全负压连采连充分步置换“三下”采煤法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿井采煤方法。
【背景技术】
[0002]据不完全统计，我国生产矿井“三下”压煤量达143亿吨，“三下”压煤指城镇、工业建筑物、铁路等建筑物下有需要开采的煤炭，所以在城镇、工业建筑物、铁路、水体等建筑物下开采煤炭属于特殊开采，简称“三下”采煤。为了保护城镇、工业建筑物、铁路等建筑物的生态环境，防止“三下”采空区顶板下沉，一般采用充填法管理顶板，将井下掘进矸石充填到采空区。
[0003]从我国充填实践来看，充填方法有巷柱式方法和长壁式充填方法；从充填材料有原生矸充填和似膏体充填。如河北金牛能源股份有限公司邢东矿巷柱式矸石充填，榆林市榆阳区巷柱式放顶煤充填开采，新汶矿区孙村煤矿采用的似膏体充填，泉沟煤矿采用的炮采矸石充填，济宁太平矿膏体充填，翟镇煤矿的综采支架矸石充填等。
[0004]这些充填开采方法都取得了一定效果，但也存在一些不足。例如，巷柱式充填法无法形成全负压通风系统安全性差、煤炭回收率低、；长臂工作面充填开采时，充填和生产相互影响、充填材料不足、跑浆威胁工作面、占用综采充填支架设备多，生产效率低等问题。
【发明内容】
[0005]为了实现“三下”采煤的地表不变形、开采效率高、充填成本低的目的，本发明提出一种全负压连采连充分步置换“三下”采煤法。
[0006]一种全负压连采连充分步置换“三下”采煤法，步骤如下:
[0007]第一步，布置工作面
[0008]首先在“三下”区段按照常规的采区布置方法，掘进出运输上山巷道和回风上山巷道，按照工作面SO-1OOm的长度确定出运输顺槽和回风顺槽的位置；在运输上山巷道中沿工作面走向掘进运输顺槽，在回风上山巷道中沿工作面走向掘进回风顺槽，在采区边部掘进切眼；形成该采煤区段的上行式全负压通风系统；
[0009]再将整个采煤区段划分若干个生产单元，从采区边部开始由里向外依次为一单元、二单元……，每个生产单元由3个支巷工作面组成，由里向外依次为第一支巷、第二支巷、第三支巷，支巷将运输顺槽和回风顺槽贯通；每条支巷宽度定为5m，两条支巷之间留设5m宽度煤柱；
[0010]第二步，确定开采顺序
[0011]开采顺序采用跳采方式，即先从一单元开始、按照一单元、三单元、五单元......依次类推，然后再从二单元开始，按照二单元、四单元、六单元.....、依次类推；
[0012]第三步，生产单元的开采
[0013]第3.1步、布置运输设备，在运输顺槽中布置煤炭胶带输送机，在回风顺槽布置矸石皮带机；
[0014]第3.2步、首先将每个支巷分成上、下两个分层；采用EBZ160型掘进机掘进第一支巷的上分层，掘进下来的煤炭用可弯曲胶带输送机运输转载至顺槽巷道，由煤炭胶带输送机转入矿井运输系统；边掘进边进行支护；顶板采用高强锚杆和锚索支护，两帮采用木锚杆或/和玻璃钢锚杆并且挂网支护；
[0015]第3.3步、一单元第一支巷上分层掘进完成后，转至第二支巷的上分层继续进行掘进；
[0016]同时采用连采机对第一支巷下分层进行后退式卧底回采，回采下来的煤炭用可弯曲胶带输送机运输转载至顺槽巷道，由煤炭胶带输送机转入矿井运输系统；
[0017]边回采边对两帮部进行支护，支护方式仍然采用木锚杆/玻璃钢锚杆并且挂网支护；
[0018]第3.4步、一单元第一支巷下分层回采完成后，同时，第二支巷的上分层完成掘进；此时，再转至第三支巷的上分层进行掘进；
[0019]同时，对第二支巷的下分层进行后退式卧底回采，边回采边对两帮部进行支护；
[0020]同时，对回采完成后的第一支巷充填矸石和似膏体，从而支撑住采空的巷道顶板，此时，在一单元的三条支巷内同时进行掘进、回采、充填工作，实现平行作业；
[0021]所述的矸石和和似膏体的具体充填方法为:
[0022](I)、在支巷的下开口构筑砖石封闭门，将下开口封闭，并用钢管混凝土墩柱加强支护；
[0023](2)、在回风顺槽布置矸石皮带机，将来自井下缓冲矸石仓的矸石转运至待充支巷的上开口处；
[0024](3)、从支巷的上开口进入支巷中，采用抛矸机对支巷进行矸石充填；先由外向里采用前进式充填下分层，再由里向外采用后退式充填下分层；
[0025](4)、按照水:水泥:粉煤灰按1:1:4的比例配制似膏体，经搅拌机搅拌均匀后用充填泵和3寸钢管向矸石缝隙充填，并使似膏体接触到顶板，保证充填体的初撑力；
[0026](5)、最后以构筑砖石封闭门的形式将支巷的上开口封闭。
[0027]第四步，正规循环作业
[0028]—单元第三支巷的上分层掘进完成后，转至三单元第一支巷掘进；
[0029]同时，一单元第二支巷的下分层回采完成，转至第三支巷的下分层回采；
[0030]同时，一单元第一支巷充填完成，转至第二支巷充填矸石和似膏体；
[0031]以此类推，按照第二步确定的开采顺序进行，至整个区段的生产单元回采、充填完毕；
[0032]第五步，待顶板压力稳定后，再采用连采机由里向外依次回采留设的煤柱；在回收煤柱过程中，根据井下矿压观测和地表移动观测的结果，确定是否对回收煤柱后形成的采空巷道进行充填，如果需要充填，按照上述第3.4步中矸石和似膏体的具体充填方法进行。
[0033]本发明的积极效果是:
[0034]1、从整个技术方案看出，本发明首先方出工作面，实现全负压通风，再分成若干生产单元和支巷，采用连采机进行支巷上分层掘进支护、采用连采机进行支巷下分层回采出煤、采用充填保护煤柱、留设煤柱支撑顶板；待充填形成一定的支撑力时再进行二次回收煤柱、实行完全不垮落法管理，确保生态环境不受破坏；
[0035]2、本发明从空间上将掘、采、充三个工序分布到不同支巷，进行了有效隔离、互不影响、安全程度大大提升；采用充填矸石胶带输送机和抛矸机在回采完毕后的支巷内充填，实现采充平行作业；运煤系统和充填系统分别为两套单独的系统，运煤系统负责回采支巷的煤炭运输；充填系统负责回采完毕后支巷的充填物料的运输，两套系统互不影响，分工明确，平行作业，提高了运煤和充填的工作效率；总之，掘、采、充全部同时并行作业和机械化连续作业，大大提高了生产能力；3、由于采用这种生产方式，工作面实现了区段之间的无煤柱开采，上一区段工作面的运输顺槽即可保留为下一区段工作面的回风顺槽，下一区段只需要掘进一条运输顺槽和切眼即可形成工作面，最终实现无残余煤柱开采，资源回收率尚;
[0036]4、生产系统简单、设备占用少，人员占用少、人工效率高，生产管理简单、安全程度尚O
【附图说明】
[0037]图1是实施例的平面布置示意图；
[0038]图2是实施例的掘进第一支巷上分层的示意图；
[0039]图3是实施例一单元的平行作业示意图；
[0040]图4是实施例的支巷支护示意图。
【具体实施方式】
[0041]—种全负压连采连充分步置换“三下”采煤法，如图1所示步骤如下:
[0042]第一步，布置工作面
[0043]如图1所示，首先在“三下”采煤区段4按照常规的采区布置方法，掘进出运输上山巷道2和回风上山巷道1，按照工作面SO-1OOm的长度确定出运输顺槽10和回风顺槽3的位置；在运输上山巷道2中沿工作面走向掘进运输顺槽10，在回风上山巷道I中沿工作面走向掘进回风顺槽3，在“三下”采煤区段4边部掘进切眼5 ;形成该采煤区段的上行式全负压通风系统；
[0044]再将整个“三下”采煤区段4划分若干个生产单元，从区段边部开始由里向外依次为一单元、二单元.....，每个生产单元由3个支巷工作面组成，由里向外依次为第一支巷
6、第二支巷7、第三支巷8，支巷将运输顺槽10和回风顺槽3贯通，每条支巷宽度定为5m，两条支巷之间留设5m宽度煤柱9 ；
[0045]第二步，确定开采顺序
[0046]开采顺序采用跳采方式，即先从一单元开始、按照一单元、三单元、五单元......依次类推，然后再从二单元开始，按照二单元、四单元、六单元.....、依次类推；
[0047]第三步，生产单元的开采
[0048]第3.1步、布置运输设备，在运输顺槽10中布置煤炭胶带输送机13，在回风顺槽3布置矸石皮带机16 ；
[0049]第3.2步、如图2所示，首先将每个支巷分成上、下两个分层；采用EBZ160