倾斜煤层采空区刚柔条带相间充填无煤柱连续开采法的制作方法

本发明涉及一种井工煤矿开采方法，尤其是一种倾斜煤层采空区刚柔条带相间充填无煤柱连续开采法。

背景技术：

我国西北地区特别是新疆地区煤炭资源储量丰富，煤层倾角大，且多分布于干旱、半干旱的沙漠或戈壁地区，水资源匮乏，生态环境异常脆弱。传统的垮落法处理采空区产生的采动裂隙和地表沉降会对地下水资源和地表植被造成严重的破坏。充填开采是减小采动裂隙和地表沉降的有效方法，而充填材料和充填方式是影响充填开采整体技术经济性的重要因素。目前采空区充填材料主要有煤矸石、膏体材料、高水材料和混凝土材料，充填方式有部分（条带）充填和整体充填。条带充填对充填材料性能要求较高，多使用膏体材料、高水材料和混凝土材料。虽然材料用量相比整体充填较少，但充填材料单价较高，且需要消耗大量的水资源，不适用于西部缺水矿区。而且，充填条带在倾斜煤层采空区内稳定性较差，加之充填条带间暴露的顶板容易抽冒垮落，充填条带对顶板的长时控制效果难以保证。采空区整体充填可以有效提高充填体的整体稳定性，确保充填体对采空区顶板的长时控制效果，但是受到充填成本的制约，实际应用受到限制。不管是条带充填还是整体充填采煤法，不可避免地会对当地生态环境造成一定程度的影响和破坏，加之西北煤炭资源作为我国最后的尚未大规模开发的煤炭储备，在降低采矿活动对生态环境破坏的同时也应该尽可能地提高煤炭资源的回采率。而目前工作面间区段保护煤柱的留设是造成井工煤矿煤炭损失的主要原因。

技术实现要素：

为了减小我国西北特别是新疆地区倾斜煤层开采时对地下水资源及地表植被的破坏，提高充填体对倾斜煤层采空区覆岩的长时控制效果，同时，降低充填成本，增加煤炭资源采出率，本发明针对上述地区缺水多沙的特殊条件，提出了倾斜煤层采空区刚柔条带相间充填无煤柱连续开采法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案为：

①待倾斜煤层工作面自开切眼回采后，超期工作面约30-60m对轨道平巷进行锚索加强支护；

②待倾斜煤层工作面推进距离接近直接顶的初次垮落步距时，对采空区进行第一次膏体条带充填，条带倾向布置（平行工作面），条带下端至运输平巷非回采侧，条带上端至轨道平巷回采侧，条带宽度为3-10m，膏体材料为风积沙、水泥、粉煤灰和减水剂组成的混合料，水灰比为0.5；

③利用翻转车厢式矿车将风积沙经由轨道平巷运至采空区，将风积沙卸入由膏体充填条带、开切眼煤壁和运输平巷非回采侧巷帮组成的u形空间，由于风积沙具有自溜性，该倾斜u形空间将被由下向上逐渐充满；

④待风积沙充满上述倾斜u形空间后，在轨道平巷回采侧构筑墙体对风积沙充填条带上端进行封闭，封闭墙体构筑材料为②中所述的膏体材料，封闭墙体厚度为3-5m，墙体外侧应与②中所述膏体条带上端齐平；

⑤随着工作面的不断向前推进，膏体条带充填工作、风积沙条带充填工作和风积沙充填条带上端封闭墙体构筑工作依次进行，膏体条带间距应小于直接顶的初次垮落步距。

所述①中对轨道平巷的超前锚索加强支护参数：锚索直径为22mm，锚索长度为4-8m，锚索间、排距分别为原锚杆支护间、排距的1-2倍，锚索锚固方式为树脂药卷加长锚固，具体参数根据顶板岩性、回采高度、开采深度和地压大小确定。

所述②中膏体条带宽度及充填料的配比根据顶板岩性、回采高度、开采深度、地压大小和顶板控制要求确定。

所述④中封闭墙体厚度根据顶板岩性、回采高度、开采深度、地压大小和膏体材料配比确定。

所述⑤中在风积沙条带充填之前，需对局部破碎的采空区直接顶进行挂网临时支护，保证直接顶的完整性和风积沙充填条带的密实性。

本发明的有益效应是，该倾斜煤层采空区刚柔条带相间充填无煤柱连续开采法通过使用西北矿区来源广泛的廉价风积沙取代部分价格较高的条带充填材料，在降低充填成本的同时，充分利用风积沙的自溜性保证了风积沙干式充填的接顶效果，提高了充填条带的整体稳定性，保证了充填体对倾斜煤层采空区顶板的长时控制效果。而且，在充填的同时保留了区段轨道平巷，保留的区段轨道平巷可以为下一工作面回采服务，实现了工作面间无煤柱连续开采。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为倾斜煤层采空区刚柔条带相间充填无煤柱连续开采法施工的俯视图。

图2为倾斜煤层采空区刚柔条带相间充填无煤柱连续开采法中走向方向侧视图（图1中ⅰ-ⅰ位置）。

图3为倾斜煤层采空区刚柔条带相间充填无煤柱连续开采法中风积沙条带正在充填处倾向方向侧视图（图1中ⅱ-ⅱ位置）。

图4为倾斜煤层采空区刚柔条带相间充填无煤柱连续开采法中充填结束处倾向方向侧视图（图1中ⅲ-ⅲ位置）。

图中，1.轨道平巷，2.轨道，3.翻转箱式矿车，4.封闭墙体，5.工作面，6.膏体条带，7.风积沙条带，8.直接顶，9.运输平巷，10.开切眼煤壁。

具体实施方式

在图中，该倾斜煤层采空区刚柔条带相间充填无煤柱连续开采法的操作步骤为：

①待倾斜煤层工作面5自开切眼回采后，超期工作面5约30-60m对轨道平巷1进行锚索加强支护；

②待倾斜煤层工作面5推进距离接近直接顶8的初次垮落步距时，对采空区进行第一次膏体条带充填，条带6倾向布置（平行工作面5），条带6下端至运输平巷9的非回采侧，条带6上端至轨道平巷1的回采侧，条带6宽度为3-10m，膏体材料为风积沙、水泥、粉煤灰和减水剂组成的混合料，水灰比为0.5；

③利用翻转车厢式矿车3将风积沙经由轨道平巷1运至采空区，将风积沙卸入由膏体充填条带6、开切眼煤壁10和运输平巷9非回采侧巷帮组成的u形空间，由于风积沙具有自溜性，该倾斜u形空间将被由下向上逐渐充满；

④待风积沙充满上述倾斜u形空间后，在轨道平巷1回采侧构筑墙体对风积沙充填条带7上端进行封闭，封闭墙体4的构筑材料为②中所述的膏体材料，封闭墙体4的厚度为3-5m，封闭墙体4外侧应与②中所述膏体条带6上端齐平；

⑤随着工作面5的不断向前推进，膏体条带6充填工作、风积沙条带7充填工作和风积沙充填条带7上端封闭墙体4的构筑工作依次进行，膏体条带6的间距应小于直接顶8的初次垮落步距。

所述①中对轨道平巷1的超前锚索加强支护参数：锚索直径为22mm，锚索长度为4-8m，锚索间、排距分别为原锚杆支护间、排距的1-2倍，锚索锚固方式为树脂药卷加长锚固，具体参数根据顶板岩性、回采高度、开采深度和地压大小确定。

所述②中膏体条带6的宽度及充填料的配比根据顶板岩性、回采高度、开采深度、地压大小和顶板控制要求确定。

所述④中封闭墙体4的厚度根据顶板岩性、回采高度、开采深度、地压大小和膏体材料配比确定。

所述⑤中在风积沙条带7充填之前，需对局部破碎的采空区直接顶8进行挂网临时支护，保证直接顶8的完整性和风积沙充填条带7的密实性。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种倾斜煤层采空区刚柔条带相间充填无煤柱连续开采法，该方法首先对倾斜煤层采空区进行刚性条带充填，条带平行工作面布置、材料为砂基膏体、间距小于直接顶的初次垮落步距，条带上端至轨道平巷的回采侧结束；然后利用保留的轨道平巷将风积沙运至采空区，灌入并充满刚性条带间的空隙，形成对采空区顶板的柔性支撑条带；最后在轨道平巷回采侧对风积沙条带进行膏体墙封闭。该倾斜煤层采空区刚柔条带相间充填无煤柱连续开采法，利用风积沙的自溜性保证了风积沙干式充填接顶效果，提高了充填条带的整体稳定性，确保了充填体对倾斜煤层采空区顶板的长时控制效果；保留的轨道平巷可以为下一工作面回采服务，实现工作面间无煤柱连续开采。

技术研发人员：张志义;吕金星;陈辉
受保护的技术使用者：新疆大学
技术研发日：2018.12.04
技术公布日：2019.02.12