一种无隔离煤柱充填开采与构建采空区储库的方法技术

本发明专利技术公开了一种无隔离煤柱充填开采与构建采空区储库的方法，其无隔离煤柱充填开采方法，包括步骤：一、沿运输大巷规划出长壁工作面和条带充填开采工作面；二、回采条带充填开采工作面，并同步留设顺槽；三、开采长壁工作面；其无隔离煤柱充填开采并构建采空区储库的方法，包括步骤：一、沿运输大巷规划出长壁工作面和条带充填开采工作面；二、回采条带充填开采工作面，并同步留设顺槽；三、采用间断充填的方式开采长壁工作面并在长壁工作面采空区中构建储库。本发明专利技术不仅保障了安全生产，还能提高开采、充填效率，所构建的储库能够用于储存天然气、工业固废，或封存CO2、压缩空气储能、抽水蓄能等，增加煤炭开采的附加社会经济效益。增加煤炭开采的附加社会经济效益。增加煤炭开采的附加社会经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种无隔离煤柱充填开采与构建采空区储库的方法


[0001]本专利技术属于无煤柱开采及采空区利用
，具体涉及一种无隔离煤柱充填开采与构建采空区储库的方法。

技术介绍

[0002]井工煤矿一般通过留设隔离煤柱隔绝工作面巷道与相邻采空区，避免巷道风路进入采空区、采空区瓦斯和矿井水进入巷道，同时隔离煤柱承载部分顶板压力。隔离煤柱宽度一般为20m～50m，工作面回采之后，隔离煤柱一般都无法回收，由此导致煤炭资源回收率低。为此，众多学者开展了无(小)煤柱开采研究，提出了沿空留巷、沿空掘巷等方法。
[0003]充填沿空留巷是最早的无煤柱开采技术，随着回采推进，采用充填方式在采空区边缘构筑充填墙体，充填墙一方面隔绝巷道与采空区，另一方面支撑顶板岩层，保留回采巷道，所留巷道继续服务相邻工作面的生产作业。沿空留巷不仅能实现无煤柱开采，提高煤炭资源回收率，还能减少大量巷道掘进量。但沿空留巷充填墙体一般较窄，力学承载能力有限，留巷支护难度大，后期维护成本高；且留巷充填墙构筑时其两侧均需要架设模板，施工组织困难，接顶效果差。
[0004]采空区碎石、瓦斯、矿井水等会严重威胁沿空巷道作业安全，同时沿空巷道后期维护成本较高，因此一般采用留窄煤柱掘巷，即采空区与巷道之间留置3m～8m的煤柱。窄煤柱还是不可避免地丢失部分煤炭资源，同时沿空巷道的稳定性总体偏差，存在安全隐患。因此，亟需变革传统无煤柱开采方法，提高无煤柱开采技术的适用性。

技术实现思路

[0005]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，提供一种无隔离煤柱充填开采方法，其能够通过优化割煤与充填工序组织，实现割煤与充填工序分离，不仅保障了安全生产，还能提高开采、充填效率，确保了条带煤柱和条带采空区的稳定性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种无隔离煤柱充填开采方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、沿运输大巷规划出长壁工作面和条带充填开采工作面；
[0008]步骤二、回采条带充填开采工作面，并同步留设顺槽；
[0009]步骤三、开采长壁工作面。
[0010]上述的一种无隔离煤柱充填开采方法，其特征在于：步骤二中所述回采条带充填开采工作面，并同步留设顺槽的具体方法为：
[0011]步骤201、在条带充填开采工作面规划回风顺槽、进风顺槽和联络巷道，回风顺槽与回风大巷相连，进风顺槽与运输大巷相连；
[0012]步骤202、根据条带充填开采工作面的尺寸参数和采矿工艺要求，设计开采条带的布置形式、开采条带的宽度和条带煤柱/充填柱的宽度；
[0013]步骤203、掘进规划的回风顺槽和进风顺槽，形成条带开采作业空间；
[0014]步骤204、回采条带煤层，并充填或支护条带采空区，形成充填体或联络巷道。
[0015]上述的一种无隔离煤柱充填开采方法，其特征在于：步骤一中所述沿运输大巷规划出长壁工作面和条带充填开采工作面时，长壁工作面和条带充填开采工作面间隔布设；
[0016]步骤202中所述开采条带的布置形式包括垂直回风顺槽布置和平行回风顺槽布置；
[0017]当垂直回风顺槽布置开采条带时，步骤203中所述掘进规划的回风顺槽和进风顺槽时，是在条带充填开采工作面的两个边沿分别掘进一条回风顺槽和一条进风顺槽；步骤204中所述回采条带煤层，并充填或支护条带采空区，形成充填体或联络巷道的具体过程为：
[0018]步骤204A1、根据开采条带的宽度，将条带充填开采工作面划分为多个垂直于回风顺槽的回采条带，从距离运输大巷最远的回采条带开始，将若干个相邻的回采条带划分为一个采充单元；
[0019]步骤204A2、在位于长壁工作面一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，往运输大巷方向间隔回采条带，形成条带煤柱、条带采空区和条带开采工作面；
[0020]步骤204A3、在位于长壁工作面一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，背离运输大巷方向顺序充填条带采空区，形成条带充填工作面和条带充填柱；与此同时，在位于长壁工作面另一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，往运输大巷方向间隔回采条带，形成条带煤柱、条带采空区和条带开采工作面；
[0021]步骤204A4、在位于长壁工作面一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，往运输大巷方向间隔回采条带煤柱，形成条带采空区和条带开采工作面；与此同时，在位于长壁工作面另一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，背离运输大巷方向顺序充填条带采空区，形成条带充填工作面和条带充填柱；
[0022]步骤204A5、在位于长壁工作面一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，背离运输大巷方向顺序充填条带采空区；与此同时，在位于长壁工作面另一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，往运输大巷方向间隔回采条带煤柱，形成条带采空区和条带开采工作面；
[0023]步骤204A6、在位于长壁工作面一侧的条带充填开采工作面的第二个采充单元内，往运输大巷方向间隔回采条带；与此同时，在位于长壁工作面另一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，背离运输大巷方向顺序充填条带采空区；
[0024]步骤204A7、依据步骤204A2～步骤204A6的方法，在各个采充单元内，充填回采位于长壁工作面两侧的条带充填开采工作面，将除运输大巷附近的护巷煤柱之外的条带充填回采完毕；充填回采过程中，根据步骤201中规划的联络巷道，留设部分条带采空区，进行支护，形成联络巷道；
[0025]当平行回风顺槽布置开采条带时，步骤203中所述掘进规划的回风顺槽和进风顺槽时，是在条带充填开采工作面的两个边沿分别掘进一段回风顺槽和一段进风顺槽，并在条带充填开采工作面的中间掘进一条中部进风顺槽，且中部进风顺槽与一段回风顺槽和一段进风顺槽均连通；步骤204中所述回采条带煤层，并充填或支护条带采空区，形成充填体或联络巷道的具体过程为：
[0026]步骤204B1、将条带充填开采工作面划分为多个采充单元，相邻两个采充单元之间
留设规划联络巷条带，根据开采条带的宽度，将每个采充单元内的条带充填开采工作面划分为多个平行于回风顺槽的回采条带；
[0027]步骤204B2、将距离运输大巷最近的采充单元确定为首个采充单元，在位于长壁工作面一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，掘进规划联络巷条带，形成联络巷道，以中部回风顺槽为参考，间隔回采条带，形成条带煤柱和条带采空区；
[0028]步骤204B3、在位于长壁工作面一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，顺序充填条带采空区，形成条带充填柱，保留回风顺槽、进风顺槽、中部进风顺槽和联络巷道；与此同时，在位于长壁工作面另一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，回采规划联络巷条带，形成联络巷道，以中部回风顺槽为参考，间隔回采条带，形成条带煤柱和条带采空区；
[0029]步骤204B4、在位于长壁工作面一侧的条带充填开采工作面的首个采充单元内，回采除中部进风顺槽两侧之外的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无隔离煤柱充填开采方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、沿运输大巷(5)规划出长壁工作面(2)和条带充填开采工作面(1)；步骤二、回采条带充填开采工作面(1)，并同步留设顺槽；步骤三、开采长壁工作面(2)。2.按照权利要求1所述的一种无隔离煤柱充填开采方法，其特征在于：步骤二中所述回采条带充填开采工作面(1)，并同步留设顺槽的具体方法为：步骤201、在条带充填开采工作面(1)规划回风顺槽(4)、进风顺槽(6)和联络巷道(16)，回风顺槽(4)与回风大巷(3)相连，进风顺槽(6)与运输大巷(5)相连；步骤202、根据条带充填开采工作面(1)的尺寸参数和采矿工艺要求，设计开采条带的布置形式、开采条带的宽度和条带煤柱/充填柱的宽度；步骤203、掘进规划的回风顺槽(4)和进风顺槽(6)，形成条带开采作业空间；步骤204、回采条带煤层，并充填或支护条带采空区，形成充填体或联络巷道。3.按照权利要求2所述的一种无隔离煤柱充填开采方法，其特征在于：步骤一中所述沿运输大巷(5)规划出长壁工作面(2)和条带充填开采工作面(1)时，长壁工作面(2)和条带充填开采工作面(1)间隔布设；步骤202中所述开采条带的布置形式包括垂直回风顺槽(4)布置和平行回风顺槽(4)布置；当垂直回风顺槽(4)布置开采条带时，步骤203中所述掘进规划的回风顺槽(4)和进风顺槽(6)时，是在条带充填开采工作面(1)的两个边沿分别掘进一条回风顺槽(4)和一条进风顺槽(6)；步骤204中所述回采条带煤层，并充填或支护条带采空区，形成充填体或联络巷道的具体过程为：步骤204A1、根据开采条带的宽度，将条带充填开采工作面(1)划分为多个垂直于回风顺槽(4)的回采条带(8)，从距离运输大巷(5)最远的回采条带(8)开始，将若干个相邻的回采条带划分为一个采充单元；步骤204A2、在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，往运输大巷(5)方向间隔回采条带，形成条带煤柱(9)、条带采空区(10)和条带开采工作面(11)；步骤204A3、在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，背离运输大巷(5)方向顺序充填条带采空区(10)，形成条带充填工作面(12)和条带充填柱(13)；与此同时，在位于长壁工作面(2)另一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，往运输大巷(5)方向间隔回采条带，形成条带煤柱(9)、条带采空区(10)和条带开采工作面(11)；步骤204A4、在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，往运输大巷(5)方向间隔回采条带煤柱(9)，形成条带采空区(10)和条带开采工作面(11)；与此同时，在位于长壁工作面(2)另一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，背离运输大巷(5)方向顺序充填条带采空区(10)，形成条带充填工作面(12)和条带充填柱(13)；步骤204A5、在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，背离运输大巷(5)方向顺序充填条带采空区(10)；与此同时，在位于长壁工作面(2)另一
侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，往运输大巷(5)方向间隔回采条带煤柱(9)，形成条带采空区(10)和条带开采工作面(11)；步骤204A6、在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的第二个采充单元(12)内，往运输大巷(5)方向间隔回采条带；与此同时，在位于长壁工作面(2)另一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，背离运输大巷(5)方向顺序充填条带采空区(10)；步骤204A7、依据步骤204A2～步骤204A6的方法，在各个采充单元内，充填回采位于长壁工作面(2)两侧的条带充填开采工作面(1)，将除运输大巷(5)附近的护巷煤柱(15)之外的条带充填回采完毕；充填回采过程中，根据步骤201中规划的联络巷道(16)，留设部分条带采空区，进行支护，形成联络巷道(16)；当平行回风顺槽(4)布置开采条带时，步骤203中所述掘进规划的回风顺槽(4)和进风顺槽(6)时，是在条带充填开采工作面(1)的两个边沿分别掘进一段回风顺槽(4)和一段进风顺槽(6)，并在条带充填开采工作面(1)的中间掘进一条中部进风顺槽(18)，且中部进风顺槽(18)与一段回风顺槽(4)和一段进风顺槽(6)均连通；步骤204中所述回采条带煤层，并充填或支护条带采空区，形成充填体或联络巷道(16)的具体过程为：步骤204B1、将条带充填开采工作面(1)划分为多个采充单元，相邻两个采充单元之间留设规划联络巷条带(21)，根据开采条带的宽度，将每个采充单元内的条带充填开采工作面(1)划分为多个平行于回风顺槽(4)的回采条带(8)；步骤204B2、将距离运输大巷(5)最近的采充单元确定为首个采充单元(7)，在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，掘进规划联络巷条带(21)，形成联络巷道(16)，以中部回风顺槽(18)为参考，间隔回采条带，形成条带煤柱(9)和条带采空区(10)；步骤204B3、在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，顺序充填条带采空区(10)，形成条带充填柱(13)，保留回风顺槽(4)、进风顺槽(6)、中部进风顺槽(18)和联络巷道(16)；与此同时，在位于长壁工作面(2)另一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，回采规划联络巷条带(21)，形成联络巷道(16)，以中部回风顺槽(18)为参考，间隔回采条带，形成条带煤柱(9)和条带采空区(10)；步骤204B4、在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，回采除中部进风顺槽(18)两侧之外的条带煤柱(9)，形成条带采空区(10)；与此同时，在位于长壁工作面(2)另一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，顺序充填条带采空区(10)，形成条带充填柱(13)，保留回风顺槽(4)、进风顺槽(6)、中部进风顺槽(18)和联络巷道(16)；步骤204B5、在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，充填中部进风顺槽(18)；与此同时，在位于长壁工作面(2)另一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，回采除中部进风顺槽(18)两侧之外的条带煤柱(9)，形成条带采空区(10)；步骤204B6、在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，回采原中部进风顺槽(18)两侧的条带煤柱(9)，形成条带采空区(10)；与此同时，在位于长壁工作面(2)另一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，充填中部进风顺
槽(18)；步骤204B7、在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，充填原中部进风顺槽(18)两侧的条带采空区(10)；与此同时，在位于长壁工作面(2)另一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，回采原中部进风顺槽(18)两侧的条带煤柱(9)，形成条带采空区(10)；步骤204B8、在位于长壁工作面(2)一侧的条带充填开采工作面(1)的第二个采充单元(14)内，掘进规划联络巷条带(21)，形成联络巷道(16)，以中部回风顺槽(18)为参考，间隔回采条带，形成条带煤柱(9)和条带采空区(10)；与此同时，在位于长壁工作面(2)另一侧的条带充填开采工作面(1)的首个采充单元(7)内，充填原中部回风顺槽(18)两侧的条带采空区(10)；步骤204B9、依据步骤204B2～步骤204B8的方法，在各个采充单元内，充填回采位于长壁工作面(2)两侧的条带充填开采工作面(1)。4.按照权利要求2或3所述的一种无隔离煤柱充填开采方法，其特征在于：步骤202中所述根据条带充填开采工作面(1)的尺寸参数和采矿工艺要求，设计开采条带的布置形式、开采条带的宽度和条带煤柱/充填柱的宽度时，采用的方法为：步骤2021、计算条带充填开采工作面(1)的采空区顶板岩层满足梁式稳定性要求下的开采条带宽度a
b
；步骤2022、根据a
b
计算条带充填开采工作面(1)的采空区顶板岩层满足梁式稳定性要求和板式稳定性要求下的开采条带极限宽度a
max
；步骤2023、取开采条带宽度a的值等于a
max
，并计算开采条带宽度a下的条带煤柱/充填柱的极限宽度b
min
；步骤2024、比较b
min
与a
max
的大小，当b
min
≤a
max
时，取条带煤柱/充填柱的宽度b＝a；当b
min
＞a
max
时，取条带煤柱/充填柱的宽度5.按照权利要求4所述的一种无隔离煤柱充填开采方法，其特征在于：步骤2021中所述计算条带充填开采工作面(1)的采空区顶板岩层满足梁式稳定性要求下的开采条带宽度a
b
，采用的计算公式为：其中，h为基本顶的厚度，q为基本顶重量及其上覆载荷，R
T
为基本顶的极限抗拉强度，R
s
为基本顶的极限抗剪强度；步骤2022中所述根据a
b
计算条带充填开采工作面(1)的采空区顶板岩层满足梁式稳定性要求和板式稳定性要求下的开采条带极限宽度a
max
，采用的计算公式为：其中，u为基本顶的泊松比，l为条带充填开采工作面(1)的长度；步骤2023中所述计算开采条带宽度a下的条带煤柱/充填柱的极限宽度b
min
，采用的计
算公式为：其中，r
p
为充填条带塑性区宽度，且r
p
的计算公式为：σ
p
为条带煤柱/充填柱强度，γ为上覆岩层的平均容重，H为开采深度，M为煤柱/充填柱高度，A为侧压系数，d为开采扰动系数，K为条带煤柱/充填柱上最大应力集中系数，α为煤层倾角，c0为条带煤柱/充填柱与顶、底板的粘聚力，为煤柱/充填柱与顶、底板的内摩擦角。6.一种采用如权利要求1所述无隔离煤柱充填开采方法进行开采并构建采空区储库的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、沿运输大巷(5)规划出长壁工作面(2)和条带充填开采工作面(1)；步骤二、回采条带充填开采工作面(1)，并同步留设顺槽；步骤三、采用间断充填的方式开采长壁工作面(2)并在长壁工作面(2)采空区中构建储库。7.按照权利要求6所述的进行开采构建采空区储库的方法，其特征在于：步骤一中所述沿运输大巷(5)规划出长壁工作面(2)和条带充填开...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱梦博，刘浪，王双明，张波，侯东壮，郇超，方治余，阮仕山，杨潘，屈慧升，孙伟吉，解耿，
申请(专利权)人：西安弗尔绿创矿业科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：