[0001]
本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种采用露天矿剥离废石充填置换开采端帮煤炭资源的开采方法。
背景技术：
[0002]
露天矿端帮开采技术是在传统的露天开采技术和井工开采技术之外，发展起来的一种先进、成熟的矿山开采方式。可进行露天矿端帮资源回采、等高线露头煤开采和沟槽开采等。作为残煤资源回收重要手段之一，近些年来在我国内蒙地区逐步推广使用。露天矿端帮煤开采过程中需留设一定的煤柱，采硐隔离煤柱和永久保护煤柱。大量煤柱的留设导致端帮开采回收率较低，一般在50%-60%之间。为进一步提高端帮开采的回收率，降低生产成本，增加露天矿经济效益，本申请提出了一种露天矿端帮充填开采工艺方法。
技术实现要素：
[0003]
本发明针对露天矿帮开采回收率低的问题，提供一种安全高效的露天矿端帮煤充填开采方法，利用露天煤矿剥离废石及胶结料作为充填材料，置换开采端帮煤炭资源，提高端帮煤回收率，实现矿山的无煤柱绿色开采，保护生态环境。
[0004]
本发明采用如下技术方案：一种露天矿端帮煤充填开采工艺方法，包括如下步骤：第一步，充填工艺巷及采巷布置将端帮开采区域划分为若干待采煤柱，以5条或9条待采煤柱为一个单元进行充填开采；以每个单元的位于中间位置的待采煤柱作为充填工艺巷首先进行掘进施工，充填工艺巷内需要有人员进入作业，因此，施工过程中，每施工一个步距需对充填工艺巷顶板进行锚杆支护，以保证巷道人员出入安全，在充填工艺巷施工完毕后，在充填工艺巷两侧间隔一个待采煤柱分别进行两侧采巷回采，各采巷回采高度根据煤层厚度分一次或两次回采完成；第二步，充填孔及排气孔布置在充填工艺巷内，以充填工艺巷巷道两帮距离顶板500mm位置，采用钻机分别向已采煤巷施工若干斜向的充填孔和排气孔，为保证料浆充分接顶，充填孔和排气孔均打设在已采煤巷的顶板上，充填孔和排气孔间距根据已采煤巷的长度和料浆的流动性确定；第三步，充填工艺在充填工艺巷内布置充填主管路，充填主管路在每一个充填孔位置布置一个三通阀门和一个截止阀门，三通阀门的两通连接充填主管路，一通连接高压软管，高压软管通过充填孔进入采巷，采巷巷口全部采用模板进行密闭封堵，仅留设一个观察孔，在接顶时将观察孔封堵；充填时，由充填工艺巷通过充填孔向已采支巷由里向外逐步注浆充填，首先将三通阀门和截止阀门打开，充填主管路先打水进行润管，润管后打3-5分钟粉煤灰浆，然后开始打
矸石充填料浆，在充填主管路末端出口见矸石充填料浆后立刻关闭末端的截止阀门，同时打开末端三通阀门，将矸石充填料浆放入充填工作面，充填过程中从排气孔和其他充填孔观察工作面充填接顶情况，在相邻的排气孔有矸石充填料浆流出后，关闭末端三通阀门，打开前部相邻三通阀门同时关闭对应的截止阀门，继续进行充填，按此方法由充填工艺巷里向充填工艺巷外出口逐步充填，直至整个采巷充填完毕，在充填工艺巷两侧相邻的采巷全部采用上述方法依次充填完成；两侧相邻的采巷充填完成后，将充填工艺巷内的充填主管路全部撤出，在充填工艺巷顶部布置若干pvc充填管路和pvc排气管路，具体布置趟数需根据充填工艺巷长度和料浆流动性确定，布置完成后，采用连采机再次进入充填工艺巷进行二次拉底回采，将充填工艺巷内底部煤炭资源全部采出后，再采用模板对充填工艺巷进行密闭，密闭完成后，通过pvc充填管路对充填工艺巷进行充填；第四步，剩余煤柱回采在充填的充填体达到预定强度后，在两侧充填体支撑条件下，采用连采机将剩余煤柱依次回收完毕。实现整个回采单元煤层的无煤柱开采。
[0005]
所述待采煤柱的宽度为3.5m。
[0006]
所述充填工艺巷顶板比相邻待采煤巷顶板高1-1.5m。
[0007]
所述充填工艺巷首次施工高度为3.3m，便于巷道支护作业和管路布置。
[0008]
所述充填孔和排气孔的角度控制在5
°
，便于充填接顶。
[0009]
所述充填孔的间距为20-30m，充填孔和排气孔的间距为10-15m。
[0010]
所述pvc充填管路之间的出口间距为30m。
[0011]
本发明的有益效果如下：本发明提供一种安全高效的露天煤矿端帮煤充填开采方法，利用露天煤矿剥离废石及胶结材料作为充填材料，以发明的充填开采工艺方法开采露天矿端帮煤炭资源，该工艺方法取消支撑煤柱，实现矿山的无煤柱绿色开采，煤炭资源回收率由原来的40%提高到90%以上；该工艺方法能够严格控制地表沉陷，有效保证地表建筑物、公路及地表水体的安全，避免了地表塌陷、矿柱失稳、矿震等一系列的地质灾害，有效实现资源利用与生态环境的和谐发展。
附图说明
[0012]
图1为本发明的充填工艺巷及采巷布置示意图。
[0013]
图2为本发明的充填工艺巷及采巷掘进施工示意图。
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图3为本发明的充填孔及排气孔布置示意图。
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图4为本发明的充填工艺施工示意图。
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图5为本发明的剩余煤柱回采施工示意图。
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其中：1-待采煤柱；2-待采充填工艺巷煤柱；3-待充填采巷；4-充填工艺巷；5-采巷间隔煤柱；6-采巷充填管路；7-采巷排气孔；8-充填主管路；9-三通阀门；10-采巷密闭；11-截止阀门；12-充填孔；13-顶板岩层；14-底板岩层；15-采巷充填体；16-pvc排气管路；17-pvc充填管路；18-模板密闭；19-二次采巷。
具体实施方式
[0018]
结合附图，对本发明做进一步说明。
[0019]
如图所示，本发明的内容是提供一种安全高效的露天矿端帮煤充填开采方法，利用露天煤矿剥离废石及胶结料作为充填材料，置换开采端帮煤炭资源，提高端帮煤回收率，实现矿山的无煤柱绿色开采，保护生态环境。
[0020]
为实现上述目的，本发明采用的工艺技术方案如下：（1）充填工艺巷及采巷布置将端帮开采区域按照一定间距划分为若干个待采煤柱，以5条煤柱或9条煤柱为一个单元进行充填开采，各煤柱宽度为3.5m左右，区域煤柱单元划分见附图1所示。
[0021]
以每个单元的中间待采煤柱作为充填工艺巷首先进行掘进施工，充填工艺巷内需要有人员进入作业，因此，施工过程中每施工一个步距需对巷道顶板进行锚杆支护，以保证巷道人员出入安全；充填工艺巷顶板需高于相邻待采煤巷顶板1～1.5m。充填工艺巷首次施工高度一般控制在3.3m左右，便于巷道支护作业和管路布置。在充填工艺巷施工完毕后，在工艺巷两侧间隔一个3.5m左右的煤柱宽度分别进行两侧采巷回采，各采巷回采高度根据煤层厚度分一次或两次回采完成，见附图2所示。
[0022]
（2）充填孔及排气孔布置在充填工艺巷内，以巷道两帮距离顶板500mm位置，采用钻机以一定的角度分别向已采煤巷施工充填孔和排气孔，为保证料浆充分接顶，充填孔和排气孔均打设在采巷的顶板上。充填孔和排气孔间距需根据采巷的长度和料浆的流动性确定，相邻充填钻孔的间距一般为20-30m，充填孔和排气孔的间距为10-15m。充填孔和排气孔的布置见附图3所示。
[0023]
（3）充填工艺在充填工艺巷内布置充填管路，充填主管路在每一个充填孔位置布置一个三通阀门和一个截止阀门。三通阀门两通连接充填主管路，一通连接高压软管，高压软管通过充填钻孔进入到充填采巷。充填采巷巷口全部采用模板进行密闭封堵，仅留设一个观察孔，在接顶时将观察孔封堵。
[0024]
充填时由充填工艺巷通过充填钻孔向已采支巷由里向外逐步注浆充填。具体充填步骤是：首先将管路三通阀门和截止阀门全部打开，管路先打水进行润管，润管后打3-5分钟粉煤灰浆，然后开始打矸石充填料浆。在管路末端出口见矸石浆料后立刻关闭末端截止阀门，同时打开末端三通，将矸石料浆放入充填工作面。充填过程中要不断从排气孔和其他充填孔观察工作面充填体接顶情况，在相邻排气孔冒出料浆后，关闭末端三通阀门，打开前部相邻三通阀门同时关闭对应的截止阀，继续进行充填。按此方法由充填巷里向充填巷外出口逐步充填，直至整个采巷充填完毕。在充填工艺巷两侧相邻的四条采巷全部采用上述方法依次充填完成。见附图4所示。
[0025]
两侧相邻四条采巷充填完成后，将充填工艺巷内的充填主管路全部撤出。在充填工艺巷顶部布置若干趟pvc充填管路和pvc排气管路，具体布置趟数需根据充填工艺巷长度和料浆流动性确定，相邻每趟充填管路料浆出口间距一般为30m左右。管路布置完成后采用连采机再次进入充填工艺巷进行二次拉底回采，将充填工艺巷内底部煤炭资源全部采出后再采用模板对充填工艺巷进行密闭。密闭完成后，通过pvc充填管路对充填工艺巷进行充填。
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（4）剩余煤柱回采在充填体达到预定强度后，在两侧充填体支撑条件下，采用连采机将剩余煤柱依次回收完毕。实现整个回采单元煤层的无煤柱开采。见附图5所示。