特厚煤層綜放開采回收上部殘煤并回填采空區(qū)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種綠色高效回收殘煤的方法，具體是一種特厚煤層綜放開采回收上 部殘煤并回填采空區(qū)的方法，屬于煤礦開采領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，煤炭資源有限性與資源需求無限性這一矛盾日益顯著，殘煤復(fù)采成為新 的課題。由歷史原因形成的殘煤大致包括整層的棄采煤層和具有可觀經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的殘留煤 柱，這兩大類型殘煤的復(fù)采成為重點(diǎn)研宄對(duì)象，但受技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)因素的限制，殘煤復(fù)采 仍處于攻關(guān)階段。
[0003] 隨著綜合機(jī)械化放頂煤技術(shù)的不斷革新，厚度超過20m的特厚煤層一次性采出成 為可能，并得到廣泛應(yīng)用。一方面，由于煤層采出厚度大，頂板巖層垮落范圍也較大，其勢(shì)必 引起較嚴(yán)重的地表沉陷；另一方面，特厚煤層上方一定范圍往往存在大量的殘留煤層，頂板 的大范圍垮落使上部殘煤被放落至下部工作面成為可能，生產(chǎn)實(shí)踐中也出現(xiàn)過下部特厚煤 層放頂后將上部煤層放出的現(xiàn)象。因此，利用特厚煤層綜放開采覆巖垮落范圍大的特點(diǎn)回 收上部殘留煤層成為殘煤復(fù)采的一條新途徑，但這種方法又將面臨上部煤層被放下后的煤 矸分選等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種特厚煤層綜放開采回收上部殘煤并回填采空區(qū)的方法，巧妙地 利用特厚煤層綜放開采的特點(diǎn)回收上部殘煤的同時(shí)，運(yùn)用井下煤矸分選裝置直接將煤炭資 源回收，同時(shí)依靠充填支架將分離后的矸石和巷道開拓過程產(chǎn)生的矸石回填到采空區(qū)。這 樣，既有效回收了殘留的煤炭資源，又避免了矸石運(yùn)送到地面造成的環(huán)境污染，還有效地解 決了地表沉陷問題。
[0005] 本發(fā)明是一種確定垮落帶高度為前提，結(jié)合復(fù)采上部棄煤或殘煤，井下初步分選 和矸石回填采空區(qū)的綠色高效回收殘煤的方法。針對(duì)特厚煤層，將回收上部殘煤、井下煤矸 分選、矸石回填采空區(qū)結(jié)合在一起。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種特厚煤層綜放開采回收上部殘煤并回填采空區(qū)的方法，包括以下步驟：
[0008] A.基于特厚煤層綜放工作面采高、煤巖層物理力學(xué)特性及上部殘煤與下部工作面 間距，對(duì)殘煤可回收性進(jìn)行判定；
[0009] B.對(duì)判定后具備可回收性的殘煤所在區(qū)域進(jìn)行可回收的安全性評(píng)價(jià)，主要考慮殘 煤區(qū)瓦斯和水的富集狀況；
[0010] C.對(duì)于可安全回收的上部殘煤，在下部工作面頂煤正?；厥涨疤嵯拢锰睾衩?層綜放開采將殘煤及層間巖層從充填采煤液壓支架落煤口落下，并利用井下光學(xué)式煤矸分 選裝置對(duì)煤矸進(jìn)行初步分選；
[0011] D.經(jīng)過初步分選后，將煤通過刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至地面選煤廠進(jìn)行二次分選，同時(shí)使 用充填采煤液壓支架將落下矸石和巖石退至后方支架保護(hù)范圍內(nèi)的采空區(qū)進(jìn)行充填。
[0012] 上述方法中，所述步驟A中的上部殘煤可回收性是依據(jù)殘煤是否處于下部特厚煤 層綜放開采的冒落帶來判定；其中，特厚煤層綜放開采的冒落帶可由以下公式確定：
[0013]
[0014] 式中：M為累計(jì)采高，單位m ;
[0015] a，b為常數(shù)，通過最小二乘法擬合確定；
[0016] q為修正常數(shù)；
[0017] 根據(jù)采空區(qū)上覆巖層的巖性，將上覆巖層分為：堅(jiān)硬、中硬、軟弱和極軟弱四種情 況；根據(jù)大量觀測(cè)數(shù)據(jù)通過擬合給出不同巖層狀況下a、b及修正常數(shù)q的值：
[0018] ①上覆巖層為堅(jiān)硬時(shí)，a = 2. 1，b = 16, q = 2. 5 ;
[0019] ②上覆巖層為中硬時(shí)，a = 24. 7, b = 19, q = 2· 2 ;
[0020] ③上覆巖層為軟弱時(shí)，a = 3· 2, b = 32, q = I. 5 ;
[0021] ④上覆巖層為極軟弱時(shí)，a = 7· 0, b = 63, q = I. 2。
[0022] 上述方法中，所述步驟B中，對(duì)判定后具備可回收性的殘煤所在區(qū)域進(jìn)行可回收 的安全性評(píng)價(jià)，其目的是探明上部采空區(qū)的具體位置與深度，探明采空區(qū)內(nèi)瓦斯與水的富 集情況，具體方法是采取瞬變電磁法、測(cè)氡法、鉆探方法的結(jié)合使用。
[0023] 上述方法中，所述步驟C中的井下光學(xué)式煤矸分選裝置為光學(xué)式井下煤矸分離裝 置，該裝置由破碎機(jī)、光學(xué)分選裝置和風(fēng)機(jī)組成。其優(yōu)點(diǎn)為成本低，低消耗，節(jié)省了水資源， 使用壽命長(zhǎng)，機(jī)身可適應(yīng)井下狹窄的環(huán)境。
[0024] 上述方法中，所述步驟C中的支架是指充填采煤液壓支架，該支架包括落煤口、頂 梁、底座、立柱、推壓板，所述推壓板位于支架一側(cè)，井下分選裝置位于支架內(nèi)部，固定于頂 梁與底座之間，刮板運(yùn)輸機(jī)位于底座之上。
[0025] 本發(fā)明提供的特厚煤層綜放開采回收上部殘煤并回填采空區(qū)的方法，與現(xiàn)有技術(shù) 相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)與積極效果：
[0026] (1)提高了殘留底煤的回采率，解放了永久呆滯儲(chǔ)量，充分挖掘并釋放了資源潛 力，提高了經(jīng)濟(jì)效益，緩解了企業(yè)壓力，延長(zhǎng)礦井及整個(gè)礦區(qū)的壽命。
[0027] (2)有效地防治了矸石山堆積的占地和環(huán)境污染問題，控制地表變形，減少地表下 沉對(duì)面建筑物（構(gòu)筑物）的影響。
【附圖說明】
[0028] 圖1是特厚煤層工作面推進(jìn)示意圖。
[0029] 圖2是充填采煤液壓支架。
[0030] 圖中1為整層棄煤，2為殘留煤柱，3為層間巖層，4為特厚煤層，5為充填采煤液壓 支架，6為落煤口，7為井下光學(xué)式煤矸分選裝置，8為刮板運(yùn)輸機(jī)，9為推壓板，10為頂梁，11 為底座，12為立柱；M是特厚煤層厚度，h 2為特厚煤層工作面高度，h i為放頂煤高度，h 3為兩 層煤之間夾層厚度，h4為上部殘煤或棄煤厚度，H是特厚煤層工作面冒落帶高度。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0032] 實(shí)施例1 :
[0033] 如圖1、圖2所示，上部薄煤層可能出現(xiàn)的兩種情形為：整層棄煤1或殘留煤柱2， 上部薄煤層下方為層間巖層3,層間巖層3為特厚煤層4, M為特厚煤層工作面高度，H為通 過上述公式計(jì)算出的冒落帶高度，h2為特厚煤層工作面高度，h 放頂煤高度，h 3為兩層煤 之間夾層厚度，匕為上部殘煤或棄煤厚度，當(dāng)h 3+h4〈H，可以認(rèn)為上部棄煤或殘煤可以通過本 發(fā)明所示方法采出。
[0034] 隨著特厚煤層綜放開采工作面正常推進(jìn)，特厚煤層4上部頂煤，層間巖層3和上部 殘煤或棄煤自然垮落，從充填采煤液壓支架5的落煤口 6落下，進(jìn)入井下光學(xué)式煤矸分選裝 置7進(jìn)行初步分選，分選后的煤通過刮板運(yùn)輸機(jī)8運(yùn)至地面進(jìn)行二次分選，分選剩余的矸石 通過充填采煤液壓支架自帶的推壓板9將矸石推至后方采空區(qū)進(jìn)行充填作業(yè)。
[0035] 下面以大同礦區(qū)塔山煤礦8106工作面為例進(jìn)一步說明本發(fā)明：
[0036] 為探明2號(hào)煤層采空區(qū)的具體位置與深度，采用測(cè)氡法與瞬變電磁法相結(jié)合的綜 合方法對(duì)采空區(qū)的范圍和深度進(jìn)行劃定，得到采空區(qū)厚度h 4。采用鉆探方法測(cè)得2號(hào)煤層 與3~5號(hào)煤層間砂質(zhì)泥巖厚度h3。
[0037] 如表1所示，3~5號(hào)煤厚14. 47m，2號(hào)煤厚4. 92m，兩層煤間夾砂質(zhì)泥巖，屬堅(jiān)硬 頂板，厚3. 70m。帶入上述公式
[0038]
[0039] 所得結(jié)果表示冒落帶高度處于28. 69m~33. 69m之間。說明上部煤層處于垮落帶 范圍之內(nèi)，可使用本發(fā)明所述的殘煤回收并回填采空區(qū)方法進(jìn)行開采。
[0040] 表 1
[0042] 在井下采用綜合探測(cè)方式探測(cè)2號(hào)煤層采空區(qū)積水和積氣量，初次排水與注入氮 氣和阻燃劑同時(shí)進(jìn)行，以驅(qū)替有害氣體；在掘巷過程中采用CT掃描方式每掘30m探測(cè)采空 區(qū)的積水量，每隔50m設(shè)置測(cè)量有害氣體和溫度的傳感器，監(jiān)測(cè)CO、C02、瓦斯和煤體的溫 度，判斷采空區(qū)遺留煤炭資源氧化及發(fā)火狀態(tài)。
[0043] 隨著特厚煤層綜放開采工作面正常推進(jìn)，3~5號(hào)煤層上部砂質(zhì)泥巖及2號(hào)煤層殘 煤自然垮落，從充填采煤液壓支架的落煤口落下，進(jìn)入井下煤矸分選裝置進(jìn)行初步分選，分 選后的煤通過刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至地面進(jìn)行二次分選，分選剩余的矸石通過充填采煤液壓支架 自帶的推壓桿將矸石推至后方采空區(qū)進(jìn)行充填作業(yè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種特厚煤層綜放開采回收上部殘煤并回填采空區(qū)的方法，其特征在于：包括以下 步驟： A. 基于特厚煤層綜放工作面采高、煤巖層物理力學(xué)特性及上部殘煤與下部工作面間 距，對(duì)殘煤可回收性進(jìn)行判定； B. 對(duì)判定后具備可回收性的殘煤所在區(qū)域進(jìn)行可回收的安全性評(píng)價(jià)，主要考慮殘煤區(qū) 瓦斯和水的富集狀況； C. 對(duì)于可安全回收的上部殘煤，在下部工作面頂煤正常回收前提下，利用特厚煤層綜 放開采將殘煤及層間巖層從充填采煤液壓支架落煤口落下，并利用井下光學(xué)式煤矸分選裝 置對(duì)煤矸進(jìn)行初步分選； D. 經(jīng)過初步分選后，將煤通過刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至地面選煤廠進(jìn)行二次分選，同時(shí)使用充 填采煤液壓支架將落下矸石和巖石退至后方支架保護(hù)范圍內(nèi)的采空區(qū)進(jìn)行充填。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的特厚煤層綜放開采回收上部殘煤并回填采空區(qū)的方法，其特 征在于：所述步驟A中的上部殘煤可回收性是依據(jù)殘煤是否處于下部特厚煤層綜放開采的 冒落帶來判定；其中，特厚煤層綜放開采的上覆巖層冒落帶高度可由以下公式確定：式中：M為累計(jì)采高，單位m; a，b為常數(shù)，通過最小二乘法擬合確定； q為修正常數(shù)； 根據(jù)采空區(qū)上覆巖層的巖性，將上覆巖層分為：堅(jiān)硬、中硬、軟弱和極軟弱四種情況； 根據(jù)大量觀測(cè)數(shù)據(jù)通過擬合給出不同巖層狀況下a、b及修正常數(shù)q的值： ① 上覆巖層為堅(jiān)硬時(shí)，a= 2. 1，b= 16,q= 2. 5 ; ② 上覆巖層為中硬時(shí)，a= 24. 7,b= 19,q= 2. 2 ; ③ 上覆巖層為軟弱時(shí)，a= 3. 2,b= 32,q=I. 5 ; ④ 上覆巖層為極軟弱時(shí)，a= 7. 0,b= 63,q=I. 2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的特厚煤層綜放開采回收上部殘煤并回填采空區(qū)的方法，其特 征在于：所述步驟B中，對(duì)判定后具備可回收性的殘煤所在區(qū)域進(jìn)行可回收的安全性評(píng)價(jià)， 具體是采取瞬變電磁法、測(cè)氡法、鉆探法的結(jié)合的方法，重點(diǎn)掌握特厚煤層上部殘留煤體賦 存區(qū)域內(nèi)水和瓦斯的富集狀態(tài)，避免放頂回收過程中可能出現(xiàn)的水與瓦斯突出。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的特厚煤層綜放開采回收上部殘煤并回填采空區(qū)的方法，其特 征在于：所述步驟C中的井下光學(xué)式煤矸分選裝置為光學(xué)式井下煤矸分離裝置，該裝置由 破碎機(jī)、光學(xué)分選裝置和風(fēng)機(jī)組成。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的特厚煤層綜放開采回收上部殘煤并回填采空區(qū)的方法，其 特征在于：所述步驟C中的支架是指充填采煤液壓支架，該支架包括落煤口、頂梁、底座、立 柱、推壓板，所述推壓板位于支架一側(cè)，井下分選裝置位于支架內(nèi)部，固定于頂梁與底座之 間，刮板運(yùn)輸機(jī)位于底座之上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種特厚煤層綜放開采回收上部殘煤并回填采空區(qū)的方法，屬于煤礦開采領(lǐng)域。該方法針對(duì)特厚煤層，是一種以確定垮落帶高度為前提，結(jié)合復(fù)采上部棄煤或殘煤，井下初步分選和矸石回填采空區(qū)的綠色高效回收殘煤的方法。本發(fā)明有效回收了殘留的煤炭資源，又避免了矸石運(yùn)送到地面造成的環(huán)境污染，還有效地解決了地表沉陷問題。
【IPC分類】E21C41/16, E21F15/00
【公開號(hào)】CN104963687
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510401835
【發(fā)明人】馮國瑞, 郭軍, 申辰, 任鴻瑞, 郭育霞, 戚庭野, 張玉江, 李振, 白錦文
【申請(qǐng)人】太原理工大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年7月9日