控制覆巖裂隙與地表沉陷的掘采充平行作業(yè)的采煤方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種控制覆巖裂隙與地表沉陷的掘采充平行作業(yè)的采煤方法，在采場(chǎng)內(nèi)布置采場(chǎng)運(yùn)輸巷、采場(chǎng)支巷和雙翼式采硐，其中運(yùn)輸巷和采場(chǎng)支巷為運(yùn)輸巷道，在雙翼式采硐內(nèi)進(jìn)行采煤作業(yè)。依次開(kāi)采所有的雙翼式采硐，并依次對(duì)其進(jìn)行及時(shí)充填，雙翼式采硐兩側(cè)始終由未開(kāi)采的煤體或已充填的雙翼式采硐作為支撐體控制頂板，通過(guò)控制雙翼式采硐的長(zhǎng)度和一次充填雙翼式采硐的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)雙翼式采硐的無(wú)(少)支護(hù)，并最終實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開(kāi)采。該方法既減少了雙翼式采硐的支護(hù)工程量，又減少了充填密閉墻的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)了掘、采、充平行作業(yè)，能有效控制采動(dòng)覆巖裂隙和地表沉降，實(shí)現(xiàn)水資源保護(hù)性開(kāi)采(保水開(kāi)采)和“三下”壓煤的安全高效回采。
【專(zhuān)利說(shuō)明】控制覆巖裂隙與地表沉陷的掘采充平行作業(yè)的采煤方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種采煤方法，屬于煤炭開(kāi)采【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種控制覆巖裂隙與 地表沉陷的掘采充平行作業(yè)的采煤方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 保水開(kāi)采就是通過(guò)選擇合理的采煤方法和工藝，使采動(dòng)影響對(duì)含水層的含水結(jié)構(gòu) 不造成破壞；或雖受到一定的損壞，造成部分水流失，但在一定時(shí)間內(nèi)含水層水位仍可恢 復(fù)；或即使地下水位不能恢復(fù)如初，但不影響其正常供水，至少能保證地表生態(tài)對(duì)水資源的 需求。
[0003] 現(xiàn)有的保水開(kāi)采技術(shù)采出率不高，要么就是保水效果不好，充填方法存在開(kāi)采效 率不高的問(wèn)題。需要開(kāi)發(fā)出一種能實(shí)現(xiàn)水資源保護(hù)，又能快速采煤，又能安全高效采出煤炭 資源的方法。
[0004] 此外，我國(guó)"三下"（建筑物下、鐵路下、水體下）壓煤量較大，據(jù)國(guó)有重點(diǎn)煤礦不完 全統(tǒng)計(jì)，總量達(dá)137. 9億t。隨著煤炭開(kāi)采技術(shù)水平的提高，為了解放"三下"壓煤，煤礦"三 下"開(kāi)采技術(shù)得到了極大的發(fā)展。目前常見(jiàn)的地表沉陷控制方法主要包括：協(xié)調(diào)開(kāi)采、部分 開(kāi)采、覆巖離層注漿及充填開(kāi)采等。協(xié)調(diào)開(kāi)采是利用多個(gè)采煤工作面同時(shí)開(kāi)采產(chǎn)生的地表 變形相關(guān)抵消來(lái)達(dá)到減輕地表變形的目的，但該方法涉及多個(gè)工作面同采，且受地表被保 護(hù)對(duì)象布局限制，對(duì)開(kāi)拓設(shè)計(jì)影響較大，適用條件有限。部分開(kāi)采是以采出部分煤炭和留設(shè) 一定寬度永久煤柱為特點(diǎn)，來(lái)控制覆巖移動(dòng)和地表沉陷的方法，主要方法有旺格維利采煤 法、房柱式開(kāi)采、條帶開(kāi)采、限厚開(kāi)采、刀柱法、巷式開(kāi)采等。這些方法在一定程度上雖能夠 控制地表沉陷，但采出率都不高，一般在50%左右。覆巖離層注漿是通過(guò)鉆孔注漿方式對(duì)上 硬下軟巖層間的離層空間進(jìn)行充填，達(dá)到控制堅(jiān)硬巖層上部巖層下沉和減少地表沉陷的目 的，一般情況下地表減沉率不會(huì)超過(guò)40 %。與其它地表沉陷控制方法相比，充填開(kāi)采是目前 控制地表沉陷最有效的方法，采空區(qū)可部分充填，也可全部充填，按照工作面布置特點(diǎn)，主 要方法包括長(zhǎng)壁工作面采空區(qū)充填、條帶充填、巷式充填等，這些方法存在的主要問(wèn)題是采 煤與充填協(xié)調(diào)作業(yè)難、充填系統(tǒng)復(fù)雜、充填空間大且充填時(shí)間長(zhǎng)等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種方法簡(jiǎn)單、煤炭 采出率高、控制地表沉陷效果好、安全高效的控制覆巖裂隙與地表沉陷的掘采充平行作業(yè) 的采煤方法。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明的控制覆巖裂隙與地表沉陷的掘采充平行作業(yè)的采煤方法，包 括如下步驟：
[0007] a、沿米場(chǎng)邊緣或中間布置一條米場(chǎng)運(yùn)輸巷一，并從米場(chǎng)運(yùn)輸巷一垂直或傾斜掘進(jìn) 一條米場(chǎng)支巷一；
[0008] b、由內(nèi)向外對(duì)米場(chǎng)支巷一的煤體進(jìn)行多個(gè)雙翼式米硐開(kāi)米，每個(gè)雙翼式米硐及其 相應(yīng)米場(chǎng)支巷一段稱(chēng)為一個(gè)階段；
[0009] c、每采完一個(gè)階段內(nèi)的雙翼式采硐，沿采場(chǎng)支巷一間隔一個(gè)雙翼式采硐的寬度進(jìn) 行下一個(gè)階段的雙翼式采硐開(kāi)采；
[0010] d、采完多個(gè)階段的雙翼式采硐之后，在采場(chǎng)支巷一內(nèi)打密閉墻，對(duì)采完的的雙翼 式采硐及其對(duì)應(yīng)的采場(chǎng)支巷一段內(nèi)進(jìn)行充填；
[0011] e、在進(jìn)行步驟d的同時(shí)，重復(fù)步驟b、c，對(duì)采場(chǎng)支巷一繼續(xù)進(jìn)行雙翼式采硐開(kāi)采；
[0012] f、重復(fù)步驟b、c、d、e，直至該采場(chǎng)支巷一內(nèi)的雙翼式采硐都開(kāi)采和充填完畢；
[0013] g、在開(kāi)采和充填該采場(chǎng)支巷一內(nèi)的雙翼式采硐的同時(shí)，在該采場(chǎng)支巷一的一側(cè)平 行掘出下一條米場(chǎng)支巷一；
[0014] h、重復(fù)步驟b、c、d、e和f，直到下一條采場(chǎng)支巷一及其內(nèi)的雙翼式采硐開(kāi)采和充 填完畢；
[0015] 1、重復(fù)步驟13、(3、(1、6、€和8，直到采場(chǎng)運(yùn)輸巷一側(cè)內(nèi)的所有采場(chǎng)支巷一和雙翼式 采硐開(kāi)采完畢；
[0016] j、在開(kāi)米和充填米場(chǎng)運(yùn)輸巷 側(cè)內(nèi)的米場(chǎng)支巷一和雙翼式米硐的同時(shí)，在米場(chǎng) 的另一側(cè)掘出采場(chǎng)運(yùn)輸巷二，并從采場(chǎng)運(yùn)輸巷二一側(cè)掘出一條采場(chǎng)支巷二，采場(chǎng)支巷二位 于兩條相臨的采場(chǎng)支巷一之間；
[0017] k、按步驟b、c、d、e、f和g的方法對(duì)采場(chǎng)支巷二進(jìn)行雙翼式采硐開(kāi)采和充填，直到 開(kāi)采和充填完采場(chǎng)內(nèi)的煤炭資源。
[0018] 所述垂直采場(chǎng)支巷方向與采硐的夾角a按滿(mǎn)足采煤設(shè)備作業(yè)角度的要求確定；所 述的每個(gè)雙翼式采硐的寬度與采煤設(shè)備的作業(yè)寬度相等；在采場(chǎng)運(yùn)輸巷同側(cè)的采場(chǎng)支巷之 間的距離L由公式：L ~ Li+ZI^cos a確定，Q為采場(chǎng)支巷的寬度，1^2為采硐的長(zhǎng)度。
[0019] 有益效果：本發(fā)明布置采場(chǎng)支巷和雙翼式采硐，兩側(cè)對(duì)應(yīng)的雙翼式采硐及其相應(yīng) 采場(chǎng)支巷段稱(chēng)為一個(gè)階段，采完多個(gè)階段之后在采場(chǎng)支巷打密閉墻，對(duì)雙翼式采硐進(jìn)行統(tǒng) 一充填，以減少密閉墻的數(shù)量。將采場(chǎng)支巷作為主要運(yùn)輸通道，在雙翼式采硐內(nèi)進(jìn)行采煤作 業(yè)，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行充填，對(duì)未開(kāi)采或已充填的雙翼式采硐作為支撐體支撐頂板，并通過(guò)控制 雙翼式采硐長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)無(wú)支護(hù)，待充填體達(dá)到強(qiáng)度要求后，按照同樣的方法依次開(kāi)采并充填 暫留煤柱中未采的雙翼式采硐，實(shí)現(xiàn)了充填體置換煤炭，克服了傳統(tǒng)"三下"采煤方法中煤 炭采出率低、采煤與充填協(xié)調(diào)作業(yè)難、生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)"三下"壓煤安全高效回采 和水資源保護(hù)性開(kāi)采，有效控制覆巖裂隙和地表沉陷。采煤與充填可同步協(xié)調(diào)作業(yè)，煤炭采 出率高、地表沉陷控制效果好、安全高效的控制了覆巖裂隙與地表沉陷的掘、采、充平行作 業(yè)的保水采煤，其方法簡(jiǎn)單方，煤炭采出率高，控制地表沉陷效果好，具有廣泛的實(shí)用性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明采場(chǎng)運(yùn)輸巷一（1)側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷一的第一階段開(kāi)采示意圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明采場(chǎng)運(yùn)輸巷一（1)側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷一的第二階段開(kāi)采示意圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明采場(chǎng)運(yùn)輸巷一（1)側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷一的第三階段開(kāi)采示意圖。
[0023] 圖4是本發(fā)明米場(chǎng)運(yùn)輸巷一（1)側(cè)的第一條米場(chǎng)支巷一的第一次充填不意圖。
[0024] 圖5是本發(fā)明采場(chǎng)運(yùn)輸巷一（1)側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷一的第二次充填示意圖。
[0025] 圖6是本發(fā)明采場(chǎng)運(yùn)輸巷一（1)側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷一充填完畢示意圖。
[0026] 圖7是本發(fā)明采場(chǎng)運(yùn)輸巷一（1)側(cè)的第二條采場(chǎng)支巷一充填完畢示意圖。
[0027] 圖8是本發(fā)明采場(chǎng)運(yùn)輸巷二（7)側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷二掘進(jìn)完畢示意圖。
[0028] 圖9是本發(fā)明采場(chǎng)運(yùn)輸巷一（1)側(cè)的全部采場(chǎng)支巷一充填完畢示意圖。
[0029] 圖10是本發(fā)明的采場(chǎng)運(yùn)輸巷二（7)側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷二的第二階段開(kāi)采完畢 示意圖。
[0030] 圖11是本發(fā)明的采場(chǎng)運(yùn)輸巷二（7)側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷二的第三階段開(kāi)采完畢 示意圖。
[0031] 圖12是本發(fā)明的采場(chǎng)運(yùn)輸巷二（7)側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷二的第一次充填完畢示 意圖。
[0032] 圖13是本發(fā)明的采場(chǎng)運(yùn)輸巷二（7)側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷二的第二次充填完畢示 意圖。
[0033] 圖14是本發(fā)明的采場(chǎng)運(yùn)輸巷二（7)側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷二充填完畢示意圖。
[0034] 圖15是本發(fā)明的工作面開(kāi)采充填完畢示意圖。
[0035] 圖16是本發(fā)明的示意圖。
[0036] 圖中：1、6_米場(chǎng)運(yùn)輸巷，2、7_米場(chǎng)支巷，3_雙翼式米砸，4_密閉墻，5_充填體， 8_三角煤。

【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述，本發(fā)明的控制覆巖裂隙與 地表沉陷的掘采充平行作業(yè)的采煤方法，具體步驟如下：
[0038] a、如圖1所不，沿米場(chǎng)邊緣布置一條米場(chǎng)運(yùn)輸巷一 1，并從米場(chǎng)運(yùn)輸巷一 1垂直或 傾斜掘進(jìn)一條米場(chǎng)支巷一 2 ;也可以直接在米場(chǎng)中間布置一條米場(chǎng)運(yùn)輸巷一 1，在其左右兩 側(cè)布置米場(chǎng)支巷一 2。
[0039] b、然后由內(nèi)向外對(duì)米場(chǎng)支巷一 2的煤體進(jìn)行多個(gè)雙翼式米硐開(kāi)米，垂直米場(chǎng)支巷 2方向與雙翼式采硐3的夾角a要滿(mǎn)足采煤設(shè)備工作轉(zhuǎn)彎的要求，角度越小，示意圖中三角 煤8越少，采出率越高。每個(gè)雙翼式采硐3及其相應(yīng)采場(chǎng)支巷一 2段稱(chēng)為一個(gè)階段，所述的 每個(gè)雙翼式采硐的寬度與采煤設(shè)備的作業(yè)寬度相等；每采完一個(gè)階段內(nèi)的兩側(cè)雙翼式采硐 3,沿采場(chǎng)支巷2間隔一個(gè)雙翼式采硐3的寬度，進(jìn)行下一階段雙翼式采硐3的開(kāi)采，如圖 2?圖3所示。采硐3的寬度和深度依據(jù)具體的煤層地質(zhì)情況確定，在頂板穩(wěn)定條件下可擴(kuò) 寬雙翼式采硐3的寬度和延伸雙翼式采硐3的深度。對(duì)地質(zhì)條件差的采場(chǎng)支巷一 2可用履 帶式行走支架等設(shè)備對(duì)雙翼式采硐3的三角區(qū)，即雙翼式采硐3與采場(chǎng)支巷一 2的交叉點(diǎn) 進(jìn)行巷道頂板支護(hù)。
[0040] c、采完多個(gè)階段的雙翼式采硐3之后，在采場(chǎng)支巷一 2內(nèi)打密閉墻4,對(duì)采完的的 雙翼式采硐3及其對(duì)應(yīng)的采場(chǎng)支巷一 2段內(nèi)進(jìn)行充填；具體階段個(gè)數(shù)根據(jù)煤層賦存地質(zhì)條 件來(lái)劃分，煤層賦存地質(zhì)條件好可以多劃分，地質(zhì)條件差可以少劃分，尤其通過(guò)頂板條件來(lái) 確定，確保巷道圍巖變形不嚴(yán)重，即頂板垮落不嚴(yán)重，兩幫變形在合理范圍，示意圖中為3 個(gè)，在采場(chǎng)支巷2內(nèi)打密閉墻5,對(duì)步驟b和步驟c開(kāi)采完的雙翼式采硐3及其對(duì)應(yīng)的采場(chǎng) 支巷2段進(jìn)行充填，如圖4所示。
[0041] d、在進(jìn)行步驟d的同時(shí)，重復(fù)步驟b、c，對(duì)采場(chǎng)支巷一 2繼續(xù)進(jìn)行雙翼式采硐3開(kāi) 米。
[0042] e、在開(kāi)采和充填該采場(chǎng)支巷一 2內(nèi)的雙翼式采硐3的同時(shí)，在該采場(chǎng)支巷一 2的 一側(cè)平行掘出下一條采場(chǎng)支巷一 2,如圖5所示。
[0043] f、重復(fù)步驟b、c、d、e，直至該采場(chǎng)支巷一 2內(nèi)的雙翼式采硐3都開(kāi)采和充填完畢， 如圖6所示。
[0044] g、重復(fù)步驟b、c、d、e和f，直到下一條采場(chǎng)支巷一 2及其內(nèi)的雙翼式采硐3開(kāi)采 和充填完畢，如圖7所示。
[0045] h、在開(kāi)米和充填米場(chǎng)運(yùn)輸巷一 1 一側(cè)內(nèi)的米場(chǎng)支巷一 2和雙翼式米硐3的同時(shí)， 在米場(chǎng)的另一側(cè)掘出米場(chǎng)運(yùn)輸巷二6,并從米場(chǎng)運(yùn)輸巷二6 -側(cè)掘出一條米場(chǎng)支巷二7,米 場(chǎng)支巷二7位于兩條相臨的采場(chǎng)支巷一 2之間，如圖8所示。
[0046] i、重復(fù)步驟b、c、d、e、f和g，直到采場(chǎng)運(yùn)輸巷一 1 一側(cè)內(nèi)的所有采場(chǎng)支巷一 2和 雙翼式采硐3開(kāi)采完畢，如圖9所示；在采場(chǎng)運(yùn)輸巷同側(cè)的采場(chǎng)支巷之間的距離L由公式： L ~ Li+Zkcos a確定，如圖16所示，式中Q為采場(chǎng)支巷的寬度，L2S采硐的長(zhǎng)度，a為垂直 采場(chǎng)支巷2方向與采硐的夾角。
[0047] j、按步驟b、c、d、e、f和g的方法對(duì)采場(chǎng)支巷二7進(jìn)行雙翼式采硐3開(kāi)采和充填， 直到開(kāi)采和充填完采場(chǎng)運(yùn)輸巷二6 -側(cè)的第一條采場(chǎng)支巷二7的所有煤炭資源，如圖10? 14所示。
[0048] k、重復(fù)以上步驟，直至采場(chǎng)運(yùn)輸巷二6側(cè)的剩余雙翼式采硐3開(kāi)采完畢，如圖15 所示。
【權(quán)利要求】
1. 一種控制覆巖裂隙與地表沉陷的掘采充平行作業(yè)的采煤方法，其特征在于包括如下 步驟： a、 沿米場(chǎng)邊緣或中間布置一條米場(chǎng)運(yùn)輸巷一（1)，并從米場(chǎng)運(yùn)輸巷一（1)垂直或傾斜 掘進(jìn)一條米場(chǎng)支巷一（2); b、 由內(nèi)向外對(duì)米場(chǎng)支巷一（2)的煤體進(jìn)行多個(gè)雙翼式米硐開(kāi)米，每個(gè)雙翼式米硐（3) 及其相應(yīng)采場(chǎng)支巷一（2)段稱(chēng)為一個(gè)階段； c、 每采完一個(gè)階段內(nèi)的雙翼式采硐（3 )，沿采場(chǎng)支巷一（2 )間隔一個(gè)雙翼式采硐（3 )的 寬度進(jìn)行下一個(gè)階段的雙翼式采硐（3)開(kāi)采； d、 采完多個(gè)階段的雙翼式采硐（3)之后，在采場(chǎng)支巷一（2)內(nèi)打密閉墻（4)，對(duì)采完的 雙翼式采硐（3 )及其對(duì)應(yīng)的采場(chǎng)支巷一（2 )段內(nèi)進(jìn)行充填； e、 在進(jìn)行步驟d的同時(shí)，重復(fù)步驟b、c，對(duì)采場(chǎng)支巷一（2)繼續(xù)進(jìn)行雙翼式采硐（3)開(kāi) 米； f、 重復(fù)步驟b、c、d、e，直至該采場(chǎng)支巷一（2)內(nèi)的雙翼式采硐（3)都開(kāi)采和充填完畢； g、 在開(kāi)采和充填該采場(chǎng)支巷一（2)內(nèi)的雙翼式采硐（3)的同時(shí)，在該采場(chǎng)支巷一（2)的 一側(cè)平行掘出下一條采場(chǎng)支巷一（2); h、 重復(fù)步驟b、c、d、e和f，直到下一條采場(chǎng)支巷一（2)及其內(nèi)的雙翼式采硐（3)開(kāi)采 和充填完畢； i、 重復(fù)步驟b、c、d、e、f和g，直到采場(chǎng)運(yùn)輸巷（1) 一側(cè)內(nèi)的所有采場(chǎng)支巷一（2)和雙 翼式采硐（3)開(kāi)采完畢； j、 在開(kāi)米和充填米場(chǎng)運(yùn)輸巷一（1) 一側(cè)內(nèi)的米場(chǎng)支巷一（2)和雙翼式米硐（3)的同時(shí)， 在米場(chǎng)的另一側(cè)掘出米場(chǎng)運(yùn)輸巷二（6)，并從米場(chǎng)運(yùn)輸巷二（6)-側(cè)掘出一條米場(chǎng)支巷二 (7)，采場(chǎng)支巷二（7)位于兩條相臨的采場(chǎng)支巷一（2)之間； k、 按步驟b、c、d、e、f和g的方法對(duì)采場(chǎng)支巷二（7)進(jìn)行雙翼式采硐（3)開(kāi)采和充填， 直到開(kāi)采和充填完采場(chǎng)內(nèi)的煤炭資源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制覆巖裂隙與地表沉陷的掘采充平行作業(yè)的采煤方法，其 特征在于：垂直采場(chǎng)支巷方向與采硐的夾角a按滿(mǎn)足采煤設(shè)備作業(yè)角度的要求確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制覆巖裂隙與地表沉陷的掘采充平行作業(yè)的采煤方法，其 特征在于：所述的每個(gè)雙翼式采硐的寬度與采煤設(shè)備的作業(yè)寬度相等。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制覆巖裂隙與地表沉陷的掘采充平行作業(yè)的采煤方法，其 特征在于：在采場(chǎng)運(yùn)輸巷同側(cè)的采場(chǎng)支巷之間的距離Z由公式：ZcZi+2/2cosa確定，式中 A為采場(chǎng)支巷的寬度，A為采硐的長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】E21C41/16GK104481536SQ201410643437
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】馬立強(qiáng), 苗乾坤 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)