倾斜工作面回采过程中，推进一个充填跨距l后，在上顺槽12与下顺槽13之间安装第一充填模板191，第一充填模板191紧接回采采空面；

s2：回采工作面继续推进一个充填体柱距离d后，在上顺槽12与下顺槽13之间安装第二充填模板192，第二充填模板192紧接回采采空面；

s3：在第一充填模板191与第二充填模板192之间填充膏体，在第一充填模板(191)与第二充填模板(192)之间填充膏体，如矸石胶结体、粉煤灰胶结体等，待膏体具有初期强度能支撑上覆岩层压力后，对第一充填模板191与第二充填模板192进行拆卸，形成充填体柱7；

s4：工作面继续推进至另一个充填跨距l，并再次安装第一充填模板191，以同样的方式进行分段充填，如此循环。

作为上述实施方式的进一步具有说明，如图1所示：

所述第一充填模板191和第二充填模板192均采用气囊制成；

所述s3中填充膏体过程，通过充填干线管路9进行膏体运输和填充，充填干线管路9铺设在上顺槽12内，并外接到地表；

所述充填干线管路9连接有工作面充填管道14和补充填充管17，工作面充填管道14连接多个充填分支管15，充填分支管15用于填充体7不同高度的填充，工作面充填管道14用于供给充填分支管15，补充充填管17布置在上顺槽12；

所述第一充填模板191和第二充填模板192通过装载气囊小绞车18进行释放和充气，装载气囊小绞车18安装在上顺槽12；

所述下顺槽13布置有端头支架1、转载机2和可伸缩胶带运输机3。

作为上述实施方式的进一步具有说明，如图1和图2所示：所述回采工作面布置有综采液压支架4、采煤机5、刮板运输机6、隔离装置8、工作面充填管道14和充填分支管15，综采液压支架4的前部布置采煤机5和刮板运输机6，综采液压支架4通过后立柱10和前立柱11安装在底座16上，隔离装置8布置在综采液压支架4后部，综采液压支架4后部加装有托辊20，托辊20用于将第一充填模板191和第二充填模板192卸放至整个工作面下部，综采液压支架4的后部还延伸出后支撑悬梁21，工作面充填管道14和充填分支管15布置在综采液压支架4后部。

作为上述实施方式的进一步具有说明，所述第一充填模板191和第二充填模板192充入0.5mpa至0.8mpa的高压气体。

根据上述实施方法，其具体实施过程如下：

s1:将充填干线管路9由地面铺设至上顺槽12，在工作面布置综合液压支架4；

s2:上顺槽12设置安装装载气囊小绞车18，综合液压支架4前部安装有采煤机5和刮板运输机6，综合液压支架4后部布置工作面充填管道14和充填分支管15；

s3:急倾斜工作面正常回采，推进后一个充填跨距l后，装载气囊小绞车18通过综合液压支架4后部加装的托辊20将第一充填模板191卸放至整个工作面下部，第一充填模板191为气囊模板，第一充填模板191充入0.5-0.8mpa的高压气体，使其膨胀紧接采空区岩壁；

s4:工作面继续推进一个充填体柱距离d后，以同样的方式进行卸放第二充填模板192，第二充填模板192为气囊模板，并充入0.5-0.8mpa的高压气体，由此两气囊与采空区下部煤壁形成了封闭的充填区域，利用工作面的充填分支管15进行膏体充填封闭区域，充填体充填至上顺槽的标高位置，充填结束后进行洗管；

s5:在工作面继续推进的同时，待充填体柱具有初期强度能支撑上覆岩层压力后，气囊卸气，利用装载气囊小绞车18回装第一充填模板191和第二充填模板192，形成充填体柱7。

s6:当工作面继续推进至另一个充填跨距l时，再卸放第一充填模板191，以上述同样的方式进行分段充填，如此循环，最终使整个采区在走向上形成分段充填体柱7。