全负压短壁充填采煤法发明专利

专利名称：全负压短壁充填采煤法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN201810151620.3

专利申请（专利权）人：路彬
权利人地址：内蒙古自治区鄂尔多斯市鄂托克旗棋盘井镇

专利发明（设计）人：路彬

专利摘要：本发明提供了一种全负压短壁充填采煤法，包括步骤10、确定集中回风巷和集中运输巷的位置，并设置运输顺槽、第一回风顺槽和第二回风顺槽；步骤20、对第一开采区的一个支巷进行掘进，待该支巷贯通后，对第二开采区一个支巷进行掘进，同时对被贯通的支巷进行支护并封堵与运输顺槽之间的连通口；步骤30、封堵完毕后对被贯通的支巷进行填充；步骤40、对第一开采区另一个支巷进行掘进，同时对第二开采区中被贯通的支巷进行支护并封堵与运输顺槽之间的连通口；步骤50、封堵完毕后，对第二开采区中被贯通的支巷进行填充；步骤60、循环上述步骤10至步骤50，直至支巷均填充完毕；步骤70、待填充完毕后，按照由远端向近端方向，依次回采留设的煤柱巷。

主权利要求：
1.一种全负压短壁充填采煤法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤10、确定集中回风巷(1)和集中运输巷(2)的位置，并沿工作面倾向方向设置平行间隔布置的运输顺槽(8)、第一回风顺槽(51)和第二回风顺槽(52)，使运输顺槽(8)设置在第一回风顺槽(51)和第二回风顺槽(52)之间，使运输顺槽(8)的一端与集中运输巷(2)连通，使第一回风顺槽(51)的一端和第二回风顺槽(52)的一端均与集中回风巷(1)连通，并使运输顺槽(8)与第一回风顺槽(51)之间形成第一开采区，使运输顺槽(8)与第二回风顺槽(52)之间形成第二开采区，所述第一开采区和所述第二开采区镜像布置；在所述第一开采区内和所述第二开采区内均设置有多个支巷(11)和多个煤柱巷(12)，且相邻两个支巷(11)之间设置有一个煤柱巷(12)；
步骤20、沿工作面倾向方向，靠近集中运输巷(2)的一侧为近端，远离集中运输巷(2)的一侧为远端，对所述第一开采区远端的一个支巷(11)进行掘进，待该支巷(11)贯通后，对所述第二开采区远端的一个支巷(11)进行掘进，同时对所述第一开采区中被贯通的支巷(11)进行支护并封堵所述第一开采区中被贯通的支巷(11)与运输顺槽(8)之间的连通口；
步骤30、所述第一开采区中被贯通的支巷(11)与运输顺槽(8)之间的连通口封堵完毕后对所述第一开采区中被贯通的支巷(11)进行填充；
步骤40、待所述第二开采区中所述远端的一个支巷(11)贯通后，对所述第一开采区远端的另一个支巷(11)进行掘进，同时对所述第二开采区中被贯通的支巷(11)进行支护并封堵所述第二开采区中被贯通的支巷(11)与运输顺槽(8)之间的连通口；
步骤50、所述第二开采区中被贯通的支巷(11)与运输顺槽(8)之间的连通口封堵完毕后，对所述第二开采区中被贯通的支巷(11)进行填充；
步骤60、循环上述步骤10至步骤50，直至所述第一开采区和所述第二开采区中的支巷(11)均填充完毕；
步骤70、待所述第一开采区和所述第二开采区中的支巷(11)均填充完毕后，按照由所述远端向所述近端方向，依次回采留设的煤柱巷(12)；
其中，所述步骤10包括：
使所述第一开采区和所述第二开采区镜像布置，并在所述第一开采区划分垂直开采区和倾斜开采区；
在所述垂直开采区内，使支巷(11)和煤柱巷(12)沿工作面倾向方向交替设置，且支巷(11)和煤柱巷(12)均与运输顺槽(8)垂直；
在所述倾斜开采区内，使支巷(11)和煤柱巷(12)沿工作面倾向方向平行交替设置，且支巷(11)和煤柱巷(12)均与运输顺槽(8)具有夹角。
2.根据权利要求1所述的全负压短壁充填采煤法，其特征在于，在步骤20和步骤40中，对支巷(11)进行封堵的具体方法如下：在支巷(11)与运输顺槽(8)形成的三岔口处采用木板进行封闭，并在所述木板的外侧支设液压单体支柱。
3.根据权利要求1所述的全负压短壁充填采煤法，其特征在于，在步骤30和步骤50中，对被贯通的支巷(11)进行填充的具体方法如下：在第一回风顺槽(51)和第二回风顺槽(52)中均布置矸石胶带输送机，通过所述矸石胶带输送机将填充浆料转运至所述被贯通的支巷(11)的上开口处；
在第一回风顺槽(51)与集中回风巷(1)交汇处设置第一充填泵(3)，在第二回风顺槽(52)与集中回风巷(1)交汇处设置第二充填泵(16)，通过所述第一充填泵(3)和所述第二充填泵(16)将所述填充浆料对应填充至所述被贯通的支巷(11)中。
4.根据权利要求1所述的全负压短壁充填采煤法，其特征在于，所述步骤70后还包括步骤80：待煤柱巷(12)开采完毕后，对煤柱巷(12)进行依次填充。
5.根据权利要求1所述的全负压短壁充填采煤法，其特征在于，支巷(11)与运输顺槽(8)之间的夹角大小为60°至80°。
6.根据权利要求1所述的全负压短壁充填采煤法，其特征在于，所述步骤10包括：在所述远端设置切眼(90)，使切眼(90)与运输顺槽(8)的另一端、第一回风顺槽(51)的另一端和第二回风顺槽(52)的另一端均连接。 说明书 : 全负压短壁充填采煤法技术领域[0001] 本发明涉及煤矿及开采方法领域，具体是一种全负压短壁充填采煤法。背景技术[0002] 我国生产矿井“三下”压煤量达143亿吨，随着我国经济的高速发展，对煤炭资源的开发利用越来越高，建筑物下、铁路下、水体下和承压水上(“三下一上”)压煤开采成为煤矿开采面临的主要问题。长期以来，我国建下压煤主要采用村庄搬迁、条带开采、水砂充填和覆岩离层注浆等几种方式。一方面村庄搬迁土地征用困难、费用大，给煤矿企业带来了沉重的经济负担；由于搬迁距离过大，给农民带来了许多生产和生活上的不便。另一方面传统的充填开采方式工艺落后，充填成本高，难以维持和推广。开采产生的煤矸石和电厂燃煤所产生的粉煤灰等也带来了空气污染、水体污染、占用耕地等一系列问题。需要寻求一种经济合理、可持续的充填方式来处理煤矸石和粉煤灰。发明内容[0003] 本发明提供了一种全负压短壁充填采煤法，以达到提高开采效率，减小开采成本的目的。[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全负压短壁充填采煤法，包括以下步骤：[0005] 步骤10、确定集中回风巷和集中运输巷的位置，并沿工作面倾向方向设置平行间隔布置的运输顺槽、第一回风顺槽和第二回风顺槽，使运输顺槽设置在第一回风顺槽和第二回风顺槽之间，使运输顺槽的一端与集中运输巷连通，使第一回风顺槽的一端和第二回风顺槽的一端均与集中回风巷连通，并使运输顺槽与第一回风顺槽之间形成第一开采区，使运输顺槽与第二回风顺槽之间形成第二开采区，在第一开采区内和第二开采区内均设置有多个支巷和多个煤柱巷，且相邻两个支巷之间设置有一个煤柱巷；[0006] 步骤20、沿工作面倾向方向，靠近集中运输巷的一侧为近端，远离集中运输巷的一侧为远端，对第一开采区远端的一个支巷进行掘进，待该支巷贯通后，对第二开采区远端的一个支巷进行掘进，同时对第一开采区中被贯通的支巷进行支护并封堵第一开采区中被贯通的支巷与运输顺槽之间的连通口；[0007] 步骤30、第一开采区中被贯通的支巷与运输顺槽之间的连通口封堵完毕后对第一开采区中被贯通的支巷进行填充；[0008] 步骤40、待第二开采区中远端的一个支巷贯通后，对第一开采区远端的另一个支巷进行掘进，同时对第二开采区中被贯通的支巷进行支护并封堵第二开采区中被贯通的支巷与运输顺槽之间的连通口；[0009] 步骤50、第二开采区中被贯通的支巷与运输顺槽之间的连通口封堵完毕后，对第二开采区中被贯通的支巷进行填充；[0010] 步骤60、循环上述步骤10至步骤50，直至第一开采区和第二开采区中的支巷均填充完毕；[0011] 步骤70、待第一开采区和第二开采区中的支巷均填充完毕后，按照由远端向近端方向，依次回采留设的煤柱巷。[0012] 进一步地，在步骤20和步骤40中，对支巷进行封堵的具体方法如下：在支巷与运输顺槽形成的三岔口处采用木板进行封闭，并在木板的外侧支设液压单体支柱。[0013] 进一步地，在步骤30和步骤50中，对被贯通的支巷进行填充的具体方法如下：[0014] 在第一回风顺槽和第二回风顺槽中均布置矸石胶带输送机，通过矸石胶带输送机将填充浆料转运至被贯通的支巷的上开口处；[0015] 在第一回风顺槽与集中回风巷交汇处设置第一充填泵，在第二回风顺槽与集中回风巷交汇处设置第二充填泵，通过第一充填泵和第二充填泵将填充浆料对应填充至被贯通的支巷中。[0016] 进一步地，步骤70后还包括步骤80：待煤柱巷开采完毕后，对煤柱巷进行依次填充。[0017] 进一步地，步骤10包括：[0018] 使第一开采区和第二开采区镜像布置，并在第一开采区划分垂直开采区和倾斜开采区；[0019] 在垂直开采区内，使支巷和煤柱巷沿工作面倾向方向交替设置，且支巷和煤柱巷均与运输顺槽垂直；[0020] 在倾斜开采区内，使支巷和煤柱巷沿工作面倾向方向平行交替设置，且支巷和煤柱巷均与运输顺槽具有夹角。[0021] 进一步地，支巷与运输顺槽之间的夹角大小为60°至80°。[0022] 进一步地，步骤10包括：在远端设置切眼，使切眼与运输顺槽的另一端、第一回风顺槽的另一端和第二回风顺槽的另一端均连接。[0023] 本发明的有益效果是，[0024] 1、从整个技术方案看出，本发明首先设计出两个开采区，每个开采区分成若干支巷和煤柱巷，且共用一套运输系统，采用连掘机进行支巷的回采，采用充填保护煤柱巷、留设煤柱巷支撑顶板；待充填形成一定的支撑力时再进行二次回收煤柱巷、实行完全不垮落法管理，确保生态环境不受破坏。[0025] 2、本发明从空间上将掘、采、支、充四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；采用煤炭胶带输送机、铲运车、充填泵在回采完毕后的支巷内进行充填，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、支、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。[0026] 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，上一区段工作面的回风顺槽即可保留为下一区段工作面的回风顺槽，最终实现无残余煤柱开采，资源回收率高。[0027] 4、生产系统简单、设备占用少，人员占用少、高效率、高回采率、高密实率、高强度，生产管理简单、安全程度高。附图说明[0028] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：[0029] 图1为本发明实施例的结构示意图。[0030] 图中附图标记：1、集中回风巷；2、集中运输巷；3、第一充填泵；4、充填管；51、第一回风顺槽；52、第二回风顺槽；6、防爆装载机；7、连掘机；8、运输顺槽；10、煤炭胶带输送机；11、支巷；12、煤柱巷；13、第二矸石皮带机；16、第二充填泵；17、第一矸石皮带机；19、锚杆钻车；90、切眼。具体实施方式[0031] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。[0032] 如图1所示，本发明提供了一种全负压短壁充填采煤法，包括以下步骤：[0033] 步骤10、确定集中回风巷1和集中运输巷2的位置，并沿工作面倾向方向设置平行间隔布置的运输顺槽8、第一回风顺槽51和第二回风顺槽52，使运输顺槽8设置在第一回风顺槽51和第二回风顺槽52之间，使运输顺槽8的一端与集中运输巷2连通，使第一回风顺槽51的一端和第二回风顺槽52的一端均与集中回风巷1连通，并使运输顺槽8与第一回风顺槽51之间形成第一开采区，使运输顺槽8与第二回风顺槽52之间形成第二开采区，在第一开采区内和第二开采区内均设置有多个支巷11和多个煤柱巷12，且相邻两个支巷11之间设置有一个煤柱巷12；[0034] 步骤20、沿工作面倾向方向，靠近集中运输巷2的一侧为近端，远离集中运输巷2的一侧为远端，对第一开采区远端的一个支巷11进行掘进，待该支巷11贯通后，对第二开采区远端的一个支巷11进行掘进，同时对第一开采区中被贯通的支巷11进行支护并封堵第一开采区中被贯通的支巷11与运输顺槽8之间的连通口；[0035] 步骤30、第一开采区中被贯通的支巷11与运输顺槽8之间的连通口封堵完毕后对第一开采区中被贯通的支巷11进行填充；[0036] 步骤40、待第二开采区中远端的一个支巷11贯通后，对第一开采区远端的另一个支巷11进行掘进，同时对第二开采区中被贯通的支巷11进行支护并封堵第二开采区中被贯通的支巷11与运输顺槽8之间的连通口；[0037] 步骤50、第二开采区中被贯通的支巷11与运输顺槽8之间的连通口封堵完毕后，对第二开采区中被贯通的支巷11进行填充；[0038] 步骤60、循环上述步骤10至步骤50，直至第一开采区和第二开采区中的支巷11均填充完毕；[0039] 步骤70、待第一开采区和第二开采区中的支巷11均填充完毕后，按照由远端向近端方向，依次回采留设的煤柱巷12。[0040] 具体地，掘进集中运输巷2和集中回风巷1，按照工作面倾向长度60‑100m确定出运输顺槽8、第一回风顺槽51和第二回风顺槽52的位置；在集中运输巷2中沿工作面走向掘进运输顺槽8，在集中回风巷1中沿工作面走向掘进第一回风顺槽51和第二回风顺槽52，在采区的边部掘进切眼90；形成该采煤区段工作面的W型通风系统(切眼处位置形成W形通风系统)。再将第一开采区和第二开采区划分为多个支巷11和多个煤柱巷12，每条支巷11的宽度为4.5m，两条支巷11之间留设5m宽度的煤柱巷12。[0041] 通过设置运输顺槽8、第一回风顺槽51和第二回风顺槽52，将矿井划分为第一开采区和第二开采区，同时在每个开采区均设置有依次交替的多个支巷11和多个煤柱巷12，能够实现在开采支巷11时，利用煤柱巷12进行支撑，待支巷11开采充填完毕后，可以对煤柱巷12进行回采，从而实现完全不垮落的目的，确保生态环境不受破坏，进而能够达到减少开采成本的目的(不需要进行大批量搬迁)。[0042] 需要说明的是，上述支巷11的开采顺序采用后退式左右交替开采，即先从第一开采区最远端的支巷11进行开采，然后进入到第二开采区对最远端的支巷11进行开采。接着再返回第一开采区，对第一开采区现有未开采的支巷11中最远端的进行开采，依次类推，直至开采结束。[0043] 进一步地，步骤10包括：[0044] 使第一开采区和第二开采区镜像布置，并在第一开采区划分垂直开采区和倾斜开采区；在垂直开采区内，使支巷11和煤柱巷12沿工作面倾向方向交替设置，且支巷11和煤柱巷12均与运输顺槽8垂直；在倾斜开采区内，使支巷11和煤柱巷12沿工作面倾向方向平行交替设置，且支巷11和煤柱巷12均与运输顺槽8具有夹角。[0045] 其中，第一开采区内和第二开采区镜像布置，上述第一开采区和第二开采区结构相同且对称设置，以上述第一开采区为例进行说明。第一开采区包括垂直开采区和倾斜开采区，在垂直开采区内，支巷11和煤柱巷12沿工作面倾向方向交替设置，且支巷11和煤柱巷12均与运输顺槽8垂直；在倾斜开采区内，支巷11和煤柱巷12沿工作面倾向方向平行交替设置，且支巷11和煤柱巷12均与运输顺槽8具有夹角。支巷11与运输顺槽8之间的夹角大小为60°至80°，最优选地，该夹角大小为60°。[0046] 上述垂直开采区设置在近端，倾斜开采区设置在远端，并且垂直开采区沿工作面倾向方向的长度小于倾斜开采区沿矿井结构的工作面倾向方向的长度。在靠近集中运输巷2时，如果依旧采用倾斜开采区的布置方式，会在图1中左上角和右上角形成两个三角形的无法开采区域，容易造成资源浪费。因此本发明实施例在靠近集中运输巷2设置垂直开采区，便于开采上述的三角形无法开采区域，从而达到增加煤矿开采量的目的。[0047] 上述第一回风顺槽51与集中回风巷1的交汇处设置有第一充填泵3，第一回风顺槽51内设置有与第一充填泵3连接的充填管4。上述第二回风顺槽52与集中回风巷1的交汇处设置有第二充填泵16，第二回风顺槽52内设置有与第二充填泵16连接的充填管4。上述第一回风顺槽51内还设置有第一矸石皮带机17，与第一回风顺槽51的长度相适配。第二回风顺槽52内设置有第二矸石皮带机13，与第二回风顺槽52的长度相适配。第一矸石皮带机17和第二矸石皮带机13用于将来自井下缓冲矸石仓的矸石和从地面制浆站按照一定比例的水、水泥、粉煤灰、辅料剂均匀混合并制成填充浆料。在运输顺槽8内设置有煤炭胶带输送机10，用于输送开采物。[0048] 举例对支巷11开采方法进行说明，在运输顺槽8中布置煤炭胶带输送机10，在第一回风顺槽51中布置第一矸石皮带机17，在第二回风顺槽52中布置第二矸石皮带机13，并对应在设定位置设置第一充填泵3和第二充填泵16，同时对应连接充填管4。[0049] 采用连掘机7对第一开采区中的其中一个支巷11进行开采，开采下来的煤炭用防爆装载机6运输转载至运输顺槽8，并由煤炭胶带输送机10转入矿井运输系统中，待一个循环作业施工完成后，连掘机7退回至第二开采区相对的支巷11(以图1为例，沿运输顺槽8镜像设置的支巷为相对的支巷)，同时对刚进行开采的支巷11进行支护操作。[0050] 当上述相对的支巷11循环作业施工完毕后，连掘机7退回至第一开采区中的一个支巷11进行回采，同时锚杆钻车19进入第二开采区相对的支巷11进行支巷支护，直至上述第一开采区中的其中一个支巷11和第二开采区相对的支巷11均与对应的回风顺槽贯通，连掘机7转入相邻的支巷进行施工。[0051] 在步骤20和步骤40中，对支巷11进行封堵的具体方法如下：在支巷11与运输顺槽8形成的三岔口处采用木板进行封闭，并在木板的外侧支设液压单体支柱。其中，木板的外侧是指靠近运输顺槽8的一侧。在对支巷11进行支护时，支巷11的顶板采用高强锚杆和锚索支护，支巷11的两帮根据煤层情况不支护或采用锚网带支护。[0052] 在步骤30和步骤50中，对被贯通的支巷11进行填充的具体方法如下：[0053] 在第一回风顺槽51和第二回风顺槽52中均布置矸石胶带输送机，通过矸石胶带输送机将填充浆料转运至被贯通的支巷11的上开口处；[0054] 在第一回风顺槽51与集中回风巷1交汇处设置第一充填泵3，在第二回风顺槽52与集中回风巷1交汇处设置第二充填泵16，通过第一充填泵3和第二充填泵16将填充浆料对应填充至被贯通的支巷11中。[0055] 其中上述填充浆料由来自井下缓冲矸石仓的矸石和从地面制浆站按照一定比例的水、水泥、粉煤灰、辅料剂均匀混合制成。[0056] 充填时，从支巷11的上开口进入支巷11中，第一采用矸石和浆料混合后自流充填一部分，第二采用防爆装载机6铲运一部分，第三采用对应的充填泵解决接顶问题，保证充填体的初撑力，最后用对应的充填泵注射混凝土直到将支巷11的上开口封闭。[0057] 需要说明的是，为了保证开采效率，在连掘机7转入相邻支巷11后，即可对支护和封堵完毕的支巷11进行充填，以保证施工效率。[0058] 步骤70后还包括步骤80：待煤柱巷12开采完毕后，对煤柱巷12进行依次填充。需要说明的是，上述煤柱巷12的填充操作需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，需要充填时按照上述充填支巷11的方法进行填充即可。[0059] 从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：[0060] 1、从整个技术方案看出，本发明首先设计出两个开采区，每个开采区分成若干支巷11和煤柱巷12，且共用一套运输系统，采用连掘机7进行支巷11的回采，采用充填保护煤柱巷12、留设煤柱巷12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巷12、实行完全不垮落法管理，确保生态环境不受破坏。[0061] 2、本发明从空间上将掘、采、支、充四个工序分布到不同支巷11，进行了有效隔离、互不影响、安全程度大大提升；采用煤炭胶带输送机10、铲运车、充填泵在回采完毕后的支巷11内进行充填，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11的煤炭运输；充填系统负责回采完毕后支巷11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、支、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。[0062] 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，上一区段工作面的回风顺槽即可保留为下一区段工作面的回风顺槽，最终实现无残余煤柱开采，资源回收率高。[0063] 4、生产系统简单、设备占用少，人员占用少、高效率、高回采率、高密实率、高强度，生产管理简单、安全程度高。[0064] 以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

专利地区：内蒙古

专利申请日期：2018-02-14

专利公开日期：2024-05-17

专利公告号：CN108301833B