一种巷间煤柱后退式连掘连充超前置换方法

技术领域

本发明属于煤矿掘进与充填技术领域，具体涉及一种巷间煤柱后退式连掘连充超前置换方法。

背景技术

我国煤矿井下多数采用综合机械化采煤方法，由于开采工艺与装备、巷道系统的布置，两侧综采工作面之间需要留设煤柱，且回收困难，造成极大的资源浪费。煤柱回收困难主要原因包括：一方面当前综合机械化采煤工艺与装备无法回收煤柱；另一方面掘进装备受到掘进工艺、巷道系统布置的制约，以及生产效率、安全、充填效率与成本的影响，常规方法回收不合理不经济。

发明内容

针对上述问题，本发明公开一种巷间煤柱后退式连掘连充超前置换方法，充分发挥掘进装备机动灵活，充填成套装备简单可靠，形成一种阶段间后退式，阶段内跳采且及时充填的掘充一体化的工艺与系统，是目前较为切实可行技术方法之一。

本发明适用于煤层顶底板中等稳定以上，矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井或高瓦斯矿井。该发明解决了上工作面的回风顺槽的掘进，下工作面的运输顺槽的掘进，中间煤柱的回收并充填，最终保障相邻工作面安全回采的技术难题，克服了前进式掘充一体化的工艺与系统中存在组内划分复杂，阶段间不连续，巷道通风系统调整频繁等问题。

本发明采用如下技术方案：

一种巷间煤柱后退式连掘连充超前置换方法，包括如下步骤：

第一步，双巷掘进：

巷道掘进与煤柱回收可选用掘进机、掘锚机、连续采煤机、掘锚一体机装备中一种或多种，主要装备确定后依据实际情况配套运输、支护装备，此处以连续采煤机成套装备为例，但不仅限于连采成套装备。首先完成下工作面运输顺槽与上工作面回风顺槽的双巷掘进，连续采煤机在下工作面运输顺槽中分两次进刀，割煤成巷，并通过机身自带耙爪与运输部完成装煤，并将煤炭卸载至梭车，梭车往返于连续采煤机与履带式转载破碎机之间，完成煤炭转运，履带式转载机完成装煤工序，运输皮带完成运煤工序，另一条回风顺槽中，通过操作锚杆钻车完成支护作业，两条顺槽的掘进头平行作业，完成后通过联巷交替，连续采煤机、梭车进入回风顺槽，进行割煤、装煤、转运，锚杆钻车进入下工作面运输顺槽完成锚护作业，每隔一定距离开掘联巷，循环交替作业，直至完成两条顺槽全部掘进与锚护工作；

第二步，分组规划：

（1）将两顺槽中间煤柱划分为若干阶段，分别命名为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……；

（2）各阶段内划分为A~J，共计10个组；

（3）每组包括4个单元煤柱以及1个掘进联巷；

第三步，阶段内煤柱回收与充填：

（1）完成下一工作面运输顺槽与回风顺槽，以及各阶段内A~J组联巷掘进与充填后，掘进装备回退至阶段Ⅰ的起点；

（2）连续采煤机退回后开始转弯抹角，掘进A组单元煤柱2，梭车往返于连续采煤机与履带式转载破碎机之间，行走液压支架置于转弯抹角处附近的顺槽内，锚杆钻车完成掘进后的顶板以及煤帮支护，完成A组单元煤柱2的掘进后，继续进行B组单元煤柱2的掘进，重复上述工艺顺序，直至完成A~J组的单元煤柱2 的回收；

（3）完成A组单元煤柱2的掘进后，采掘装备继续进行B组单元煤柱2的掘进，与此同时，在回风顺槽与下工作面运输顺槽内对A组单元煤柱2两侧用充填模板16封口，两个充填模板16间用对拉锚索17拧紧加固，通过喷涂材料或封堵材料密闭空间，之后延长充填管路18，完成充填工作。采掘装备继续进行C组单元煤柱2 C3的掘进的同时，完成B3 的充填工作，重复上述工艺，直至完成A~J组的单元煤柱2的充填工作；

第四步，通过首轮联巷回收与充填，四轮单元煤柱回收与充填工作后，完成阶段Ⅰ工作巷间煤柱回收与充填，继续向后退至阶段Ⅱ的起始位置，重复阶段内煤柱回收与充填，直至完成工作巷间煤柱的回收与充填工作。

进一步地，第二步中所述中间煤柱划分的阶段长度为200~400m。

进一步地，阶段内煤柱的回收采用跳采工艺，跳采顺序为A~J组2号单元煤柱→A~J组4号单元煤柱→A~J组1号单元煤柱→A~J组3号单元煤柱。

本发明的有益效果如下：

1. 实现巷道高效掘进，回收工作面之间遗留煤柱，简化采掘工艺。

实现了煤柱两侧顺槽的双巷快速掘进，在两侧综采工作面回采之前将中间煤柱安全高效回收，大幅提高资源回收率。通过合理规划，简化采掘工艺，前进式掘进巷道，阶段间后退式回收煤柱，阶段内分组跳采，使其在时间、空间上更加合理高效，简化现场施工环节。

2. 协调采充关系，提高实用性与可行性。

协调采充关系主要体现在时间和空间的整体安排上，首先在时间方面，掘进装备在开掘下一组单元煤柱时，充填工作平行作业，完成上一组已回收单元煤柱的充填，并通过分组跳采，为单元煤柱充填体预留充分的凝固时间；其次在空间方面，在下工作面运输顺槽中安排排布煤炭运输系统，在回风顺槽中安排充填管路进行充填工作，合理分配空间，解决采充空间紧张、采充互扰效率低下的问题。通过上述两方面的规划，极大提高了连采连充在煤柱回收方面的实用性与可行性，大幅提高煤炭资源回收率。

3.后退式置换可将掘进与煤柱回收工序分离，降低充填管路调整工作量。简化掘进工艺，双巷及其之间的联巷同时掘进，克服了前进式掘充一体化的工艺与系统中存在组内划分复杂，阶段间前进与阶段内跳采跳充的往复式前进带来的频繁调整工序。巷道系统提前形成，会简化巷道通风系统，双巷掘进完成后形成全风压通风。巷道系统提前形成，实现充填管路一次性铺设完成，降低工作量，使采掘与充填工作时间安排更加合理。

附图说明

图1为巷间煤柱后退式掘充一体化工艺与系统；

图2为工作面阶段与分组规划示意图；

图3为掘充一体化工作面示意图；

其中：1-采区运输巷；2-采区回风巷；3-运输顺槽；4-回风顺槽；5-下一工作面运输顺槽；6-回采工作面；7-采空区；8-煤；9-阶段充填体；10-连续采煤机；11-梭车；12-行走液压支架；13-履带式转载破碎机；14-运输皮带；15-风筒；16-充填模板；17-对拉锚索；18-充填管路；19-掘进联巷；20-第三轮充填体；21-首轮充填体；22-第四轮充填体；23-第二轮充填体。

A……H、I、J：阶段内各组编号；A1：A组掘进联巷；A2：A组单元煤柱1；A3：A组单元煤柱2；A4：A组单元煤柱3；A5：A组单元煤柱4。

具体实施方式

结合附图，对本发明做进一步说明。

本发明目的在于提供一种面间煤柱后退式掘充一体化的工艺与系统，适用于煤层顶底板中等稳定以上，矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井或高瓦斯矿井。该发明解决了上工作面的回风顺槽的掘进，下工作面的运输顺槽的掘进，中间煤柱的回收并充填，最终保障相邻工作面安全回采的技术难题，克服了前进式掘充一体化的工艺与系统中存在组内划分复杂，阶段间不连续，巷道通风系统调整频繁等问题。

1. 双巷掘进与阶段划分

（1）巷道掘进与煤柱回收可选用掘进机、掘锚机、连续采煤机、掘锚一体机等装备中一种或多种，主要装备确定后依据实际情况配套运输、支护装备，此处以连续采煤机成套装备为例，但不仅限于连采成套装备。连采成套装备完成下工作面运输顺槽与上工作面回风顺槽的双巷掘进。连续采煤机10在下一工作面运输顺槽5中分两次进刀，割煤成巷，并通过机身自带耙爪与运输部完成装煤，并将煤炭卸载至梭车11。梭车11往返于连续采煤机10与履带式转载破碎机13之间，完成煤炭转运。履带式转载破碎机13完成装煤工序，运输皮带14完成运煤工序。另一条回风顺槽4中，通过操作锚杆钻车完成支护作业。两条顺槽的掘进头平行作业，完成后通过联巷交替，连续采煤机10、梭车11进入回风顺槽4，进行割煤、装煤、转运，锚杆钻车进入下工作面运输顺槽完成锚护作业。每隔一定距离开掘联巷，此处按30m开掘联巷进行说明。循环交替作业，直至完成两条顺槽全部掘进与锚护工作。

（2）为确保及采充协调，减少往复搬家，将两顺槽中间煤柱划分为数个阶段，分别命名为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……，每个阶段200~400m，此处以300m为例进行说明。

（3）掘进过程中，下一联巷开掘完成后，上一联巷的两侧用充填模板16封口，两个充填模板16间用对拉锚索17拧紧加固，通过喷涂材料或封堵材料密闭空间，之后延长充填管路18，完成充填工作。循环往复，直至完成两条顺槽全部之间规划的全部联巷。

2. 分组规划

（1）各阶段内划分为A~J，共计10个组，每个组长度为30m。

（2）每组包括4个单元煤柱以及1个掘进联巷，以A组为例，划分为掘进联巷 A1、单元煤柱1 A2、单元煤柱2 A3、单元煤柱3 A4、单元煤柱4 A5。

（3）为便于连续采煤机10采掘与充填模板16安装，单元煤柱与联巷的宽度6~9m，此处以6m为例进行说明。

3. 完成阶段内煤柱回收与充填

（1）完成下一工作面运输顺槽5与回风顺槽4，以及各阶段内A~J组联巷掘进与充填后，掘进装备回退300m，至阶段Ⅰ的起点。

（2）连续采煤机退回后开始转弯抹角，掘进A组单元煤柱2 A3 ，梭车12往返于连续采煤机10与履带式转载破碎机13之间，行走液压支架12置于转弯抹角处附近的顺槽内，锚杆钻车完成掘进后的顶板以及煤帮支护。完成A组单元煤柱2 A3的掘进后，继续进行B组单元煤柱2 B3的掘进，重复上述工艺顺序，直至完成A~J组的单元煤柱2 的回收。

（3）完成A组单元煤柱2 A3的掘进后，采掘装备继续进行B组单元煤柱2 B3的掘进，与此同时，在回风顺槽4与下一工作面运输顺槽5内对A组单元煤柱2 A3两侧用充填模板16封口，两个充填模板16间用对拉锚索17拧紧加固，通过喷涂材料或封堵材料密闭空间，之后延长充填管路18，完成充填工作。采掘装备继续进行C组单元煤柱2 C3的掘进的同时，完成B3 的充填工作，重复上述工艺，直至完成A~J组的单元煤柱2的充填工作。

（4）为保证采掘作业安全且充填材料由充分凝固时间，采用跳采工艺，跳采顺序为A~J组2号单元煤柱→A~J组4号单元煤柱→A~J组1号单元煤柱→A~J组3号单元煤柱。

（5）为协调采充关系，采用随掘随充工艺，即回收下同阶段内下一组单元煤柱时，进行上一组刚回收完成的单元煤柱充填，待充填体达到终凝后静置一段时间，进行二次加压充填，完成接顶，保障后续开采工作。

4. 循环上述步骤，完成两条顺槽中间煤柱的回收、充填

通过首轮联巷回收与充填，四轮单元煤柱回收与充填工作后，完成阶段Ⅰ工作面间煤柱回收与充填。继续向后退至阶段Ⅱ的起始位置，重复阶段内煤柱回收与充填，直至完成工作面间煤柱的回收与充填工作。