一种用于综采放顶煤工作面的充填开采方法技术

本发明专利技术提供了一种应用于综采放顶煤工作面的充填开采方法，涉及采矿工程技术领域，解决了综采放顶煤工作面顶板控制以及放顶煤开采地表变形大的技术问题，该方法包括：A.将综采放顶煤工作面沿工作面走向划分为充填区域和放顶煤区域，或者将工作面沿走向和倾向划分充填区域和放顶煤区域；B.确定工作面循环步距；C.在工作面前方对充填区域进行支护，放顶煤区域完成放煤后，在充填区域架设圆木支护；D.充填区域达到充填步距后，在液压支架后方设置充填篷布，泵送充填膏体；E.重复步骤C和步骤D，完成开采。本方法提出了交替放煤和充填的开采方法，完成了放顶煤工作面的充填开采，有效控制顶板，减少地表沉陷，还具有安全、高效等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于综采放顶煤工作面的充填开采方法
本专利技术涉及采矿工程
，尤其是一种用于综采放顶煤工作面的分区域放煤和充填开采方法。
技术介绍
目前，在综采放顶煤开采中，采空区的顶板采用垮落法处理，由于顶板垮落会造成地表沉陷，尤其是厚度较大的煤层开采，地表沉陷造成建筑物、地面交通实施以及地表水的破坏。同时放顶煤开采产生的大量矸石堆积后会造成环境污染。充填开采是目前解决地表沉陷问题的有效方法，尤其是矸石充填工艺既能消化矸石还能有效的减少地表沉陷。但是由于综采放顶煤开采过程中顶煤垮落，并且采空区的矿压显现等情况复杂，可实施充填的空间小，充填难度大。因此，综采放顶煤工作面的充填需要对开采方法整体进行涉及，需要提出适用于综采放顶煤工作面的充填开采方法。
技术实现思路
为解决综采放顶煤工作面顶板控制以及放顶煤开采地表变形大的技术问题，本专利技术提供了一种应用于综采放顶煤工作面的充填开采方法，具体技术方案如下。一种应用于综采放顶煤工作面的充填开采方法，步骤包括：A.将综采放顶煤工作面沿工作面走向划分为充填区域和放顶煤区域，所述充填区域和放顶煤区域的长度等于工作面走向长度，充填区域和放顶煤区域宽度之和等于工作面宽度；所述充填区域和放顶煤区域相邻；B.确定工作面循环步距；C.在综采放顶煤工作面前方对步骤A中划分的充填区域进行支护，完成移架推溜工序，在放顶煤区域完成放煤，在充填区域架设圆木支护；D.充填区域达到充填步距后，在液压支架后方设置充填篷布，泵送充填膏体至充填区域；E.重复步骤C和步骤D，完成综采放顶煤工作面的充填开采。一种应用于综采放顶煤工作面的充填开采方法，步骤包括：A.将综采放顶煤工作面沿走向和倾向划分充填区域和放顶煤区域，所述充填区域和放顶煤区域呈矩形并且交错布置，沿工作面走向和倾向分别划分多个充填区域和放顶煤区域；所述充填区域和放顶煤区域相邻；B.确定工作面循环步距；C.在综采放顶煤工作面前方对步骤A中划分的充填区域进行支护，完成移架推溜工序，在放顶煤区域完成放煤，在充填区域架设圆木支护；D.充填区域达到充填步距后，在液压支架后方设置充填篷布，泵送充填膏体至充填区域；E.当工作面由放顶煤区域推进至充填区域时，在综采放顶煤工作面前方进行支护，在工作面后方架设圆木支护，重复步骤D；当工作面由充填区域推进至放顶煤区域时，在充填区域完成步骤D后，完成移架推溜，在放顶煤区域完成放煤；随工作面推进充填区域和放顶煤区域交错设置，完成综采放顶煤工作面的充填开采。优选的是，综采放顶煤工作面布置在厚度均匀的硬煤层中；放顶煤区域长度和宽度小于基本顶初次来压步距。优选的是，工作面循环步距具体是根据综采放顶煤工作面的日推进距离确定。优选的是，支护包括设置锚杆、锚索和锚网联合支护，所述圆木支护包括均匀排列由立柱和横梁组成的圆木支护。优选的是，综采放顶煤工作面采用综采液压支架支护，综采液压支架后方设置有2根后支护梁。进一步优选的是，后支护梁和综采液压支架后方铰接固定，后支护梁的后端伸至充填体上方。还进一步优选的是，充填膏体中含有膨胀剂，膨胀剂为硫铝酸钙膨胀剂，膨胀剂的成分包含钙矾石。本专利技术的有益效果包括：(1)将综采放顶煤工作面划分为若干个充填区域和放顶煤区域，充填区域和放顶煤区域相邻布置，从而能有效的控制顶板下沉，减小地表沉降；另外充填区域和放顶煤区域交错布置，进一步的划分了充填区域和放顶煤区域，有利于形成的“三角形”的控顶结构从而稳定性更强。(2)在充填区域先利用锚网、锚索和锚杆结构进行支护，再在综采液压支架后方设置圆木支护，保证了在采空区形成一个稳定、有效和安全的充填空间，从而可以使用充填篷布将充填膏体隔离在充填区域。利用充填区域和放煤区域交错布置，形成交错的充填区域，从而能够进一步的加强充填支护效果。(3)为适应该充填开采方法，在综采液压支架后方设置后支护梁，方便了规范化操作并进一步的保证了施工安全；尤其是在充填区域和放顶煤区域交错布置时，保证了工作面推进过程中由充填区域变为放顶煤区域时放顶煤施工的安全。(4)在充填膏体中添加膨胀剂，从而使充填膏体凝固后体积增大，充填区域向两侧不充填区域移动扩大，进而使含有浮煤和破碎矸石的不充填区域的密度增大，可有效提高采空区的充实率和控顶能力。附图说明图1是综采放顶煤工作面的充填开采方法充填区域划分示意图；图2是综采放顶煤工作面的充填开采方法充填区域交错划分示意图；图3是图1的工作面支护结构剖面示意图；图4是图2的工作面支护结构剖面示意图；图中：1-综采液压支架；2-充填篷布；3-锚网；4-锚杆；5-充填区域；6-放顶煤区域；7-后支护梁；8-充填管路；9-顶煤；10-充填体；11-采空区；12-顺槽。具体实施方式结合图1至图4所述，本专利技术提供的一种应用于综采放顶煤工作面的充填开采方法，具体实施方式如下。实施例1如图1和图3所示，一种应用于综采放顶煤工作面的充填开采方法具体施工步骤包括：步骤A.当综采放顶煤工作面布置在厚度均匀的硬煤层中，并且工作面内无较大断层时,将综采放顶煤工作面沿工作面走向划分为充填区域5和放顶煤区域6。充填区域5和放顶煤区域6的长度等于工作面走向长度，充填区域5和放顶煤区6域宽度之和等于工作面宽度，并保证放顶煤区域长度和宽度小于基本顶初次来压步距，其中充填区域5和放顶煤区域6相邻。将综采放顶煤工作面划分为若干个充填区域5和放顶煤区域6，充填区域5和放顶煤区域6呈条带状相邻布置，从而减小放顶煤的面积，能有效的控制顶板下沉，减小地表沉降。步骤B.确定综采放顶煤工作面的循环步距，根据工作面的来压和计算确定直接顶的运动参数，工作面循环步距具体是根据综采放顶煤工作面的日推进距离确定。步骤C.在综采放顶煤工作面前方对步骤A中划分的充填区域进行支护，支护包括在综采液压支架1前方的顶板位置设置锚杆4、锚索和锚网3联合支护顶板。期间根据放顶煤区域开采顶板离层情况调整锚杆锚索设置间距，也可以只用锚杆和锚网支护，当锚杆锚网支护效果不能满足要求时，加设锚索进行支护。完成移架推溜工序，并在放顶煤区域6内完成放煤，在充填区域5架设圆木支护，圆木支护具体是在充填区域密布均匀排列圆木进行支护。另外，在综采液压支架的选取上，充填区域的综采液压支架可以不具备放煤的功能，但是便于充填；放顶煤区域的综采液压支架具有放煤的功能，可以选用综采放顶煤液压支架。步骤D.当充填区域5达到充填步距后，在综采液压支架1后方设置充填篷布2，充填篷布2将充填区域5和工作面支架的区域隔离，通过充填管路8泵送充填膏体至充填区域5。充填管路8布置在顺槽12内，经过工作面液压支架下方，到达各个充填部位，从充填篷布2上方的入口将充填膏体送至待充填的区域。充填篷布2在设置的时候，需保证充填篷布2的高度大于充填的高度，保证充填篷布2的底边和底板紧密接触。在充填膏体中添加膨胀剂，添加膨胀剂从而使充填膏体凝固后充填体10体积增大，充填区域5向两侧的放顶煤区域6移动扩大，进而使含有浮煤和破碎矸石的放顶煤区域6的采空区密度增大，进而有效提高采空区11的充实率和控顶能力。其中膨胀剂为硫铝酸钙膨胀剂，膨胀剂的成分包含钙矾石，膨胀剂主要以石膏和铝矿石为主要材料，经煅烧制作而成。充填膏体选用硫铝酸钙膨胀剂、水泥、粉煤灰和矸石的组合，混合物的质量比例为硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于综采放顶煤工作面的充填开采方法，其特征在于，步骤包括：A.将综采放顶煤工作面沿工作面走向划分为充填区域和放顶煤区域，所述充填区域和放顶煤区域的长度等于工作面走向长度，充填区域和放顶煤区域宽度之和等于工作面宽度；所述充填区域和放顶煤区域相邻；B.确定工作面循环步距；C.在综采放顶煤工作面前方对步骤A中划分的充填区域进行支护，完成移架推溜工序，在放顶煤区域完成放煤，在充填区域架设圆木支护；D.充填区域达到充填步距后，在液压支架后方设置充填篷布，泵送充填膏体至充填区域；E.重复步骤C和步骤D，完成综采放顶煤工作面的充填开采。

【技术特征摘要】
1.一种应用于综采放顶煤工作面的充填开采方法，其特征在于，步骤包括：A.将综采放顶煤工作面沿工作面走向划分为充填区域和放顶煤区域，所述充填区域和放顶煤区域的长度等于工作面走向长度，充填区域和放顶煤区域宽度之和等于工作面宽度；所述充填区域和放顶煤区域相邻；B.确定工作面循环步距；C.在综采放顶煤工作面前方对步骤A中划分的充填区域进行支护，完成移架推溜工序，在放顶煤区域完成放煤，在充填区域架设圆木支护；D.充填区域达到充填步距后，在液压支架后方设置充填篷布，泵送充填膏体至充填区域；E.重复步骤C和步骤D，完成综采放顶煤工作面的充填开采。2.一种应用于综采放顶煤工作面的充填开采方法，其特征在于，步骤包括：A.将综采放顶煤工作面沿走向和倾向划分充填区域和放顶煤区域，所述充填区域和放顶煤区域呈矩形并且交错布置，沿工作面走向和倾向分别划分多个充填区域和放顶煤区域；所述充填区域和放顶煤区域相邻；B.确定工作面循环步距；C.在综采放顶煤工作面前方对步骤A中划分的充填区域进行支护，完成移架推溜工序，在放顶煤区域完成放煤，在充填区域架设圆木支护；D.充填区域达到充填步距后，在液压支架后方设置充填篷布，泵送充填膏体至充填区域；E.当工作面由放顶煤区域推进至充填区域时，在综采放顶煤工作面前方进行支护，在工作面后方架设圆木支护，重复步骤D；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈绍杰，杜兆文，夏志国，张振，陈兵，李志远，简勇，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37