一种工作面柱式充填开采方法技术

本发明专利技术公开了一种工作面柱式充填开采方法，在采空区内，沿工作面平行设置一排柱体充填柱体，充填柱体采用方砖堆砌组成，在充填柱体最上端设有充填口，工作面采煤完毕，将多孔底卸式输送机移至充填支架后顶梁后部并使其卸料口位于充填柱体的充填口上部，打开卸料孔卸料，用膨胀性充填材料充满每个充填柱体，后关闭卸料口，将多孔底卸式输送机移至支架后顶梁前部，封闭充填柱体的充填口且前移充填液压支架割煤，进入下一循环。采空区由若干个充填柱体支点和直接顶或老顶岩体为天花板的房室空间结构。本工艺只需将10～20％的采空区充实，就能有效控制顶板不垮落和地表不沉降，使充填成本降到最低、充填作业时间缩到最短、采煤生产效率保持到最高。

A Pillar Filling Mining Method in Working Face

【技术实现步骤摘要】
一种工作面柱式充填开采方法
本专利技术属于充填开采
，具体涉及一种工作面柱式充填开采方法。
技术介绍
为了控制采煤引起的地表沉降及传统采煤方法对环境的损害，煤炭开采企业近年来选用了全采全充的充填法采煤工艺。这种充填法采煤工艺对地表沉降和环境损害取得了很好的控制效果，但也存在着主要不足：一是因为全采全充需要充填的空间量相对较大，充填材料供不应求的矛盾较为突出，充填工序材料成本较高；二是因为充填工作量相对较大，占用了正常采煤工序的作业时间，采煤工作面原有的生产效率大幅度降低。因此出现了采空区部分充填采煤方法，以减少充填工作量和充填材料使用量，降低充填成本，提高生产效率。柱式充填开采属于采空区部分充填方法，目前对于柱式充填开采研究也不在少数，但其主要侧重于充填材料和充填柱体组成材料及加固方法的研究，对于具体的充填工艺及与采煤面的配合关系所述甚少，即缺乏充填支架、多孔底卸式输送机、放料口等设备的具体实施步骤及其之间的相互配合方法。在专利申请号是：201610270405.6，专利名称是：“一种垛柱式充填模板及其使用方法”中叙述了一种柱式充填方法的具体实施措施，但其主要侧重于充填材料和充填柱体组成材料及加固方法的研究，对于具体的充填工艺及与采煤面的配合并未作出描述。鉴于上述存在的问题，专利技术一种工作面柱式充填开采方法是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种工作面柱式充填开采方法，解放“三下”压煤，提高矿井资源采出率同时，减轻了地表沉陷带来的建筑物、生态破坏等问题。技术方案：本专利技术的一种工作面柱式充填开采方法，包括如下具体步骤：①在采煤工作面，沿其平行方向在采空区依次布置一排长方体的充填柱体:(1)通过岩层控制关键层理论和现场观测，确认直接顶或老顶岩体的破断步距P；(2)设计每个充填柱体的长度M和宽度N为2～3倍的采煤高度H；(3)设计充填柱体的垂直和平行间距均为L＝P×(1/2～2/3)；②采用方砖和水泥堆砌组成充填柱体，且在其一侧上方设有充填口；③工作面采煤完毕，将多孔底卸式输送机移至充填支架后顶梁后部并使其卸料口位于充填柱体的充填口上部；④打开卸料孔卸料，用膨胀性充填材料充满每个充填柱体；⑤充填工作完成后，关闭卸料口，将多孔底卸式输送机移至支架后顶梁前部，封闭充填柱体的充填口，而后前移充填液压支架割煤，进入下一循环；⑥膨胀性充填材料固结时间为9～11小时，在此期间，充填体会逐渐膨胀至充分接顶，从而达到支撑能力；⑦一个采煤面结束后，整个采空区形成了由若干个墩柱式固结充填体为支点和直接顶或老顶岩体为天花板的房室空间结构。所述的工作面柱式充填开采方法，其特征在于所述的膨胀性充填材料是由基料、膨胀剂、速凝剂、固化剂和水组成，其中基料为粉煤灰、矸石，膨胀剂为锌粉和石膏粉的混合物，速凝剂为石灰，固化剂为水泥。所述的工作面柱式充填开采方法，其特征在于所述的充填口为圆孔，充填口的直径为10～20cm，位于充填柱体的最上端，充填完成后封闭充填口。有益效果：本方法只需要将10～20％的采空区充实，就能有效控制顶板不垮落和地表不沉降，由此，充填材料的需求数量减到了最少，充填工艺的直接成本降到了最低，充填工序的作业时间缩到了最短，采煤工序的生产效率保持到最高。附图说明图1为采空区结构示意图。图2为柱式充填液压支架。图3为充填工艺流程图。其中：1-已充填柱体；2-未充填柱体；3-充填液压支架；4-未开采煤体；5-多孔底卸式输送机；6-卸料口。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细描述，参见附图1，2，3。①如图1，在采煤工作面，沿其平行方向在采空区依次布置一排长方体的充填柱体1、2:(1)通过理论计算和现场观测，确认直接顶或老顶岩体的破断步距P；(2)设计每个充填柱体的长度M和宽度N为2～3倍的采煤高度H；(3)设计充填柱体的垂直和平行间距均为L＝P×(1/2～2/3)；②采用方砖和水泥堆砌组成充填柱体，且在其一侧上方设有充填口；③工作面采煤完毕，将多孔底卸式输送机5移至充填支架后顶梁后部并使其卸料口6位于充填柱体的充填口上部；④打开卸料口6卸料，用膨胀性充填材料充满每个充填柱体；⑤充填工作完成后，关闭卸料口6，将多孔底卸式输送机5移至支架后顶梁前部，封闭充填柱体的充填口，而后前移充填液压支架3割煤，进入下一循环；⑥膨胀性充填材料固结时间为9～11小时，在此期间，充填体会逐渐膨胀至充分接顶，从而达到支撑能力；⑦一个采煤面结束后，整个采空区形成了由若干个墩柱式固结充填体为支点和直接顶或老顶岩体为天花板的房室空间结构。所述的工作面柱式充填开采方法，其特征在于所述的膨胀性充填材料是由基料、膨胀剂、速凝剂、固化剂和水组成，其中基料为粉煤灰、矸石，膨胀剂为锌粉和石膏粉的混合物，速凝剂为石灰，固化剂为水泥。所述的工作面柱式充填开采方法，其特征在于所述的充填口为圆孔，充填口的直径为10～20cm，位于充填柱体的最上端，充填完成后封闭充填口。下面通过具体实施例说明本专利技术的具体操作方法：具体结合厚度为2米的煤层，对本专利技术一种工作面柱式填开采方法作具体说明①填尺寸确定：工作面相对位置村庄下面，其走向长度150米，倾向长度1000米，煤层厚度平均为2米，倾角6°～10°。经开采实测，初次来压步距即直接顶的破断步距为20～24米；②设计每个充填柱体1的宽度为4～5米、长度为5～6米，充填柱体的平行和垂直跨度为10～11米，沿平行工作面方向均匀布置11个充填柱体；③采用方砖和水泥堆砌组成充填柱体，且在其一侧上方设有充填口；④工作面采煤完毕，将多孔底卸式输送机5移至充填支架后顶梁后部并使其卸料口6位于充填柱体的充填口上部；打开卸料口6卸料，用膨胀性充填材料充满每个充填柱体，其膨胀性充填材料具体配比情况如下：粉煤灰、赤泥和尾砂400～550kg，锌粉0.8～1.1kg，石膏粉7～9kg，石灰80～90kg，水泥和炉渣30～40kg，水700～800kg。⑤待9～11小时后，膨胀性充填材料实现膨胀性凝固，充填体达到支撑能力；⑥重复③～⑤的步骤，直到一个工作面结束。最终，在采空区内形成了若干个均匀分布的柱式充填体。通过采用本柱式充填开采方法，充填率在12％左右。经观察测量达到以下效果：在采煤高度2米、埋藏深度300米、开采范围1000米×150米的情况下，地表沉降平均为2～4毫米，地表道路和房屋没有受到破坏，采区回采率达到99％。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术的一种工作面柱式充填开采方法，包括如下具体步骤：①在采煤工作面，沿其平行方向在采空区依次布置一排长方体的充填柱体：②采用方砖和水泥堆砌组成充填柱体，且在其一侧上方设有充填口；③工作面采煤完毕，将多孔底卸式输送机移至充填支架后顶梁后部并使其卸料口位于充填柱体的充填口上部；④打开卸料孔卸料，用膨胀性充填材料充满每个充填柱体；⑤充填工作完成后，关闭卸料口，将多孔底卸式输送机移至支架后顶梁前部，封闭充填柱体的充填口，而后前移充填液压支架割煤，进入下一循环；⑥膨胀性充填材料固结时间为9～11小时，在此期间，充填体会逐渐膨胀至充分接顶，从而达到支撑能力；⑦一个采煤面结束后，整个采空区形成了由若干个墩柱式固结充填体为由支点和以直接顶或老顶岩体为天花板组成的房室空间结构。

【技术特征摘要】
1.本发明的一种工作面柱式充填开采方法，包括如下具体步骤：①在采煤工作面，沿其平行方向在采空区依次布置一排长方体的充填柱体：②采用方砖和水泥堆砌组成充填柱体，且在其一侧上方设有充填口；③工作面采煤完毕，将多孔底卸式输送机移至充填支架后顶梁后部并使其卸料口位于充填柱体的充填口上部；④打开卸料孔卸料，用膨胀性充填材料充满每个充填柱体；⑤充填工作完成后，关闭卸料口，将多孔底卸式输送机移至支架后顶梁前部，封闭充填柱体的充填口，而后前移充填液压支架割煤，进入下一循环；⑥膨胀性充填材料固结时间为9～11小时，在此期间，充填体会逐渐膨胀至充分接顶，从而达到支撑能力；⑦一个采煤面结束后，整个采空区形成了由若干个墩柱式固结充填体为由支点和以直接顶或老顶岩体为天花板组成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李猛，张吉雄，陈杨，孟国豪，崔志中，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32