一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法技术

本发明专利技术涉及一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法，包括开采条带工作面与充填条带采空区域的第一阶段开采和置换条带煤柱与充填条带煤柱采空区域的第二阶段开采。本发明专利技术采用条带开采与煤柱置换的方式，可大幅提高矿井采出率至60％～70％，并大幅降低开采区域地表下沉量，维护含水层结构的稳定性，从而达到“保水采煤”的目的。

A method of coal pillar mining and filling replacement of coal pillar

The invention relates to a coal pillar mining and filling replacement coal pillar method, which includes the first stage mining of strip mining working face and filling strip goaf, and the second stage mining of replacement strip coal pillar and goaf area of filling strip coal pillar. The method of strip mining and coal pillar replacement can greatly improve the recovery rate of the mine to 60% ~ 70%, and greatly reduce the surface subsidence of the mining area, and maintain the stability of the aquifer structure, so as to achieve the goal of \water conservation and coal mining\.

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法
本专利技术涉及一种煤炭开采
，具体涉及一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法。
技术介绍
我国从二十世纪八十年代开放乡镇及个体煤矿以来，大多数小煤矿采用的是传统的落后的旧“房柱式”采煤方法，包括：落垛式、掏硐式等等，其安全性是完全没有保障的。为了规范小煤矿采煤方法，国家安全生产监督管理总局多次下达“规范”、“规程”、“通知”，要求推行有全负压通风系统的壁式体系采煤方法。2002年陕西省煤炭科学研究所编制了“陕西省小煤矿采煤方法设计方案”，对在小煤矿整顿中规范采煤方法，进行技术改造设计，起到了重要指导作用。近年来陕西省在对旧房柱式开采整顿取缔的基础上，应用过以下几类采煤方法：⑴长壁留煤柱采煤法。其基本技术特征是工作面长壁布置，长壁推进。一类是每推进一段距离，保留一部分煤柱，形成所谓“间歇式”推进；一类是在采空区保留一部分煤柱，以支撑顶板防止工作面切顶。⑵现代房柱式采煤法。主要是指引进国外连续采煤机房柱式采煤法、短壁采煤法和旺格维里采煤法，以及在此基础上发展的现代房柱式采煤，以连续采煤机或掘进机开掘巷房和回采煤柱、机械装煤、采用梭车或胶轮车运输、锚杆支护或专用自移支架为主要特征。⑶条带采煤法和条带放顶煤采煤法。这是国内外“三下”采煤，为了控制地表下沉，广泛采用的一种采煤方法。开采区域采用类似长壁布置的方式，上、下部边界分别布置回风和运输平巷，垂直于回风和运输平巷划分若干个开采条带，条带间保留一定宽度的煤柱支撑顶板，也可在若干个条带开采后，保留一个宽度较大的隔离煤柱。采用条带布置开采特厚煤层时，可沿煤层底板布置开采层，并放落其上方的顶煤，称为条带放顶煤采煤法。目前，陕西省原有的小煤矿基本已改造升级为中型矿井，但受资源储量及井型的限制，这些矿井的采煤方法并没有得到大幅改善，特别是处于“保水开采”区域的陕北榆林市地方煤矿，其采煤方法的改进更加迫切。近几年的监测表明，一些柱式开采区域的地表已形成塌陷区，表明采空区局部煤柱已发生垮落失稳，导致上覆基岩破断，并沟通地面含水层，使得井下涌水量激增，给矿井安全生产带来了极大的危害，也严重破坏了当地的生态环境。因此，有必要对陕北地方煤矿的采煤方法进行优化，为“保水采煤”的顺利推进提供必要的技术支持。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有开采技术中的不足，提供一种煤矿条带开采与充填置换条带煤柱的方法，保证整个覆岩不发生大的变形和破坏，以此维护含水层结构的稳定性，从而达到“保水采煤”的目的。为实现上述目的，本专利技术公开了如下技术方案：一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法，包括如下步骤：S1开采条带工作面与充填条带采空区域的第一阶段开采：采用长壁系统条带采煤方法，即开采系统采用长壁布置，工作面系统内采用条带开采，留煤柱支撑顶板及上覆盖层，保护含水层；设计开采第一组两个条带工作面，待两个条带工作面开采完毕后，开采第二组两个条带工作面，同时充填第一组两个条带采空区域，以此类推，直至工作面开采完毕，并将所有的条带采空区域充填完毕；充填时选用以地表风积沙、粉煤灰、水泥为充填材料，和水按一定比例配置后的充填体进行充填；S2置换条带煤柱与充填条带煤柱采空区域的第二阶段开采：每次置换开采1个条带煤柱，待上一条带煤柱置换完毕后，置换开采下一条带煤柱，并对上一条带煤柱采空区域进行分步充填，即先充填条带煤柱采空区域的下部区域，再充填条带煤柱采空区域的上部区域，依次置换工作面其余各条带煤柱。进一步的，所述步骤S1中，开采条带工作面采高为4.0～4.5m，采用机掘方式，先掘出掘进断面上部3.0～3.5m范围，掘进机退出时，拉底采出底部1.0m煤层，留设煤柱高度4.0～4.5m；考虑到一次性充填4.0～4.5m高度对于挡板的设计要求较高，采用分阶段充填方式，即先充填下部2.0～2.5m范围，再充填上部1.5m～2.0m范围。进一步的，所述步骤S2中，条带煤柱开采时，按工作面煤层地质情况，先掘出掘进断面上部3.0～3.5m范围，并对顶板进行锚杆支护，掘进机退出时，拉底采出底部1.0m煤层，对条带煤柱采空区域进行分步充填，即先充填条带煤柱采空区域的下部区域，再充填条带煤柱采空区域的上部区域，依次置换完成工作面其余各条带煤柱。进一步的，所述步骤S2中，为保证充填效果，先充填条带煤柱采空区域下部2.0～2.5m高度，待下部充填体初凝后，继续充填条带采空区域上部区域至接顶，以防止充填间隔时间过长在充填条带内部产生弱面。进一步的，所述长壁系统条带采煤方法时：由井下盘区运输大巷开掘工作面运输平巷，由井下盘区回风大巷开掘工作面回风平巷，工作面运输平巷和工作面回风平巷间贯通，布置条带开采工作面；工作面运输平巷和工作面回风平巷间距80m，工作面间保留20m隔离煤柱。进一步的，所述步骤S1中，采用工作面条带开采时，采用“采7留8”或“采6留7”的方式进行条带开采，各矿井采用的条带开采参数根据开采煤层赋存情况作适当调整。本专利技术公开的一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法，具有以下有益效果：本专利技术采用条带开采与煤柱置换的方式，可大幅提高矿井采出率至60％～70％，并大幅降低开采区域地表下沉量，维护含水层结构的稳定性，从而达到“保水采煤”的目的。附图说明图1是开采第一组①和②两个条带工作面平面图，图2是开采③和④两个条带工作面，充填①’和②’两个条带采空区域下部区域平面图，图3是开采③和④两个条带工作面，充填①’和②’两个条带采空区域下部区域剖面图，图4是开采③和④两个条带工作面，充填①’和②’两个条带采空区域上部区域剖面图，图5是开采⑨和⑩条带工作面，充填⑦’和⑧’条带采空区域下部区域平面图，图6是开采⑨和⑩条带工作面，充填⑦’和⑧’条带采空区域下部区域剖面图，图7是置换开采2号条带煤柱平面图，图8是置换开采3号条带煤柱与充填条带煤柱采空区域2’下部区域平面图，图9是置换开采3号条带煤柱与充填条带煤柱采空区域2’上部区域剖面图，图10是置换开采11号条带煤柱与充填条带煤柱采空区域10’下部区域平面图，图11是置换开采11号条带煤柱与充填条带煤柱采空区域10’下部区域剖面图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的核心是提供一种煤矿条带开采与充填置换条带煤柱的方法，保证整个覆岩不发生大的变形和破坏，以此维护含水层结构的稳定性，从而达到“保水采煤”的目的。一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法，包括如下步骤：S1开采条带工作面与充填条带采空区域的第一阶段开采：采用长壁系统条带采煤方法，即开采系统采用长壁布置，工作面系统内采用条带开采，留煤柱支撑顶板及上覆盖层，保护含水层；设计开采第一组两个条带工作面，待两个条带工作面开采完毕后，开采第二组两个条带工作面，同时充填第一组两个条带采空区域，以此类推，直至工作面开采完毕，并将所有的条带采空区域充填完毕；充填时选用以地表风积沙、粉煤灰、水泥为充填材料，和水按一定比例配置后的充填体进行充填；S2置换条带煤柱与充填条带煤柱采空区域的第二阶段开采：每次置换开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法，其特征在于，包括如下步骤：S1开采条带工作面与充填条带采空区域的第一阶段开采：采用长壁系统条带采煤方法，即开采系统采用长壁布置，工作面系统内采用条带开采，留煤柱支撑顶板及上覆盖层，保护含水层；设计开采第一组两个条带工作面，待两个条带工作面开采完毕后，开采第二组两个条带工作面，同时充填第一组两个条带采空区域，以此类推，直至工作面开采完毕，并将所有的条带采空区域充填完毕；充填时选用以地表风积沙、粉煤灰、水泥为充填材料，和水按一定比例配置后的充填体进行充填；S2置换条带煤柱与充填条带煤柱采空区域的第二阶段开采：每次置换开采1个条带煤柱，待上一条带煤柱置换完毕后，置换开采下一条带煤柱，并对上一条带煤柱采空区域进行分步充填，即先充填条带煤柱采空区域的下部区域，再充填条带煤柱采空区域的上部区域，依次置换工作面其余各条带煤柱。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法，其特征在于，包括如下步骤：S1开采条带工作面与充填条带采空区域的第一阶段开采：采用长壁系统条带采煤方法，即开采系统采用长壁布置，工作面系统内采用条带开采，留煤柱支撑顶板及上覆盖层，保护含水层；设计开采第一组两个条带工作面，待两个条带工作面开采完毕后，开采第二组两个条带工作面，同时充填第一组两个条带采空区域，以此类推，直至工作面开采完毕，并将所有的条带采空区域充填完毕；充填时选用以地表风积沙、粉煤灰、水泥为充填材料，和水按一定比例配置后的充填体进行充填；S2置换条带煤柱与充填条带煤柱采空区域的第二阶段开采：每次置换开采1个条带煤柱，待上一条带煤柱置换完毕后，置换开采下一条带煤柱，并对上一条带煤柱采空区域进行分步充填，即先充填条带煤柱采空区域的下部区域，再充填条带煤柱采空区域的上部区域，依次置换工作面其余各条带煤柱。2.根据权利要求1所述的一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法，其特征在于，所述步骤S1中，开采条带工作面采高为4.0～4.5m，采用机掘方式，先掘出掘进断面上部3.0～3.5m范围，掘进机退出时，拉底采出底部1.0m煤层，留设煤柱高度4.0～4.5m；考虑到一次性充填4.0～4.5m高度对于挡板的设计要求较高，采用分阶段充填方式，即先充填下部2.0～2.5m范围，再充填上部1.5m～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵小平，李海波，唐仁龙，刘二帅，李双雄，张航，李龙清，张慧峰，
申请(专利权)人：西安科技大学，陕西世诚矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61