阅读说明：本技术 一种三软煤层地质条件下建下充填开采工艺 (Under-construction filling mining process under geological conditions of three-soft coal seam ) 是由 周景奎 任尧喜 邹玉龙 李晓光 牛艺澎 于 2020-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开的属于开采工艺技术领域,具体为一种三软煤层地质条件下建下充填开采工艺,包括以下步骤：S1:充填材料选择及配比：煤矿试采期间以本部电厂的粉煤灰、炉渣作为主要充填材料；该种三软煤层地质条件下建下充填开采工艺,采用粉煤灰、炉渣作为主要充填骨料,通过管路输送到充采工作面,充填工作面采用综掘机连采连充的方法,在有效控制好顶板的情况下实现快速充填,同时在充填工作面规划时,计划充填小面不施工运输巷,材料巷布置充填管路和运煤皮带,材料巷向下掘进充填巷,到设计长度时撤除综掘机封堵上端口充填,节省一条巷道的施工,而且充填巷下端头是实体煤无需封堵,可避免溃浆隐患,经济效益、安全效益明显。(The invention belongs to the technical field of mining processes, and particularly relates to a filling mining process under the geological condition of a three-soft coal seam, which comprises the following steps: s1, selecting and proportioning filling materials: during the trial production of coal mines, the fly ash and the slag of the power plant are used as main filling materials; the coal ash and the slag are used as main filling aggregates and are conveyed to a filling working face through a pipeline, the filling working face adopts a method of continuous mining and continuous filling of a comprehensive excavator, rapid filling is realized under the condition that a top plate is effectively controlled, meanwhile, when the filling working face is planned, a small face is planned to be filled without constructing a transportation lane, a filling pipeline and a coal conveying belt are arranged in a material lane, the material lane is tunneled downwards to fill the lane, the upper port of the comprehensive excavator is removed to plug and fill when the length of the material lane reaches the designed length, the construction of one lane is saved, the lower end of the filling lane is solid coal and does not need to be plugged, the potential risk of slurry burst can be avoided, and the economic benefit and the safety benefit are obvious.)

一种三软煤层地质条件下建下充填开采工艺

技术领域

本发明涉及开采工艺技术领域，具体为一种三软煤层地质条件下建下充填开采工艺。

背景技术

煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿，当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿，当煤层距地表的距离很近时，一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭，此为露天煤矿。

而在煤矿开采中就存在着“软岩”矿井，井田范围内村庄密集，建筑物、铁路及高速公路压煤量大，开展建下压煤开采是矿井长远可持续发展的必由之路，是解放建下压煤资源充分回收煤炭资源的有效路径。

“三软煤层”特殊开采条件下建下充填开采主要存在的问题为：一是根据地质条件研究适宜的充填回采工艺在顶板下沉变化时间段内进行快速的回采充填，减少顶板下沉量；二是需优化设计充填开采工作面及巷道布置，配合充填回采工艺，缩短回采充填时间最大程度的减少建下开采的影响，满足建下回采要求。

目前软岩条件下充填开采的瓶颈是没有充填时间和空间，尚无可借鉴的技术工艺及经验，软岩充填开采技术存在空白，无法实现软岩矿井充填开采技术突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三软煤层地质条件下建下充填开采工艺，以解决上述背景技术中提出的目前软岩条件下充填开采的瓶颈是没有充填时间和空间，尚无可借鉴的技术工艺及经验，软岩充填开采技术存在空白，无法实现软岩矿井充填开采技术突破的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三软煤层地质条件下建下充填开采工艺，包括以下步骤：

S1:充填材料选择及配比：煤矿试采期间以本部电厂的粉煤灰、炉渣作为主要充填材料，并进行了充填膏体配比试验；

S2:膏体充填材料配比及可行性分析：根据热电厂粉煤灰与炉渣日产量，确定配比筛选范围在1：1～3：1，在水泥含量、添加剂和水胶比一定的条件下得出不同配比的抗压强度；

S3:电厂废水利用可行性分析：电厂冷却水通过水质检测，可知该冷却水为Ⅳ类水，受污染程度较小，废水PH值在7.5，水质由于在冷却塔循环中散热浓缩导致硬度大，含盐量较大，可用于制备膏体充填材料；

S4：充填方式的选择：当膏体充填的充填率高，对地面减沉效果好的情况下，结合矿区可用的充填材料，确定使用膏体充填方式，需要在地面建立充填站，安装充填泵，制备充填膏体通过管路输送到充填工作面；

S5：充填工作面巷道布置及采充：

(1)：巷道布置：充填小面施工材料巷、切眼两条巷道，不施工运输巷，以2112试采面为例，如图一需要施打1、2共计2条巷道；

(2)：生产系统：材料巷布置充填管路和充填巷运煤皮带；

(3)：充采工艺：对2112试采面的采充工艺在调研的基础上优化，外部矿井是布置材料巷、运输巷，材料巷布置充填管路和运矸皮带，运输巷布置皮带运煤；不需要单独布置一条巷道运输矸石，全部充填材料通过充填站及管路输送，进行优化，只施打材料巷，布置充填管路和皮带；

即将工作面按走向划分为若干块段，每个块段由16条充填巷构成，依次编号1～16号充填巷，按照1、5、9、13；2、6、10、14；3、7、11、15；4、8、12、16的顺序依次进行充采，充填巷道长度50米，按照每班掘进5米考虑，施工一条充填巷需3天零一个班；综掘机撤除及封堵一个班；充填一条巷道需要一个班(8个小时1200m3)，4天完成一条巷道的采充循环；

每个块段长度72米，充采64天，相邻布置两个块段，两台综掘机分别对两个块段的两条充填巷道同时进行充采；

(4)：封堵工艺：掘进机从材料巷向下施工到设计长度后停止掘进，由于是堵头巷道而且下部是实体煤，只需要对上部一个端口进行封堵；

(5)：通风管理：掘进机从材料巷向下施工到设计长度后停止掘进，后撤综机设备及管线缆后，敷设高压软管至下端头送高压风，撤除风筒封堵上端头后充填，不影响整个工作面的通风系统；

(6)：设计优化：充填小面只施工材料巷、切眼，下部无需施工运输巷，充填巷可以对不规则煤柱区域进行不等长充填巷施工，最大限度提高资源回收率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种三软煤层地质条件下建下充填开采工艺，采用粉煤灰、炉渣作为主要充填骨料，通过管路输送到充采工作面，充填工作面采用综掘机连采连充的方法，在有效控制好顶板的情况下实现快速充填，同时在充填工作面规划时，计划充填小面不施工运输巷，材料巷布置充填管路和运煤皮带，材料巷向下掘进充填巷，到设计长度时撤除综掘机封堵上端口充填，节省一条巷道的施工，而且充填巷下端头是实体煤无需封堵，可避免溃浆隐患，经济效益、安全效益明显。

附图说明

图1为本发明充填试验面采充工艺示意图；

图2为本发明膏体充填工艺流程示意图；

图3为本发明粉煤灰与炉渣配比对胶结体强度影响曲线示意图。

具体实施方式

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种三软煤层地质条件下建下充填开采工艺，包括以下步骤：

S1:充填材料选择及配比：煤矿试采期间以本部电厂的粉煤灰、炉渣作为主要充填材料，并进行了充填膏体配比试验；

S2:膏体充填材料配比及可行性分析：根据热电厂粉煤灰与炉渣日产量，确定配比筛选范围在1：1～3：1，在水泥含量、添加剂和水胶比一定的条件下得出不同配比的抗压强度；

S3:电厂废水利用可行性分析：电厂冷却水通过水质检测，可知该冷却水为Ⅳ类水，受污染程度较小，废水PH值在7.5，水质由于在冷却塔循环中散热浓缩导致硬度大，含盐量较大，可用于制备膏体充填材料；

S4：充填方式的选择：当膏体充填的充填率高，对地面减沉效果好的情况下，结合矿区可用的充填材料，确定使用膏体充填方式，需要在地面建立充填站，安装充填泵，制备充填膏体通过管路输送到充填工作面；

S5：充填工作面巷道布置及采充：

(1)：巷道布置：充填小面施工材料巷、切眼两条巷道，不施工运输巷，以2112试采面为例，如图一需要施打1、2共计2条巷道；

(2)：生产系统：材料巷布置充填管路和充填巷运煤皮带；

(3)：充采工艺：对2112试采面的采充工艺在调研的基础上优化，外部矿井是布置材料巷、运输巷，材料巷布置充填管路和运矸皮带，运输巷布置皮带运煤；不需要单独布置一条巷道运输矸石，全部充填材料通过充填站及管路输送，进行优化，只施打材料巷，布置充填管路和皮带；

即将工作面按走向划分为若干块段，每个块段由16条充填巷构成，依次编号1～16号充填巷，按照1、5、9、13；2、6、10、14；3、7、11、15；4、8、12、16的顺序依次进行充采，充填巷道长度50米，按照每班掘进5米考虑，施工一条充填巷需3天零一个班；综掘机撤除及封堵一个班；充填一条巷道需要一个班(8个小时1200m3)，4天完成一条巷道的采充循环；

每个块段长度72米，充采64天，相邻布置两个块段，两台综掘机分别对两个块段的两条充填巷道同时进行充采；

(4)：封堵工艺：掘进机从材料巷向下施工到设计长度后停止掘进，由于是堵头巷道而且下部是实体煤，只需要对上部一个端口进行封堵；

(5)：通风管理：掘进机从材料巷向下施工到设计长度后停止掘进，后撤综机设备及管线缆后，敷设高压软管至下端头送高压风，撤除风筒封堵上端头后充填，不影响整个工作面的通风系统；

(6)：设计优化：充填小面只施工材料巷、切眼，下部无需施工运输巷，充填巷可以对不规则煤柱区域进行不等长充填巷施工，最大限度提高资源回收率。

实施例1

一种三软煤层地质条件下建下充填开采工艺，包括以下步骤：

S1:充填材料选择及配比：煤矿试采期间以本部电厂的粉煤灰、炉渣作为主要充填材料，并进行了充填膏体配比试验；

S2:膏体充填材料配比及可行性分析：根据热电厂粉煤灰与炉渣日产量，确定配比筛选范围在1：1，在水泥含量、添加剂和水胶比一定的条件下得出不同配比的抗压强度；

S3:电厂废水利用可行性分析：电厂冷却水通过水质检测，可知该冷却水为Ⅳ类水，受污染程度较小，废水PH值在7.5，水质由于在冷却塔循环中散热浓缩导致硬度大，含盐量较大，可用于制备膏体充填材料；

S4：充填方式的选择：当膏体充填的充填率高，对地面减沉效果好的情况下，结合矿区可用的充填材料，确定使用膏体充填方式，需要在地面建立充填站，安装充填泵，制备充填膏体通过管路输送到充填工作面；

S5：充填工作面巷道布置及采充：

(1)：巷道布置：充填小面施工材料巷、切眼两条巷道，不施工运输巷，以2112试采面为例，如图一需要施打1、2共计2条巷道；

(2)：生产系统：材料巷布置充填管路和充填巷运煤皮带；

(3)：充采工艺：对2112试采面的采充工艺在调研的基础上优化，外部矿井是布置材料巷、运输巷，材料巷布置充填管路和运矸皮带，运输巷布置皮带运煤；不需要单独布置一条巷道运输矸石，全部充填材料通过充填站及管路输送，进行优化，只施打材料巷，布置充填管路和皮带；

即将工作面按走向划分为若干块段，每个块段由16条充填巷构成，依次编号1～16号充填巷，按照1、5、9、13；2、6、10、14；3、7、11、15；4、8、12、16的顺序依次进行充采，充填巷道长度50米，按照每班掘进5米考虑，施工一条充填巷需3天零一个班；综掘机撤除及封堵一个班；充填一条巷道需要一个班，4天完成一条巷道的采充循环；

每个块段长度72米，充采64天，相邻布置两个块段，两台综掘机分别对两个块段的两条充填巷道同时进行充采；

(4)：封堵工艺：掘进机从材料巷向下施工到设计长度后停止掘进，由于是堵头巷道而且下部是实体煤，只需要对上部一个端口进行封堵；

(5)：通风管理：掘进机从材料巷向下施工到设计长度后停止掘进，后撤综机设备及管线缆后，敷设高压软管至下端头送高压风，撤除风筒封堵上端头后充填，不影响整个工作面的通风系统；

(6)：设计优化：充填小面只施工材料巷、切眼，下部无需施工运输巷，充填巷可以对不规则煤柱区域进行不等长充填巷施工，最大限度提高资源回收率。

实施例2

以2112充填实验面为例，工作面布置的50/70米梯形小面，只施打材料巷，不施打运输巷，材料巷布置充填管路、皮带，充填和煤炭运输均走材料巷，充填巷由上向下掘进施工设计长度停头，这样下端头是实体煤，则不需要封堵，只需要封堵上端头即可，按照设计的72米大循环完成本小面充采；下一个工作面的材料巷紧贴上个工作面充填巷下端头掘进，每个充填小面均只施打材料巷，这样优化后的采充工艺可以少打一条巷道，增加了充填开采的安全性、经济型；

膏体浆料通过地面充填站输送至充填支巷，煤流经运输顺槽皮带运出工作面。支巷开采出煤完毕后，在支巷下端(运输顺槽处、低位)施工挡浆墙，自支巷上端(材料顺槽处、高位)充矸，如此循环完成一个工作面的充采；

粉煤灰与炉渣配比	1d	3d	7d	15d	30d
						1:1	0.8	3.5	5.5	6.5	10
1.5:1	0.6	2.1	4.5	7	8.5
						2:1	1	2.8	5.8	8.3	10
2.5:1	0.5	2.5	3.8	7.1	9.1
						3:1	0.3	1	2.2	3.3	5.5

粉煤灰充填体快速养护抗压强度统计表(MPa)

膏体充填材料参数

除3：1配比抗压强度过小外其他配比都满足现场要求，选取7天固化强度较高的2：1的配比作为最优配比。按该比例制备的粉煤灰-炉渣膏体充填材料料浆浓度66.7％，泌水率2％，塌落度247mm，初期单轴抗压强度0.5MPa左右，3d单轴抗压强度2.8MPa左右，7d抗压强度可达5.8MPa左右，28d单轴抗压强度可达到9MPa左右，满足矿井充填开采需要。

虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。