[发明专利]一种急倾斜煤层走向综采无煤柱分段充填采煤方法

说明书

技术领域

本发明涉及采矿技术方法领域，尤其涉及一种急倾斜煤层走向综采无煤柱分段充填采煤方法。

背景技术

急倾斜煤层是指赋存倾角大于45°的煤层，此类煤层的安全高效机械化开采是一个世界性难题。我国急倾斜煤层的储量大约占煤炭总储量的17%，其年产量仅占全国煤炭总产量的3.8%。据统计，我国600多处国有重点煤矿和地方煤矿中，开采急倾斜煤层的矿井有100多处，比例占了16.5%。

近年来随着矿井开采强度的增加，导致优质煤炭资源迅速枯竭，为保证矿井的可持续发展，许多矿区不得不考虑急倾斜煤层开采，如山东兖州、河北邢台和开滦、安徽淮南、江苏徐州、贵州、四川、重庆、云南、新疆、甘肃、宁夏省(区)矿区等。此外由于西部矿区经济发展相对比较滞后，煤炭资源的开采已经是其经济来源的重要组成部分，据统计西部矿区中50%以上矿井开采的是急倾斜煤层。

而急倾斜煤层开采的资源回收率不足30%。在国家能源结构性转变，实施节能减排和可持续发展战略方针的背景下，在不久的将来，煤炭无害开采必定是大势所趋。

近年来，在国家政策及企业的支持下，充填开采技术在新汶、邢东矿区成功实现了工业生产，充填开采作为一种新的采煤方法得到了业界及社会的肯定。

然而，充填开采技术目前只在少数矿区实践，较多问题仍有待解决，例如：当前采空区全部充填法需要大量的充填材料，并且大量的充填材料需要输送至充填工作面，大增加了煤炭开采的技术难度及开采成本。况且，在甘肃、四川等西部矿区的急倾斜煤层综采工作面中，还没有对采空区进行充填的理论基础和技术经验。急倾斜煤层开采的难度较大，岩层控制也较为困难，基本的岩层移动机理尚未成熟。

针对上述问题，本发明提出了一种急倾斜煤层走向综采无煤柱分段充填采煤方法，丰富了急倾斜煤层的开采体系，对适应煤炭行业发展的迫切需要，具有重要经济、环境和社会价值。

发明内容

本发明的目的是：针对传统急倾斜采煤法需保留矿柱所存在的资源回收率低，以及现有技术中采空区全部充填法存在的需要大量充填材料，充填输送成本较高的问题，提供一种简单、安全、绿色、经济、实用的急倾斜煤层综采分段充填采煤方法。

本发明为实现上述目的，本发明的实现思想是：将急倾斜煤层井田划分采区后，沿走向布置长壁综采工作面，工作面推进后，采空区沿走向进行分段充填；并根据岩石力学原理及工作面上覆岩层的岩性，在保证上覆岩层老顶不断裂的条件下，确定分段充填体的尺寸D和分段充填的极限跨距L，以及充填体的强度；充填体充填区域由区段小煤柱和矩形气囊分隔形成倾向封闭充填区，在封闭区域内利用管道进行膏体充填；采空区利用膏体沿煤层走向进行分段充填后，控制顶板关键层或老顶不断裂，地表不下沉，最终实现急倾斜煤层的绿色、科学开采。

本发明采用的技术方案是：一种急倾斜煤层走向综采无煤柱分段充填采煤方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：在急倾斜工作面回采过程中，推进一个充填跨距L后，在上顺槽与下顺槽之间安装第一充填模板，第一充填模板紧接回采采空面；

S2：回采工作面继续推进一个充填体柱距离D后，在上顺槽与下顺槽之间安装第二充填模板，第二充填模板紧接回采采空面；

S3：在第一充填模板与第二充填模板之间填充膏体，在第一充填模板(191)与第二充填模板(192)之间填充膏体，如矸石胶结体、粉煤灰胶结体等，待膏体具有初期强度能支撑上覆岩层压力后，对第一充填模板与第二充填模板进行拆卸，形成充填体柱；

S4：工作面继续推进至另一个充填跨距L，并再次安装第一充填模板，以同样的方式进行分段充填，如此循环。

作为进一步优化说明，所述第一充填模板和第二充填模板均采用气囊制成。

作为进一步优化说明，所述S3中填充膏体过程，通过充填干线管路进行膏体运输和填充，充填干线管路铺设在上顺槽内，并外接到地表。

作为进一步优化说明，所述充填干线管路连接有工作面充填管道和补充填充管，工作面充填管道连接多个充填分支管，充填分支管用于填充体不同高度的填充，工作面充填管道用于供给充填分支管，补充充填管布置在上顺槽。

作为进一步优化说明，所述第一充填模板和第二充填模板通过装载气囊小绞车进行释放和充气，装载气囊小绞车安装在上顺槽。

作为进一步优化说明，所述第一充填模板和第二充填模板充入0.5Mpa至0.8Mpa的高压气体。