一种基于耕地保护的矸石和超高水材料充填开采方法

1.本发明属于煤炭充填开采技术领域，具体涉及一种基于耕地保护的矸石和超高水材料充填开采方法。


背景技术：

2.我国“三下”压煤量巨大，采用采空区直接垮落的管理方法会对建筑物、水体、铁路以及耕地农田造成巨大损害。在平原地区，由于地势相对平坦，水位较高，煤炭开采沉陷使得地下水位升高，甚至超过耕作层，直至地表，从而造成农田耕地的正常生产活动无法进行，严重影响农业生产。
3.对于采用超高水材料充填的矿井而言，所有充填材料均需外购，且煤矿生产开采活动产生的废矸堆积成为矸石山，不仅会对环境造成污染，同时也会占用大量耕地资源，污染土壤，破坏农田耕地，对矿区土地资源造成不可逆的损害。
4.对于采用矸石充填的矿井而言，由于矸石具有不同粒径，且充填会有一定程度的压实，故充填效果受影响也较大。同时，不同矿井地质条件以及矸石产量不尽相同，如果单纯采用矸石充填，可能会出现井下矸石充填采空区后无法达到地表耕地复垦等级的要求。


技术实现要素：

5.针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种基于耕地保护的矸石和超高水材料充填开采方法。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.本发明提供一种基于耕地保护的矸石和超高水材料充填开采方法，包括以下步骤：
8.(a)在矿井工业广场建立超高水材料充填泵站，并配备超高水材料充填系统，保证超高水材料(7)的充填持续进行；
9.(b)在矿井下建立矿井矸石充填系统，工作面开采的原煤在井下进行分选，经过分选后的煤炭运送提升至地表，原煤分选产生的矸石及岩巷掘进产生的矸石(8)集中运输至井下矸石仓，经矸石充填系统到达工作面后方采空区回采巷道侧；
10.(c)在采区内掘进轨道上山(1)、运输上山(2)和回风上山(3)，随后掘进充填工作面轨道平巷(4)与充填工作面运输平巷(5)，其中充填工作面轨道平巷(4)与轨道上山(1)相连，充填工作面运输平巷(5)与运输上山(2)相连；
11.(d)在充填工作面轨道平巷(4)与充填工作面运输平巷(5)之间掘进充填工作面开切眼，构成完整的回采工作面的采煤系统；
12.(e)利用采煤系统对工作面进行回采，回采时，利用分选运输来的矸石(8)对回采后的采空区进行覆盖充填，充填时，矸石(8)采用等价采高的方式确定充填高度，充填前在工作面充填支架后方以及工作面后方靠近采空区两巷处采用挡板加柔性隔水布阻隔，之后采用超高水充填材料(7)对充填的矸石(8)之间的空隙进行补充式浇筑充填；
13.(f)重复步骤(e)完成采区的煤层回采。
14.优选地，步骤(e)中，所述矸石(8)采用矸石运输设备(9)运输，所述矸石运输设备(9)铺设于轨道平巷(4)内。
15.优选地，步骤(e)中，所述超高水充填材料(7)采用超高水a料充填管路(10)、超高水b料充填管路(11)输送，所述超高水a料充填管路(10)、超高水b料充填管路(11)铺设于充填工作面运输平巷(5)内。
16.优选地，步骤(e)中的挡板采用折弯板状结构设置，所述挡板通过液压油缸与矸石充填支架固定，挡板前方悬挂柔性隔水布用于阻隔超高水材料进入工作面。
17.优选地，步骤(e)中，在进行采空区进行覆盖充填时，充填的矸石(8)的充填高度满足充填开采过后的地表沉陷小于等于1000mm。
18.本发明的有益效果在于：。
19.本发明针对地面耕地保护，首先利用煤矿产出的矸石对回采工作面后方采空区进行覆盖充填，除粒径太大对运输不利的矸石外，其余矸石无需破碎，直接进行充填，之后对于矸石充填体之间的空隙采用超高水进行补充式浇筑充填，挡板前方悬挂柔性隔水布进一步阻隔超高水材料进入工作面，充填时对矸石采用等价采高确定充填高度，使充填开采过后的耕地地表沉陷尽量保持在1000mm以内，满足耕地ⅲ级保护要求，能够有效控制采空区顶板下沉，从而在开采沉陷影响下保护农田耕地的正常生产活动，从而能够更好的保护土地资源，营造绿色矿山。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明的一种基于耕地保护的矸石和超高水材料充填开采方法步骤c-e示意图；
22.图2是本发明的一种基于耕地保护的矸石和超高水材料充填开采方法工作面剖面示意图；
23.图3是本发明的一种基于耕地保护的矸石和超高水材料充填开采方法地表-地下充填效果示意图；
24.图中，1、轨道上山；2、运输上山；3、回风上山；4、充填工作面轨道平巷；5、充填工作面运输平巷；6、充填工作面；7、超高水材料；8、矸石充填体；9、矸石运输设备；10、超高水a料充填管路；11、超高水b料充填管路；12、下一充填工作面预掘平巷。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.如图1至图3所示，本实施例提供一种基于耕地保护的矸石和超高水材料充填开采方法，包括以下步骤：
27.(a)在矿井工业广场建立超高水材料充填泵站，并配备超高水材料充填系统，保证超高水材料7的充填持续进行；
28.(b)在矿井下建立矿井矸石充填系统，工作面开采的原煤在井下进行分选，经过分选后的煤炭运送提升至地表，原煤分选产生的矸石及岩巷掘进产生的矸石(8)集中运输至井下矸石仓，经矸石充填系统到达工作面后方采空区回采巷道侧；
29.(c)在采区内掘进轨道上山1、运输上山2和回风上山3，随后掘进充填工作面轨道平巷4与充填工作面运输平巷5，其中充填工作面轨道平巷4与轨道上山1相连，充填工作面运输平巷5与运输上山2相连；
30.(d)在充填工作面轨道平巷4与充填工作面运输平巷5之间掘进充填工作面开切眼，构成完整的回采工作面的采煤系统，开切眼作业为本领域技术人员所熟知的现有作业方式，采煤系统为本领域技术人员利用步骤(a)-(c)的设备或结构以及其他本领域技术人员所熟知的现有设备或结构采用本领域技术人员所熟知的现有方式构建，在此不做详细描述；
31.(e)利用步骤(d)的采煤系统对工作面进行回采，回采时，利用分选运输来的矸石(8)对回采后的采空区进行覆盖充填，充填时，矸石8采用等价采高的方式确定充填高度，在进行采空区进行覆盖充填时，充填的矸石8的充填高度满足充填开采过后的地表沉陷小于等于1000mm，满足耕地ⅲ级保护要求；充填前在工作面充填支架后方以及工作面后方靠近采空区两巷处采用挡板加柔性隔水布阻隔，挡板采用折弯板状结构设置，所述挡板通过液压油缸与矸石充填支架固定，挡板前方悬挂柔性隔水布用于阻隔超高水材料进入工作面；之后采用超高水充填材料7对充填的矸石8之间的空隙进行补充式浇筑充填，所述超高水充填材料7采用超高水a料充填管路10、超高水b料充填管路11输送，所述超高水a料充填管路10、超高水b料充填管路11铺设于充填工作面运输平巷5内；所述矸石8采用矸石运输设备9运输，所述矸石运输设备9铺设于轨道平巷4内；
32.(f)重复步骤(e)完成采区的煤层回采。
33.本实施例的超高水材料充填系统、矸石充填系统为本领域技术人员所熟知的现有技术，在此不再作详细介绍；本实施例的超高水材料7为本领域技术人员所熟知的现有材料，在此不作具体介绍；本实例的挡板为折弯板状结构，所述挡板通过液压油缸与矸石充填支架固定，挡板前方悬挂柔性隔水布能够进一步阻隔超高水材料进入工作面；本实例的挡板、柔性隔水布、液压油缸、矸石充填支架采用本领域技术人员所熟知的现有产品或结构，其相互之间的连接方式也采用本领域技术人员所熟知的连接方式，在此不再作具体描述。
34.图2所示的基本顶、直接顶、煤壁为本领域人员说熟知的截面结构，在此不作具体描述。
35.本实施例首先利用煤矿产出的矸石对回采工作面后方采空区进行覆盖充填，除粒径太大对运输不利的矸石外，其余矸石无需破碎，直接进行充填，之后对于矸石充填体之间的空隙采用超高水进行补充式浇筑充填，充填时对矸石采用等价采高确定充填高度，使充填开采过后的耕地地表沉陷尽量保持在1000mm以内，满足耕地ⅲ级保护要求，即耕地破坏情况为：受到一定的影响，但经一般修复后便可复耕；采用挡板加柔性隔水布进行工作面与
采空区充填体以及采空区两侧的阻隔，对于采空区的矸石充填体的空隙采用超高水材料进行补充式浇筑充填，能够增强充填体强度，减少顶板下沉，缓减地表沉陷，保护耕地农田与水土资源；能够在开采沉陷影响下保护农田耕地的正常生产活动，从而能够更好的保护土地资源，营造绿色矿山。
36.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。