高陡边坡下部厚煤层的分层条带式无人化开采充填方法技术

本发明专利技术公开了一种高陡边坡下部厚煤层的分层条带式无人化开采充填方法，确定采硐的高度、宽度、最大开采长度和开采层数；由下向上逐层开采，每层均采用循环跳采，开采下一个采硐的同时，膏体充填系统对上一个采硐进行充填；完成最下部第一分层所有采硐的开采充填之后，回填第一层地基层，然后开采第二分层采硐，以此类推，直到回填第n

【技术实现步骤摘要】
高陡边坡下部厚煤层的分层条带式无人化开采充填方法


[0001]本专利技术涉及一种厚煤层开采充填方法，具体涉及一种高陡边坡下部厚煤层的分层条带式无人化开采充填方法。

技术介绍

[0002]露天开采相较于井工开采具有资源回收率高、安全性好的优点，但仍有部分煤炭资源被压覆于高陡边坡下部。国家法律法规规定，同一个露天矿坑不能同时出现两种开采方式，即不可用井工开采的方式回收正在生产的露天矿边坡压煤。为了提高煤炭资源回收率，个别露天煤矿尝试采用端帮采煤机自动化掘进回收边坡压煤，但受边坡安全因素限制，开采过程中开掘的采硐之间需留设大量的支撑煤柱，这些煤柱造成了端帮压煤的回收率低下。对于开掘的采硐及时充填可以恢复边坡完整性，也为回收支撑煤柱创造了条件。目前，膏体充填是较为理想的选择，一般采用煤矸石、粉煤灰等矿山固废物作为原材料，具有强度高、力学性能好、有利于环境保护的优点。目前，制约端帮采煤机回收边坡压煤及充填方法应用的主要因素除了顶底板和煤层的物理力学参数之外，煤层赋存产状及厚度也会影响开采方案的制定。目前，端帮采煤机多数是开采单一薄煤层，对于厚煤层、尤其是复杂产状的厚煤层，缺少安全可靠的技术方法，这造成了端帮压覆的厚煤层的资源回收率低下，即使采用充填开采，也无法实现对端帮压煤的充分回收，而且膏体充填的充实率无法保证，长期存在的未充实空腔会诱发上部边坡变形、沉陷，甚至形成滑坡。因此，迫切需要一种可以回收边坡下覆厚煤层的无人化充填开采方法，既能提高资源回收率，又能保证了高陡边坡安全性。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种高陡边坡下部厚煤层的分层条带式无人化开采充填方法，资源回收率高、成本低、工艺简单且安全性高。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高陡边坡下部厚煤层的分层条带式无人化开采充填方法，包括以下步骤：
[0005]步骤一：确定采硐的高度、宽度、最大开采长度和开采层数；
[0006]采硐高度的取值为：
[0007][0008]式中，H
h
为采硐高度，单位m；h
c
为厚煤层厚度，单位m；当厚煤层厚度超过5m时，则采硐高度最大按照5m进行分层；
[0009]采硐宽度计算公式为：
[0010][0011]式中，D
h
为采硐宽度，h为厚煤层顶板厚度，R
T
为厚煤层顶板的抗拉强度，γ为厚煤层的上覆岩层的容重，H为厚煤层的上覆岩层的高度；
[0012]采硐长度取值为：
[0013][0014]式中，L
h
为采硐长度，单位m；L
c
为厚煤层最大可采长度，单位m；当厚煤层最大可采长度不超过300m时，一次采全长；当厚煤层的长度超过300m时，则开采长度取300m；
[0015]步骤二：由厚煤层最下部第一分层开始开采，使用端帮采煤机，采用跳采方式循环M次进行开采，首次跳采时相邻采硐之间预留M
‑
1个采硐宽度的支撑煤柱，二次跳采时开采支撑煤柱的一个采硐的宽度，以此类推，直到最后一次跳采时开采最后一个采硐宽度的支撑煤柱；
[0016]步骤三：端帮采煤机开采下一个采硐的同时，膏体充填系统对上一个采硐进行充填；
[0017]步骤四：完成厚煤层第一分层所有采硐的开采充填之后，回填第一层地基层，地基层的第一层作为端帮采煤机开采第二分层时的站立平盘，其厚度等于采硐高度，宽度不小于50m，长度与第二分层的采硐分布范围相同；
[0018]步骤五：按照第一层采硐的开采充填方式对第二层采硐进行开采充填，然后回填第二层地基层以用于对第三分层采硐的开采；
[0019]步骤六：以此类推，直到回填第n
‑
1层地基层，进行厚煤层第n分层的开采和充填。
[0020]进一步的，所述采硐为近水平结构时，在开采完成后，在采硐顶板中线上安装压力传感器，相邻压力传感器的间距为10m。
[0021]进一步的，所述采硐为逆倾结构且倾角大于5
°
时，对采硐进行后退式充填直至硐口。
[0022]进一步的，所述采硐为顺倾结构且倾角大于5
°
时，从高陡边坡顶部打钻孔至采硐末端，对采硐进行前进式充填。
[0023]进一步的，所述采硐为近水平结构时，对采硐进行分区段后退式充填，每个区段的长度为10m，每个区段完成充填之后使用挡板对膏体充填材料进行挤压，当压力传感器有压力数据回传时停止挤压，然后进行下一区段的充填；充填至最后一个区段时，对采硐硐口进行半封闭，仅留下充填管道的撤出空间，充填完成之后，采用露天矿剥离物进行硐口封堵。
[0024]进一步的，所述采硐为近水平结构时，对采硐进行分段充填，每个区段的长度为10m，采硐的顶板预设充填管道，相邻区段之间采用间隔气垫进行隔断，间隔气垫左右两端嵌入在采硐的隔离槽中，采硐硐口采用剥离物进行回填封闭；充填管道在隔离气垫的托举作用下，与采硐顶板贴合，充填管道在每个区段内均开设多个注浆孔，膏体充填材料由注浆孔流出充填相应区段，当压力传感器有压力数据回传且逐渐增长至稳定值时，代表压力传感器所在区段已经充填密实；所有区段均完成充填之后，从硐口位置切断充填管并封堵管道口，完成该采硐的全部充填工作。
[0025]进一步的，所述隔离槽由端帮采煤机的滚筒两端的伸缩式切割头向外延伸截割形成；间隔气垫的宽度比采硐宽度大1m，高度与采硐高度相同。
[0026]与现有技术相比，本专利技术通过对高陡边坡下部不同产状的厚煤层进行分层开采和
及时充填，极大的提高了边坡下部厚煤层的资源回收率，分层回填地基层不仅给分层采煤创造了作业平台，同时通过压脚作用提高了高陡边坡的稳定性；同一分层采用间隔开采的方式实现了开采与充填工作互不影响，利用煤层的顺倾和逆倾结构，实现了膏体充填物料依靠重力达到较高的充实率；同时利用压实或者隔离设备和压力传感器对近水平采硐的膏体充实率进行测定和调整，使得不同产状的采硐均能达到很高的充实率，工艺简单，成本投入低。
附图说明
[0027]图1为本专利技术厚煤层分层开采示意图；
[0028]图2为本专利技术第一种水平厚煤层分层充填示意图；
[0029]图3为本专利技术顺倾厚煤层分层充填示意图；
[0030]图4为本专利技术逆倾厚煤层分层充填示意图；
[0031]图5为本专利技术厚煤层分层及采硐顺序示意图；
[0032]图6为本专利技术无人机喷射压力传感器示意图；
[0033]图7为图1中端帮采煤机位置放大示意图；
[0034]图8为本专利技术第二种水平厚煤层分层充填示意图；
[0035]图9为图8中采硐填充时内部结构示意图；
[0036]图10为隔离槽截割示意图；
[0037]图中：1、上覆岩层；2、厚煤层；3、煤层底板；4、端帮采煤机；5、采硐；6、地锚；7、锚定钻孔；8、地基层；9、锚定钢管；10、第一采硐；11、运输单元；12、临时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高陡边坡下部厚煤层的分层条带式无人化开采充填方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：确定采硐(5)的高度、宽度、最大开采长度和开采层数；采硐(5)高度的取值为：式中，H
h
为采硐(5)高度，单位m；h
c
为厚煤层(2)厚度，单位m；当厚煤层(2)厚度超过5m时，则采硐(5)高度最大按照5m进行分层；采硐(5)宽度计算公式为：式中，D
h
为采硐(5)宽度，h为厚煤层(2)顶板厚度，R
T
为厚煤层(2)顶板的抗拉强度，γ为厚煤层(2)的上覆岩层(1)的容重，H为厚煤层(2)的上覆岩层(1)的高度；采硐(5)长度取值为：式中，L
h
为采硐(5)长度，单位m；L
c
为厚煤层(2)最大可采长度，单位m；当厚煤层(2)最大可采长度不超过300m时，一次采全长；当厚煤层(2)的长度超过300m时，则开采长度取300m；步骤二：由厚煤层(2)最下部第一分层开始开采，使用端帮采煤机(4)，采用跳采方式循环M次进行开采，首次跳采时相邻采硐(5)之间预留M
‑
1个采硐(5)宽度的支撑煤柱(14)，二次跳采时开采支撑煤柱(14)的一个采硐(5)的宽度，以此类推，直到最后一次跳采时开采最后一个采硐(5)宽度的支撑煤柱(14)；步骤三：端帮采煤机(4)开采下一个采硐(5)的同时，膏体充填系统(16)对上一个采硐(5)进行充填；步骤四：完成厚煤层(2)第一分层所有采硐(5)的开采充填之后，回填第一层地基层(8)，地基层(8)的第一层作为端帮采煤机(4)开采第二分层时的站立平盘，其厚度等于采硐(5)高度，宽度不小于50m，长度与第二分层的采硐(5)分布范围相同；步骤五：按照第一层采硐(5)的开采充填方式对第二层采硐(5)进行开采充填，然后回填第二层地基层(8)以用于对第三分层采硐(5)的开采；步骤六：以此类推，直到回填第n
‑
1层地基层(8)，进行厚煤层(2)第n分层的开采和充填。2.根据权利要求1所述的一种高陡边坡下部厚煤层的分层条带式无人化开采充填方法，其特征在于：所述采硐(5)为近水平结构时，在开采完成后，在采硐(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪莲，王宇，韩流，王小红，
申请(专利权)人：徐州恩德沃迈技术服务有限责任公司，
类型：发明
国别省市：