一种巷间煤柱前进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前进式连掘连充超前置换方法。

背景技术

煤矿井下综采工作面长度通常介于150m~450m之间，为保证两侧相邻工作面正常回采，需要留设20m~40m的宽煤柱，工作面回采后，该煤柱永久滞留井下，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前进式连掘连充超前置换方法，基于掘支运成套装备、充填成套装备，形成一种阶段间前进式掘进，阶段内跳采并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。

本发明的方法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。该发明解决了顺槽掘进过程中回收巷间煤柱、掘进相邻顺槽、充填巷间煤柱的技术难题，并通过空间与时间的工艺优化，协调了掘进、回收、充填的关系。

本发明采用如下技术方案：

一种巷间煤柱前进式连掘连充超前置换方法，包括如下步骤：

第一步，分组规划：

（1）将下一工作面运输顺槽划分为若干阶段，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5个单元煤柱以及1个回风顺槽段；

第二步，依次完成单元煤柱回收与回风顺槽掘进，同时完成单元煤柱的充填，

（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；

（2）连续采煤机掘进运输顺槽的阶段Ⅰ后，掘进装备退回阶段起点；

（3）连续采煤机退回后开始转弯抹角，掘进A组单元煤柱1与A组回风顺槽段，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，锚杆钻车完成回风顺槽段的顶板以及煤帮支护，完成A组单元煤柱1 、A组回风顺槽段的掘进后，继续进行B组单元煤柱1 、B组回风顺槽段的掘进，重复上述工艺顺序，直至完成A~J组的单元煤柱1的回收与回风顺槽的掘进；

（4）完成A组单元煤柱1、A组回风顺槽段的掘进后，采掘装备继续进行B组单元煤柱1、B组回风顺槽段的掘进的同时，在回风顺槽与下工作面运输顺槽内对单元煤柱1两侧用充填模板封口，两个充填模板间用对拉锚索拧紧加固，通过喷涂材料或封堵材料密闭空间，之后延长充填管路，完成充填工作，采掘装备继续进行C组单元煤柱1、C组回风顺槽段的掘进的同时，完成B组单元煤柱1的充填工作，重复上述工艺，直至完成A~J组的单元煤柱1的充填工作。

第三步，完成阶段Ⅰ顺槽掘进、五轮煤柱回收与充填后，继续向前推进阶段Ⅱ，重复第二步中（2）~（4），循环进行，直至完成2条顺槽的掘进，回采并充填工作面之间的煤柱。

进一步地，第一步中工作面运输顺槽的每个阶段长度为200~400m。

进一步地，第二步中A~J组的单元煤柱1的回收与回风顺槽的掘进采用跳采工艺，跳采顺序为A~J组的单元煤柱1与回风顺槽→A~J组的单元煤柱3→A~J组的单元煤柱5→A~J组的单元煤柱2→A~J组的单元煤柱4。

本发明通过阶段间前进式掘进、阶段内跳采跳充完成掘进、回收煤柱、充填的三道工序在时间和空间上的协调，最终形成两条顺槽以及中间的充填体。

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。

首先实现了煤柱两侧顺槽的快速掘进，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；其次，合理规划了采掘工艺，通过阶段内前进式采掘，阶段内分组跳采，使其在时间、空间上简洁高效，可操作性强。

2. 协调采充关系，提高连采连充适用范围。

充分协调采充关系：一方面对采充工艺进行了详细说明，即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，由于分组跳采基础上，为单元煤柱充填体预留充分的凝固时间；另一方面，依据了现有采充装备与技术水平，通过工艺在时间、空间、巷道系统的合理组合，实现了采充一体，解决了现有技术存在充填效率制约采掘效率的难题，并且通过二次加压充填，增加对拉锚索，提高充填体强度，为提高煤炭资源回采率，提供了技术决策的支撑与安全保障。

3. 前进式置换可先行探明地质条件，实现采充平衡。

一条顺槽先行掘进一段距离，探明地质条件，可提前调整另一条顺槽的掘进坡度有利于将来皮带运煤或者胶轮车辅助运输；可提前调整支护参数，提高巷道成形质量与支护安全；此外，还可以提前做好准备工作，降低地质构造对采充工作影响。

阶段内跳采跳充时，采充有效衔接，保证掘进与充填工作的平衡，解决采充时间与空间互扰难题。阶段间衔接有序，掘进设备完成下一阶段的顺槽掘进时，为充填设备完成上一阶段剩余的充填工作以及充填材料凝固保留了充裕时间。

附图说明

图1为本发明的巷间煤柱前进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-首轮充填体；20-第二轮充填体；21-第三轮充填体；22-第四轮充填体；23-第五轮充填体。

A……H、I、J：阶段内各组编号；A1-1：A组单元煤柱1；A1-2：A组回风顺槽段；A2：A组单元煤柱2； A3：A组单元煤柱3；A4：A组单元煤柱4；A5：A组单元煤柱5。

具体实施方式

结合附图，对本发明做进一步说明。

本发明的目的在于提供一种巷间煤柱前进式连掘连充超前置换方法，该发明解决了顺槽掘进过程中回收巷间煤柱并充填采空区的技术难题，并通过空间与时间的工艺优化，协调了掘进、回收、充填的关系。

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。

1. 阶段划分与运输顺槽掘进

① 为确保连续采煤机10采掘效率与梭车11运输效率，以及采充协调，将下一工作面运输顺槽5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。

② 首先完成阶段Ⅰ内的运输顺槽单巷掘进，长度为300m。连续采煤机10完成割煤、装煤工序，锚杆钻车完成支护工序，梭车11往返于连续采煤机10与履带式转载破碎机13之间完成煤炭转载运输工序，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。

③ 运输顺槽阶段掘进完成后，在Ⅰ、Ⅱ阶段之间开掘联巷，用于辅助运输、安全通道、调节通风。

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5个单元煤柱以及1个回风顺槽段，以A组为例，划分为A组单元煤柱1A1-1、A组回风顺槽段 A1-2、A组单元煤柱2 A2、A组单元煤柱3 A3、A组单元煤柱4 A4、A组单元煤柱5 A5。

③ 为便于连续采煤机10采掘与充填模板16安装，每个单元煤柱宽度6~9m，此处以6m为例进行说明。

3. 依次完成单元煤柱回收与回风顺槽掘进，同时完成单元煤柱的充填

① 连续采煤机10掘进运输顺槽的阶段Ⅰ后，掘进装备退回阶段起点。

② 连续采煤机退回后开始转弯抹角，掘进A组单元煤柱1 A1-1与A组回风顺槽段A1-2，梭车11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A组回风顺槽段A1-2的顶板以及煤帮支护。完成A组单元煤柱1 A1-1、A组回风顺槽段A1-2的掘进后，继续进行B组单元煤柱1 B1-1、B组回风顺槽段B1-2的掘进，重复上述工艺顺序，直至完成A~J组的单元煤柱1-1的回收与回风顺槽1-2的掘进。

③ 完成A组单元煤柱1A1-1、A组回风顺槽段A1-2的掘进后，采掘装备继续进行B组单元煤柱1B1-1、B组回风顺槽段B1-2的掘进的同时，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1A1-1两侧用充填模板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1 C1-1、C组回风顺槽段C1-2的掘进的同时，完成B1-1的充填工作，重复上述工艺，直至完成A~J组的单元煤柱1-1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组的单元煤柱1-1与回风顺槽1-2→A~J组的3号单元煤柱→A~J组的5号单元煤柱→A~J组的2号单元煤柱→A~J组的4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，完成两条顺槽的掘进，以及中间煤柱的回收、充填

完成阶段Ⅰ顺槽掘进、五轮煤柱回收与充填后，继续向前推进阶段Ⅱ，重复步骤3中①~⑤，循环进行，直至完成2条顺槽的掘进，回采并充填工作面之间的煤柱。