短-长壁间断充填无煤柱开采方法与构筑存储空间的方法技术

本发明专利技术公开了一种短

【技术实现步骤摘要】
短
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长壁间断充填无煤柱开采方法与构筑存储空间的方法


[0001]本专利技术属于无煤柱开采及采空区利用
，具体涉及一种短
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长壁间断充填无煤柱开采方法与构筑存储空间的方法。

技术介绍

[0002]煤炭作为一种不可再生自然资源，一直是我国能源的主体，低回采率和环境问题是煤炭资源开发利用必须要解决的重大问题。我国井工煤矿(占70～ 80％)开采过程中留置了大量煤柱，煤柱的留置是造成回采率低的主要因数之一。而且，受集中应力影响，留置采空区的煤柱容易压酥，甚至被压碎，极易造成采空区煤柱自然发火，对安全生产构成威胁。为此，国内外学者开始研究无煤柱开采方式。
[0003]近几十年中，在国内外对无煤柱开采的研究主要集中在沿空留巷、沿空掘巷和“短充长采”开采技术，然而，无论是沿空留巷、沿空掘巷还是“短充长采”技术，回采工作面及采空区均处于开采形成的“长壁梁”下，采空区大面积悬空，随时有坍塌垮落的危险。此外，各采区的连通性较高，给采空区的有效管理增加了难度，一旦发生火灾、瓦斯、有毒有害气体突出等事故容易蔓延整个矿井，轻则影响工作面正常生产，重则会危及工作人员生命。部分无煤柱开采方法采用充填体置换煤柱，开采顺序为先预留煤柱再进行工作面回采，待回采完成后采用充填体置换煤柱，该法工作面后方采空区管理方法仍是全部垮落法，与传统开采工艺无异。
[0004]另外，在沿空留巷的基础上，公开号为CN112502707A的中国专利公开了一种膏体预充填置换煤柱的全井田无煤柱开采方法，马立强等发表了论文《厚煤层巷内预置充填带无煤柱开采技术》，均提出了一种采用预置充填体置换煤柱，实现了无煤柱开采，提高了煤炭资源的回采率。但这些方法采用先成巷后预置充填体，这种方式给充填作业和后期维护增加了极大的困难。首先，成巷后充填，充填料浆失去了原有的煤壁作为挡墙，该方法需要重新构筑挡墙，这将极大的增加充填成本和延长施工周期，而且由于挡墙过长给充填料浆的封堵增加的难度。其次，成巷后充填，形成的断面过大，受开采扰动影响，集中应力作用下，未固化/固化后的充填体均易发生失稳破坏，为安全生产留下了隐患。
[0005]此外，地下采空区遗留一直是制约采矿持续发展的主要因素，它为后续的生产、环境和社会遗留下大量的安全隐患。在新时代煤炭供给侧改革的背景下，地下采空区的开发利用，具有重要的政治和经济及战略意义。但是，现有技术中还缺乏煤炭开采协同采空区空间利用的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种提高了煤矿开采的回采率，且能够有效降低充填体受开采扰动的影响，避免充填体的失稳破坏发生的短
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长壁间断充填无煤柱开采方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种短
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长壁间断充填无煤柱开
采方法，该方法包括以下步骤：
[0008]步骤一、将开采区间划分为准备工作面和连续的多个短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面，每个所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面均包括依次设置的一个长壁开采工作面和一个短壁开采工作面；
[0009]步骤二、对准备工作面进行开采；
[0010]步骤三、依次对多个短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面进行开采；其中，对每个短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面进行开采的具体过程为：
[0011]步骤301、采用窄条带充填开采的方法对所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的短壁开采工作面进行开采；
[0012]步骤302、采用综合机械化采煤工艺对所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的长壁开采工作面进行开采。
[0013]上述的短
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长壁间断充填无煤柱开采方法，所述准备工作面为一个掘进工作面，步骤二中所述对准备工作面进行开采的具体方法为：采用掘进机或连采机在准备工作面掘出一条巷道。
[0014]上述的短
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长壁间断充填无煤柱开采方法，每个所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的短壁开采工作面均为三条式短壁开采工作面，步骤 301中所述采用窄条带充填开采的方法对所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的短壁开采工作面进行开采的方法为：
[0015]步骤A1、将短壁开采工作面沿垂直于大巷的方向划分两个掘进工作面和位于两个掘进工作面之间的一个条带式充填开采工作面；
[0016]步骤A2、采用窄条带充填开采的方法对条带式充填开采工作面进行开采；具体方法为：
[0017]步骤A201、将条带式充填开采工作面划分为m个窄条带；其中，m的取值为非零自然数；
[0018]步骤A202、对m个窄条带进行开采；其中，对每个窄条带进行开采的方法为：采用掘进机或连采机背离大巷掘通窄条带，形成窄条带采空区，将窄条带采空区沿平行于大巷的方向划分为N个短条带，将相邻两个短条带之间的空隙留作联络巷3
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22；再采用充填材料依次对N个短条带进行充填，形成N个短条带充填体；其中，N的取值为非零自然数；
[0019]步骤A3、在两个掘进工作面，采用掘进机或连采机背离大巷各掘出一条巷道。
[0020]上述的短
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长壁间断充填无煤柱开采方法，所述准备工作面为五条式短壁开采工作面，每个所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的短壁开采工作面均为五条式短壁开采工作面，步骤二中所述对准备工作面进行开采的方法与步骤301中所述采用窄条带充填开采的方法对所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的短壁开采工作面进行开采的方法相同且均为：
[0021]步骤B1、将短壁开采工作面沿垂直于大巷的方向划分三个掘进工作面和间隔位于三个掘进工作面之间的两个条带式充填开采工作面；
[0022]步骤B2、采用窄条带充填开采的方法对条带式充填开采工作面进行开采；具体方法为：
[0023]步骤B201、将条带式充填开采工作面划分为m个窄条带；其中，m的取值为非零自然
数；
[0024]步骤B202、对m个窄条带进行开采；其中，对每个窄条带进行开采的方法为：采用掘进机或连采机背离大巷掘通窄条带，形成窄条带采空区，将窄条带采空区沿平行于大巷的方向划分为N个短条带，将相邻两个短条带之间的空隙留作联络巷3
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22；再采用充填材料依次对N个短条带进行充填，形成N个短条带充填体；其中，N的取值为非零自然数；
[0025]步骤B3、在三个掘进工作面，采用掘进机或连采机背离大巷各掘出一条巷道。
[0026]本专利技术还公开了一种构筑的存储空间互不影响，存储安全性高，不仅利用了采空区，还能够消除固废和废气对环境的不利影响的短
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长壁间断充填无煤柱开采构筑存储空间的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种短
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长壁间断充填无煤柱开采方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将开采区间划分为准备工作面(1)和连续的多个短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面，每个所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面均包括依次设置的一个长壁开采工作面(2)和一个短壁开采工作面(3)；步骤二、对准备工作面(1)进行开采；步骤三、依次对多个短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面进行开采；其中，对每个短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面进行开采的具体过程为：步骤301、采用窄条带充填开采的方法对所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的短壁开采工作面(3)进行开采；步骤302、采用综合机械化采煤工艺对所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的长壁开采工作面(2)进行开采。2.按照权利要求1所述的短
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长壁间断充填无煤柱开采方法，其特征在于：所述准备工作面(1)为一个掘进工作面，步骤二中所述对准备工作面(1)进行开采的具体方法为：采用掘进机或连采机在准备工作面(1)掘出一条巷道。3.按照权利要求2所述的短
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长壁间断充填无煤柱开采方法，其特征在于：每个所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的短壁开采工作面(3)均为三条式短壁开采工作面，步骤301中所述采用窄条带充填开采的方法对所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的短壁开采工作面(3)进行开采的方法为：步骤A1、将短壁开采工作面(3)沿垂直于大巷(4)的方向划分两个掘进工作面(3
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1)和位于两个掘进工作面(3
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1)之间的一个条带式充填开采工作面(3
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2)；步骤A2、采用窄条带充填开采的方法对条带式充填开采工作面(3
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2)进行开采；具体方法为：步骤A201、将条带式充填开采工作面(3
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2)划分为m个窄条带；其中，m的取值为非零自然数；步骤A202、对m个窄条带进行开采；其中，对每个窄条带进行开采的方法为：采用掘进机或连采机背离大巷(4)掘通窄条带，形成窄条带采空区，将窄条带采空区沿平行于大巷(4)的方向划分为N个短条带(3
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21)，将相邻两个短条带(3
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21)之间的空隙留作联络巷3
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22；再采用充填材料依次对N个短条带(3
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21)进行充填，形成N个短条带充填体(5)；其中，N的取值为非零自然数；步骤A3、在两个掘进工作面(3
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1)，采用掘进机或连采机背离大巷(4)各掘出一条巷道。4.按照权利要求1所述的短
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长壁间断充填无煤柱开采方法，其特征在于：所述准备工作面(1)为五条式短壁开采工作面，每个所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的短壁开采工作面(3)均为五条式短壁开采工作面，步骤二中所述对准备工作面(1)进行开采的方法与步骤301中所述采用窄条带充填开采的方法对所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的短壁开采工作面(3)进行开采的方法相同且均为：步骤B1、将短壁开采工作面(3)沿垂直于大巷(4)的方向划分三个掘进工作面(3
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1)和间隔位于三个掘进工作面(3
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1)之间的两个条带式充填开采工作面(3
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2)；步骤B2、采用窄条带充填开采的方法对条带式充填开采工作面(3
‑
2)进行开采；具体方法为：
步骤B201、将条带式充填开采工作面(3
‑
2)划分为m个窄条带；其中，m的取值为非零自然数；步骤B202、对m个窄条带进行开采；其中，对每个窄条带进行开采的方法为：采用掘进机或连采机背离大巷(4)掘通窄条带，形成窄条带采空区，将窄条带采空区沿平行于大巷(4)的方向划分为N个短条带(3
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21)，将相邻两个短条带(3
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21)之间的空隙留作联络巷3
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22；再采用充填材料依次对N个短条带(3
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21)进行充填，形成N个短条带充填体(5)；其中，N的取值为非零自然数；步骤B3、在三个掘进工作面(3
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1)，采用掘进机或连采机背离大巷(4)各掘出一条巷道。5.一种采用如权利要求4所述短
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长壁间断充填无煤柱开采方法构筑存储空间的方法，其特征在于，该方法为：步骤302中所述采用综合机械化采煤工艺对所述短
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长壁间断充填无煤柱开采工作面中的长壁开采工作面(2)进行开采时，利用液压支架机械化铺设顶网；并在采空区悬顶距离小于充填侧壁最大间隔宽度之前，采用充填材料进行平行于大巷(4)方向的条带式充填，形成存储空间侧壁(7)，直至长壁开采工作面(2)开采完毕；所述存储空间侧壁(7)的两端均顶在短条带充填体(5)上，相邻两个存储空间侧壁(7)之间的空间为存储空间(8)，且相邻两个存储空间侧壁(7)之间设有密闭门(9)。6.一种采用如权利要求6所述短
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长壁间断充填无煤柱开采方法构筑存储空间的方法，其特征在于：所述充填侧壁最大间隔宽度的确定方法分以下两种情况确定：当假设基本顶为板式断裂时，根据公式计算充填侧壁最大间隔宽度L
max
；当假设基本顶为梁式断裂时，根据公式计算充填侧壁最大间隔宽度L
max
；其中，L
max
的单位为m；w为组成基本顶各岩层总厚度，单位为m；h
i
为基本顶往上第i层岩层厚度，单位为m，i的取值为1～n的自然数，n为基本顶往上岩层的总层数；h1为基本顶厚度，单位为m；μ为基本顶泊松比；R
T
为煤层基本顶岩层的抗拉强度，单位为MPa；γ
i
为基本顶往上第i层岩层容重，单位为MN/m3；E
i
为基本顶往上第i层岩层弹性模量，单位为MPa；E1为基本顶弹性模量，单位为MPa。7.按照权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浪，张波，朱梦博，郇超，侯东壮，王美，方治余，阮仕山，杨潘，孙伟吉，屈慧升，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：