一种特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法

1.本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法。


背景技术：

2.采煤与生态环境保护之间的矛盾一直是我国煤炭开采技术的发展过程中亟待解决的问题。据不完全统计，每开采1t煤炭，约破坏2m3水资源，煤炭开采过程直接破坏了地下水含水层结构，改变了地下水含水层的补给、径流、排泄方式，影响了地下水含水层的水循环条件，形成地下水漏斗并对区域水资源造成极大的破坏。
3.特厚煤层的保水采煤开采一直是我国西部生态脆弱矿区煤炭高质量开发的卡脖子技术难题。
4.因此，如何合理、高效利用矿区煤矸石等固废产物，最大限度地提高特厚煤层采出率的同时，实现水资源保护(保水采煤)是煤炭科技工作者亟需解决的难题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法。
6.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
7.本发明提供一种特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法，包括以下步骤：
8.s1、针对特厚煤层采用下行开采的采煤方式；
9.s2、按照综合机械化采煤巷道布置方式掘进上分层的运煤巷道和回风巷道，在运煤巷道、回风巷道掘至工作面边界时开切眼，在切眼内同时布置采煤、支护设备；
10.s3、在相邻工作面之间留设区段煤柱；
11.s4、将注浆管路布置在靠近区段煤柱的巷道底板上；
12.s5、在区段煤柱的联络巷内布置一个注浆钻孔，同时在相邻工作面采空区内各布置两个注浆钻孔；
13.s6、按照综合机械化采煤巷道布置方式掘进下一个分层的运煤巷道和回风巷道，并在运煤巷道、回风巷道掘至工作面边界时开切眼，在切眼内同时布置采煤、支护设备；
14.s7、下分层工作面进行正常回采作业，当推进经过上分层区段煤柱联络巷时，布置在上分层区段煤柱旁的注浆管路开始从上分层联络巷和工作面采空区内的注浆钻孔注浆，形成充填体；
15.s8、重复步骤s2～s7，直至完成整个特厚煤层工作面的保水采煤作业。
16.进一步地，上述特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法中，上分层区段煤柱应设计位于下分层工作面倾斜方向的中间位。
17.进一步地，上述特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法中，下分层
工作面推进方向与上分层区段煤柱长度方向一致。
18.进一步地，上述特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法中，上分层联络巷和工作面采空区内的注浆钻孔之间的间距d为10～20m。
19.进一步地，上述特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法中，间距d的具体取值与充填体长度s相关。
20.进一步地，上述特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法中，注浆充填后形成的充填体高度h为采高的80％以上。
21.进一步地，上述特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法中，采煤设备包括采煤机和刮板输送机，支护设备包括综采液压支架。
22.进一步地，上述特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法中，采用特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法后，采动影响不破坏上覆具有生态保护或供水价值的含水层。
23.本发明的有益效果是：
24.本发明提供了一种特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法，可为特厚煤层保水开采提供新思路，该方法可有效保护地表生态水位和供水价值的含水层，该方法安全可靠、创新性强、效果明显，经济性与实用性高，具有广阔的应用前景。
25.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明开采结构的正视图；
28.图2是本发明开采结构的俯视图；
29.图3是本发明的方法原理局部放大图；
30.图4是本发明的导水裂隙带高度发育规律数值模拟曲线；
31.附图中，各部件的标号如下：
32.1-表土层；2-含水层；3-注浆钻孔；4-充填体；5-上分层区段煤柱；6-注浆管路。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
34.本发明提供一种特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法，包括以下步骤：
35.s1、针对特厚煤层采用下行开采的采煤方式；
36.s2、按照综合机械化采煤巷道布置方式掘进上分层的运煤巷道和回风巷道，在运
煤巷道、回风巷道掘至工作面边界时开切眼，在切眼内同时布置采煤、支护设备；采煤设备包括采煤机和刮板输送机，支护设备包括综采液压支架。
37.s3、在相邻工作面之间留设区段煤柱5；
38.s4、将注浆管路6布置在靠近区段煤柱5的巷道底板上；
39.s5、在区段煤柱5的联络巷内布置一个注浆钻孔3，同时在相邻工作面采空区内各布置两个注浆钻孔3；
40.s6、按照综合机械化采煤巷道布置方式掘进下一个分层的运煤巷道和回风巷道，并在运煤巷道、回风巷道掘至工作面边界时开切眼，在切眼内同时布置采煤、支护设备；采煤设备包括采煤机和刮板输送机，支护设备包括综采液压支架。
41.s7、下分层工作面进行正常回采作业，当推进经过上分层区段煤柱5联络巷时，布置在上分层区段煤柱5旁的注浆管路6开始从上分层联络巷和工作面采空区内的注浆钻孔3注浆，形成充填体4；
42.s8、重复步骤s2～s7，直至完成整个特厚煤层工作面的保水采煤作业。
43.本发明中，上分层区段煤柱5应设计位于下分层工作面倾斜方向的中间位。下分层工作面推进方向与上分层区段煤柱5长度方向一致。
44.本发明中，上分层联络巷和工作面采空区内的注浆钻孔3之间的间距d为10～20m。间距d的具体取值与充填体长度s相关。
45.本发明中，注浆充填后形成的充填体高度h为采高的80％以上。
46.本发明中，采用特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法后，采动影响不破坏上覆具有生态保护或供水价值的含水层2。
47.本发明的相关具体实施例为：
48.实施例一
49.某矿区矿井设计生产能力5.00mt/a，主采煤层为3#煤。煤层埋深为150m，3#煤层平均厚度为9m，煤层上覆地表含水层的富水性较强。考虑地表植被及生态环境保护要求，以及减小工作面开采时的涌水量和突水潜在灾害，需进行保水采煤作业，结合本发明的一种特厚煤层工作面分层开采区段煤柱充填保水采煤方法，描述其具体步骤如下：
50.1)按照综合机械化采煤巷道布置方式掘进上分层的运煤巷道与回风巷道，在运煤巷道与回风巷道掘至工作面边界时开切眼，在切眼内同时布置采煤机、刮板输送机和综采液压支架等主要采煤、支护设备，设计工作面长度l为200m，采高为3m，分3层开采；
51.2)在上分层相邻工作面之间留设区段煤柱5，设计区段煤柱5宽度w为20m，把注浆管路6布置在贴近区段煤柱5的地面上；在区段煤柱5的联络巷内布置一个注浆钻孔3，同时在相邻工作面内各布置两个注浆钻孔3，注浆钻孔3的间距d设计为15m，充填体长度设计为90m；
52.3)按照综合机械化采煤巷道布置方式掘进下一个分层的运煤巷道与回风巷道，并在运煤巷道与回风巷道掘至工作面边界时开切眼，在切眼内同时布置采煤机、刮板输送机和综采液压支架等主要采煤、支护设备，布置的上分层综采工作面之间的区段煤柱5位于下分层综采工作面的中间位置；
53.4)下分层工作面进行正常回采作业，当推进经过上分层区段煤柱5联络巷时，布置在上分层区段煤柱5旁的注浆管路6开始从联络巷和工作面内的注浆钻孔3注浆，形成矸石、
粉煤灰、水泥胶结充填体4，根据导水裂隙带高度发育规律数值模拟分析结果，如图4所示；充填体4的高度h设计为2.7m；
54.5)重复上述步骤，完成整个特厚煤层工作面的保水采煤作业。
55.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。