一種上行分層開(kāi)采特厚、巨厚煤層的采煤方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種上行分層開(kāi)采特厚、巨厚煤層的采煤方法，屬于煤礦開(kāi)采領(lǐng)域。該方法包括對(duì)首先對(duì)特厚、巨厚煤層進(jìn)行合理劃分，然后分別對(duì)下分層工作面進(jìn)行開(kāi)采與充填、充填效果及頂板運(yùn)移進(jìn)行分析，最后逐步向上開(kāi)采各分層，直至完成所有分層的充填開(kāi)采。本發(fā)明方法具有低下沉量、資源利用率高、對(duì)地表形態(tài)影響較小等特點(diǎn)，同時(shí)能夠有效的控制煤層自然發(fā)火、瓦斯涌出等災(zāi)害的威脅，對(duì)“三下”或者需要進(jìn)行地面保護(hù)的特厚、巨厚煤層的高效開(kāi)采具有重要的指導(dǎo)意義，實(shí)現(xiàn)了礦井的可持續(xù)發(fā)展和綠色開(kāi)采。
【專利說(shuō)明】—種上行分層開(kāi)采特厚、巨厚煤層的采煤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦開(kāi)采領(lǐng)域，具體涉及一種上行分層開(kāi)采特厚、巨厚煤層的采煤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)侏羅紀(jì)煤層儲(chǔ)量的逐漸減少，其下部的石炭系厚、特厚及巨厚煤層所占的開(kāi)采比例越來(lái)越大。目前針對(duì)厚煤層，有大采高一次采全厚綜采采煤方法、傾斜分層鋪網(wǎng)下行垮落法開(kāi)采和綜采放頂煤開(kāi)采方法，上述幾種采煤方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和試用范圍，但是針對(duì)厚煤層開(kāi)采，有如下缺點(diǎn)和不適用性:大采高一次采全厚綜采采煤方法適用于小于5m的煤層；傾斜分層下行垮落采煤方法回采率較低，且容易造成自然發(fā)火等隱患；綜采放頂煤開(kāi)采方法時(shí)在頂板、瓦斯和自然發(fā)火管理上有較大困難。
[0003]目前所采用的上行開(kāi)采是針對(duì)近距離煤層群而言，已經(jīng)試驗(yàn)過(guò)的厚煤層分層恒底式上行順序采煤方法存在頂板破碎、礦壓顯現(xiàn)劇烈、極易冒頂?shù)葐?wèn)題，應(yīng)用較為局限，尚沒(méi)有其它適用性廣泛的單一厚煤層的上行開(kāi)采技術(shù)。
[0004]目前我國(guó)煤礦“三下”(建筑物下、水體下、鐵路下)的壓煤量超過(guò)百億噸，隨著城市建設(shè)、工業(yè)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，“三下”壓煤，特別是建筑物下壓煤會(huì)逐漸增多，不僅制約礦井產(chǎn)能的提升，而且容易造成低回采率和資源浪費(fèi)，有違可持續(xù)發(fā)展和綠色開(kāi)采的目標(biāo)和理念。充填開(kāi)采技術(shù)能夠有效的提高煤炭資源的利用率，同時(shí)有效的減少因煤炭開(kāi)采引發(fā)的二次污染和災(zāi)害。目前煤礦常用的充填開(kāi)米技術(shù)有覆巖尚層注衆(zhòng)充填技術(shù)、砰石機(jī)械化充填技術(shù)、(似)膏體充填技術(shù)、(超)高水充填技術(shù)等。上述充填開(kāi)采技術(shù)因施工工藝、投資成本等的不同，在降低地表下沉量方面有不同的控制效果，(似)膏體充填技術(shù)盡管充填材料成本較高，初期投資較大，工藝復(fù)雜，但充填密實(shí)度高，減沉效果好，得到礦區(qū)的普遍認(rèn)同。山東濟(jì)北礦區(qū)采用膏體泵送充填技術(shù)回收遺留條帶煤柱，充填充實(shí)率達(dá)到95%以上，充填體早期強(qiáng)度高，壓縮率僅為3%~5%，地表下沉系數(shù)達(dá)到0.05~0.1。
[0005]因此，急需一種適合“三下”特厚(3.5~8.0m)、巨厚煤層(≥8.0m)的開(kāi)采方法，以減小地表下沉量，節(jié)約成本同時(shí)提高資源利用率，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展和綠色開(kāi)采的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種上行分層開(kāi)采特厚、巨厚煤層的采煤方法，以保證“三下”或者需要地面保護(hù)的特厚、巨厚煤層的開(kāi)采，提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)礦井的綠色開(kāi)采。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案包括:
[0008]一種上行分層開(kāi)采特厚、巨厚煤層的采煤方法，包括以下步驟:
[0009]a.對(duì)特厚、巨厚煤層進(jìn)行合理劃分:
[0010]首先對(duì)所采厚煤層進(jìn)行頂?shù)装?、煤層參?shù)分析，根據(jù)充填支架的參數(shù)將其劃分為若干個(gè)分層，劃分完成后，對(duì)各分層開(kāi)米時(shí)間進(jìn)行劃分；[0011]b.對(duì)下分層工作面進(jìn)行開(kāi)采與充填:
[0012]工作面采煤工作完成后，將支架前移，架后支撐板保持水平，支撐住架后頂板；
[0013]壓實(shí)機(jī)械手帶動(dòng)充填擋板緊貼支架，將泵送高強(qiáng)度充填體接口與泵送系統(tǒng)相連，向采空區(qū)注入充填體；
[0014]待充填體充填完畢后，壓實(shí)機(jī)械手向后推進(jìn)，將充填體壓實(shí)并始終保持一定的工作壓力；
[0015]支架再次前移后，打開(kāi)數(shù)個(gè)充填擋板，進(jìn)行位移及應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)的安裝，安裝完畢后重新裝好充填擋板，進(jìn)行下一輪充填工作；
[0016]c.充填效果及頂板運(yùn)移分析:
[0017]下分層自切眼回采后持續(xù)進(jìn)行頂?shù)装逦灰萍皯?yīng)力的監(jiān)測(cè)，分析下分層頂?shù)装暹\(yùn)移規(guī)律及充填材料的變形特征，確定頂?shù)装暹\(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定時(shí)間；
[0018]對(duì)頂板運(yùn)移情況進(jìn)行分析，當(dāng)頂?shù)装暹\(yùn)移較小且上覆煤巖體穩(wěn)定之后，進(jìn)行上分層工作面的掘進(jìn)；
[0019]上下分層之間留有一定厚度的煤，在順槽和切眼的掘進(jìn)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)下分層頂?shù)装逦灰萍皯?yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，同時(shí)觀測(cè)上分層巷道的頂?shù)装逡平?、兩幫變形量和?yīng)力變化情況；
[0020]d.逐步向上開(kāi)采各分層:
[0021]按照步驟a中煤層的劃分情況，待下一分層穩(wěn)定后，重復(fù)步驟c、d逐步向上開(kāi)采上面各分層，直至完成所有分層的充填開(kāi)采。
[0022]本發(fā)明所帶來(lái)的有益技術(shù)效果:
[0023]本發(fā)明首先對(duì)特厚、巨厚煤層進(jìn)行合理劃分，結(jié)合礦井或者采區(qū)的采掘計(jì)劃進(jìn)行各分層開(kāi)采時(shí)間的合理規(guī)劃，其次進(jìn)行下分層工作面的開(kāi)采與充填，同時(shí)布置相應(yīng)的頂?shù)装逦灰萍皯?yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)，持續(xù)監(jiān)測(cè)頂?shù)装宓倪\(yùn)移規(guī)律，然后根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析下分層頂?shù)装暹\(yùn)移規(guī)律及充填材料的變形特征，確定頂?shù)装暹\(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定時(shí)間，對(duì)頂板運(yùn)移評(píng)價(jià)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后進(jìn)行上分層工作面的掘進(jìn)與回采工作，最后逐步向上開(kāi)采各分層，最終將煤層全部采出。
[0024]本發(fā)明是基于高強(qiáng)度充填體技術(shù)和充填效果監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行的特厚、巨厚煤層采煤方法的技術(shù)革新，具有低下沉量、資源利用率高、對(duì)地表形態(tài)影響較小等特點(diǎn)，同時(shí)能夠有效的控制煤層自然發(fā)火、瓦斯涌出等災(zāi)害的威脅，對(duì)“三下”或者需要進(jìn)行地面保護(hù)的特厚、巨厚煤層的高效開(kāi)采具有重要的指導(dǎo)意義，實(shí)現(xiàn)了礦井的可持續(xù)發(fā)展和綠色開(kāi)采。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步清楚、完整的說(shuō)明:
[0026]圖1為本發(fā)明煤層劃分示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明充填支架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明應(yīng)力及位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖；
[0029]圖4為本發(fā)明應(yīng)力及位移監(jiān)測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0030]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步清楚、完整的說(shuō)明。
[0031]本發(fā)明首先對(duì)特厚、巨厚煤層進(jìn)行合理劃分，結(jié)合礦井或者采區(qū)的采掘計(jì)劃進(jìn)行各分層開(kāi)采時(shí)間的合理規(guī)劃，其次進(jìn)行下分層工作面的開(kāi)采與充填，同時(shí)布置相應(yīng)的頂?shù)装逦灰萍皯?yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)，持續(xù)監(jiān)測(cè)頂?shù)装宓倪\(yùn)移規(guī)律，然后根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析下分層頂?shù)装暹\(yùn)移規(guī)律及充填材料的變形特征，確定頂?shù)装暹\(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定時(shí)間，對(duì)頂板運(yùn)移評(píng)價(jià)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后進(jìn)行上分層工作面的掘進(jìn)與回采工作，最后按照設(shè)計(jì)逐步向上進(jìn)行各分層的開(kāi)采，最終將煤層全部采出。
[0032]本發(fā)明以某一巨厚煤層為例，進(jìn)行如下說(shuō)明:
[0033]( I)對(duì)特厚、巨厚煤層進(jìn)行合理劃分
[0034]首先對(duì)所采厚煤層進(jìn)行頂?shù)装濉⒚簩訁?shù)等進(jìn)行分析，當(dāng)煤層底板和煤層硬度均為中硬以上時(shí)，方可采用本方法，對(duì)于底板為軟巖或者煤層較軟時(shí)支護(hù)成本過(guò)高且難以保證上分層的安全回采，針對(duì)本方法設(shè)計(jì)的充填支架，其設(shè)計(jì)高度為3m，根據(jù)充填支架的參數(shù)將特厚、巨厚煤層劃分為若干分層，同時(shí)，上下分層之間留有一定厚度的煤，以有效保證上分層工作面底板的完整性；
[0035]由于下分層開(kāi)采結(jié)束后需要一定的穩(wěn)定時(shí)間方能進(jìn)行上分層的掘進(jìn)與回采工作，因此需要結(jié)合礦井或者采區(qū)的采掘計(jì)劃和部署，進(jìn)行各分層開(kāi)采時(shí)間的初步規(guī)劃，以便夠在給各分層留有足夠穩(wěn)定時(shí)間的前提下，保證礦井的有效接續(xù)；
[0036]假設(shè)某一巨厚煤層厚度為M，上方有大量的民用建筑和工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，經(jīng)分析，其底板和煤質(zhì)均較為堅(jiān)硬，適用于本采煤方法。依據(jù)充填支架的參數(shù)，設(shè)計(jì)將其劃分為三個(gè)分層，分別為Hi1, m2, Hl3分層，厚度均為A，初步確定各分層間距為B，劃分示意圖如圖1所示；
[0037]實(shí)際進(jìn)行回采時(shí)，Hi1分層采高按照A進(jìn)行回采，m2, m3分層采高及分層間距B根據(jù)下述步驟(3)進(jìn)行修正和調(diào)整；
[0038](2)對(duì)下層工作面進(jìn)行開(kāi)采與充填
[0039]采用設(shè)計(jì)的充填支架進(jìn)行下分層工作面的回采，充填支架結(jié)構(gòu)如圖2所示，充填支架包括充填擋板1、壓實(shí)機(jī)械手2、架后支撐板3、泵送高強(qiáng)度充填體接口 4、千斤頂5、支架底座6、支柱7、刮板輸送機(jī)8、采煤機(jī)9、支架頂梁10和支架伸縮梁11，進(jìn)行充填工作時(shí)，為了能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)頂?shù)装宓倪\(yùn)移情況和充填效果，在高強(qiáng)度充填體內(nèi)部布置若干頂?shù)装逦灰萍皯?yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)。
[0040]現(xiàn)結(jié)合圖2對(duì)充填支架工作進(jìn)行如下說(shuō)明:
[0041]①工作面采煤工作完成后，支架前移，架后支撐板保持水平，支撐住架后頂板；
[0042]②壓實(shí)機(jī)械手帶動(dòng)充填擋板緊貼支架，將泵送高強(qiáng)度充填體接口與泵送系統(tǒng)相連，開(kāi)始向采空區(qū)注入高強(qiáng)度充填體；
[0043]③待高強(qiáng)度充填體充填完畢后，壓實(shí)機(jī)械手向后推進(jìn)，將高強(qiáng)度充填體壓實(shí)并始終保持一定的工作壓力；
[0044]④支架再次前移后，打開(kāi)數(shù)個(gè)充填擋板，按照如圖3所示位置進(jìn)行位移及應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)的安裝，安裝完畢后重新裝好充填擋板，進(jìn)行下一輪充填工作，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)組成示意圖如圖4所示，包括應(yīng)力及位移監(jiān)測(cè)器12、頂?shù)装逋斜P13、支柱14和數(shù)據(jù)傳輸線15 ;
[0045]為了保護(hù)工作面頂板的穩(wěn)定性，充填工作要在頂板來(lái)壓之前進(jìn)行，以采用“三八”制生產(chǎn)的工作面為例，在正常回采時(shí)期，安排兩班進(jìn)行生產(chǎn)，僅在一班進(jìn)行充填工作；當(dāng)工作面遇到斷層等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，為了防止在充填之前頂板垮落，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整充填時(shí)間；
[0046]( 3 )充填效果及頂板運(yùn)移評(píng)價(jià)
[0047]下分層Hi1自切眼回采后持續(xù)進(jìn)行頂?shù)装逦灰萍皯?yīng)力的監(jiān)測(cè)，分析下分層頂?shù)装暹\(yùn)移規(guī)律及充填材料的變形特征，確定頂?shù)装暹\(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定時(shí)間t，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到頂板的下沉量進(jìn)行充填效果及頂?shù)装暹\(yùn)移評(píng)價(jià)，進(jìn)一步分析步驟(I)中確定的各分層間距B是否合理，能否滿足m2分層安全掘進(jìn)和回采的需要，當(dāng)頂?shù)装暹\(yùn)移較小且工作面上覆煤巖體穩(wěn)定時(shí)間均大于t之后，按照采掘接續(xù)計(jì)劃進(jìn)行上分層Hl2工作面的掘進(jìn)工作；
[0048]在順槽、切眼的掘進(jìn)中及工作面的回采時(shí)，要時(shí)刻監(jiān)測(cè)下分層m1、m2采空區(qū)充填體重頂?shù)装逦灰萍皯?yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同時(shí)觀測(cè)上分層Hl2巷道的頂?shù)装逡平?、兩幫變形量和?yīng)力變化情況，當(dāng)個(gè)別區(qū)域出現(xiàn)變形量增大，壓力集中時(shí)分析其原因，采用打鉆注漿等手段加強(qiáng)支護(hù)；
[0049](4)逐步向上開(kāi)采各分層
[0050]根據(jù)(I)中的煤層劃分和設(shè)計(jì)，待Hi1,分層穩(wěn)定后，向上開(kāi)采m3分層。在進(jìn)行m3分層底板下沉量的觀測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)計(jì)算％、Hl2分層的總下沉量，以便對(duì)開(kāi)采的合理性、安全性作出重新評(píng)估，并為修正層間距B提供依據(jù)和參考。
【權(quán)利要求】
1.一種上行分層開(kāi)采特厚、巨厚煤層的采煤方法，其特征在于，包括以下步驟: a.對(duì)特厚、巨厚煤層進(jìn)行合理劃分: 首先對(duì)所采厚煤層進(jìn)行頂?shù)装濉⒚簩訁?shù)分析，根據(jù)充填支架的參數(shù)將其劃分為若干個(gè)分層，劃分完成后，對(duì)各分層開(kāi)采時(shí)間進(jìn)行劃分； b.對(duì)下分層工作面進(jìn)行開(kāi)采與充填: 采用充填支架進(jìn)行下分層工作面的回采，待工作面采煤工作完成后，將支架前移，架后支撐板保持水平，支撐住架后頂板； 壓實(shí)機(jī)械手帶動(dòng)充填擋板緊貼支架，將泵送充填體接口與泵送系統(tǒng)相連，向采空區(qū)注入充填體； 待充填體充填完畢后，壓實(shí)機(jī)械手向后推進(jìn)，將充填體壓實(shí)并始終保持一定的工作壓力； 支架再次前移后，打開(kāi)數(shù)個(gè)充填擋板，進(jìn)行位移及應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)的安裝，安裝完畢后重新裝好充填擋板，進(jìn)行下一輪充填工作； c.充填效果及頂板運(yùn)移分析: 下分層自切眼回采后持續(xù)進(jìn)行頂?shù)装逦灰萍皯?yīng)力的監(jiān)測(cè)，分析下分層頂?shù)装暹\(yùn)移規(guī)律及充填材料的變形特征，確定頂?shù)装暹\(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定時(shí)間； 對(duì)頂板運(yùn)移情況進(jìn)行分析，當(dāng)頂?shù)装暹\(yùn)移較小且上覆煤巖體穩(wěn)定之后，進(jìn)行上分層工作面的掘進(jìn)； 上下分層之間留有一定厚度的煤，在順槽和切眼的掘進(jìn)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)下分層頂?shù)装逦灰萍皯?yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，同時(shí)觀測(cè)上分層巷道的頂?shù)装逡平?、兩幫變形量和?yīng)力變化情況； d.逐步向上開(kāi)采各分層: 按照步驟a中煤層的劃分情況，待下一分層穩(wěn)定后，重復(fù)步驟c、d逐步向上開(kāi)采上面各分層，直至完成所有分層的充填開(kāi)采。
【文檔編號(hào)】E21C41/18GK103726846SQ201410016894
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】王剛, 程衛(wèi)民, 孫路路, 周剛, 陳連軍, 張孝強(qiáng), 王海洋, 黃啟銘, 顏國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)