[发明专利]一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤炭开采技术领域，具体涉及一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法。

背景技术

我国从二十世纪八十年代开放乡镇及个体煤矿以来，大多数小煤矿采用的是传统的落后的旧“房柱式”采煤方法，包括：落垛式、掏硐式等等，其安全性是完全没有保障的。为了规范小煤矿采煤方法，国家安全生产监督管理总局多次下达“规范”、“规程”、“通知”，要求推行有全负压通风系统的壁式体系采煤方法。2002年陕西省煤炭科学研究所编制了“陕西省小煤矿采煤方法设计方案”，对在小煤矿整顿中规范采煤方法，进行技术改造设计，起到了重要指导作用。近年来陕西省在对旧房柱式开采整顿取缔的基础上，应用过以下几类采煤方法：

⑴长壁留煤柱采煤法。其基本技术特征是工作面长壁布置，长壁推进。一类是每推进一段距离，保留一部分煤柱，形成所谓“间歇式”推进；一类是在采空区保留一部分煤柱，以支撑顶板防止工作面切顶。

⑵现代房柱式采煤法。主要是指引进国外连续采煤机房柱式采煤法、短壁采煤法和旺格维里采煤法，以及在此基础上发展的现代房柱式采煤，以连续采煤机或掘进机开掘巷房和回采煤柱、机械装煤、采用梭车或胶轮车运输、锚杆支护或专用自移支架为主要特征。

⑶条带采煤法和条带放顶煤采煤法。这是国内外“三下”采煤，为了控制地表下沉，广泛采用的一种采煤方法。开采区域采用类似长壁布置的方式，上、下部边界分别布置回风和运输平巷，垂直于回风和运输平巷划分若干个开采条带，条带间保留一定宽度的煤柱支撑顶板，也可在若干个条带开采后，保留一个宽度较大的隔离煤柱。采用条带布置开采特厚煤层时，可沿煤层底板布置开采层，并放落其上方的顶煤，称为条带放顶煤采煤法。

目前，陕西省原有的小煤矿基本已改造升级为中型矿井，但受资源储量及井型的限制，这些矿井的采煤方法并没有得到大幅改善，特别是处于“保水开采”区域的陕北榆林市地方煤矿，其采煤方法的改进更加迫切。近几年的监测表明，一些柱式开采区域的地表已形成塌陷区，表明采空区局部煤柱已发生垮落失稳，导致上覆基岩破断，并沟通地面含水层，使得井下涌水量激增，给矿井安全生产带来了极大的危害，也严重破坏了当地的生态环境。因此，有必要对陕北地方煤矿的采煤方法进行优化，为“保水采煤”的顺利推进提供必要的技术支持。

发明内容

本发明的目的是针对现有开采技术中的不足，提供一种煤矿条带开采与充填置换条带煤柱的方法，保证整个覆岩不发生大的变形和破坏，以此维护含水层结构的稳定性，从而达到“保水采煤”的目的。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法，包括如下步骤：

S1开采条带工作面与充填条带采空区域的第一阶段开采：

采用长壁系统条带采煤方法，即开采系统采用长壁布置，工作面系统内采用条带开采，留煤柱支撑顶板及上覆盖层，保护含水层；

设计开采第一组两个条带工作面，待两个条带工作面开采完毕后，开采第二组两个条带工作面，同时充填第一组两个条带采空区域，以此类推，直至工作面开采完毕，并将所有的条带采空区域充填完毕；充填时选用以地表风积沙、粉煤灰、水泥为充填材料，和水按一定比例配置后的充填体进行充填；

S2置换条带煤柱与充填条带煤柱采空区域的第二阶段开采：

每次置换开采1个条带煤柱，待上一条带煤柱置换完毕后，置换开采下一条带煤柱，并对上一条带煤柱采空区域进行分步充填，即先充填条带煤柱采空区域的下部区域，再充填条带煤柱采空区域的上部区域，依次置换工作面其余各条带煤柱。

进一步的，所述步骤S1中，开采条带工作面采高为4.0～4.5m，采用机掘方式，先掘出掘进断面上部3.0～3.5m范围，掘进机退出时，拉底采出底部1.0m煤层，留设煤柱高度4.0～4.5m；考虑到一次性充填4.0～4.5m高度对于挡板的设计要求较高，采用分阶段充填方式，即先充填下部2.0～2.5m范围，再充填上部1.5m～2.0m范围。

进一步的，所述步骤S2中，条带煤柱开采时，按工作面煤层地质情况，先掘出掘进断面上部3.0～3.5m范围，并对顶板进行锚杆支护，掘进机退出时，拉底采出底部1.0m煤层，对条带煤柱采空区域进行分步充填，即先充填条带煤柱采空区域的下部区域，再充填条带煤柱采空区域的上部区域，依次置换完成工作面其余各条带煤柱。