线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法

技术领域

本发明涉及煤层开采技术领域，具体涉及线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法。

背景技术

随着经济社会的发展，输油输气管道等线性构筑物发展迅速，不得不布置在煤矿上方，从而导致线性构筑物下压覆了大量煤炭资源。由于这些构筑物具有运行距离长，变形要求高等特点，压煤开采更加严格，解放线性构筑物下压煤资源逐渐成为矿井开采的难题。

目前现有技术中主要通过留设大保护煤柱的方式对线性构筑物下的煤炭资源进行开采，造成大量煤炭资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法，其可最大限度地解放线性构筑物下压覆煤炭资源，可提高煤炭采出率。

为了实现上述目的，本发明所需克服的主要技术难题在于：如何提高线性构筑物下煤炭采出率。

为了解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法，依次包括以下步骤：

a、确定线性构筑物下厚煤层保护煤柱的长度、限厚开采厚度以及充填方案；

b、当厚煤层全厚开采至保护煤柱的左端后，限厚开采线性构筑物保护煤柱，在保护煤柱的左端形成“抛矸+注浆”充填体；

c、工作面继续推进，在限厚开采采空区内进行膏体充填，形成膏体充填段；

d、工作面继续推进，在限厚开采采空区内进行原矸充填，形成原矸充填段；

e、依次重复步骤c、步骤d，直到保护煤柱开采完毕；

f、限厚开采完保护煤柱后，恢复全厚开采，继续开采一段距离后，在保护煤柱的右端形成“抛矸+注浆”充填体；充填体接顶后工作面继续推进；

在保护煤柱左端和右端形成的“抛矸+注浆”充填体的宽度相等，且均为工作面的宽度；

膏体充填段和原矸充填段的总长度等于保护煤柱的长度，膏体充填段、原矸充填段的宽度为工作面宽度；

位于保护煤柱左、右两端的“抛矸+注浆”充填体与膏体充填段、原矸充填段共同形成“Π”型结构。

上述的一种线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法，步骤a中，根据受护长度、煤层走向方向基岩移动角以及煤层埋深，来确定线性构筑物下厚煤层保护煤柱的长度；根据煤层地质条件来确定限厚开采厚度以及充填方案。

上述的一种线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法，步骤b中，在保护煤柱的左端以及左端一段距离处建造隔离墙，形成密闭的充填空间后，对该充填空间进行抛矸，矸石充满该充填空间后，通过隔离墙上的注浆孔向充填空间内注入高水充填材料，形成位于保护煤柱左端的“抛矸+注浆”充填体。

上述的一种线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法，膏体充填段和原矸充填段的长度、宽度相同。

上述的一种线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法，步骤c中，在限厚开采采空区的工作面后方用塑料编织布构筑隔离墙，形成密闭的充填空间，之后对该充填空间进行膏体充填。

上述的一种线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法，步骤d中，在限厚开采采空区的工作面后方用塑料编织布构筑隔离墙，形成密闭的充填空间，之后对该充填空间进行矸石充填。

上述的一种线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法，假设保护煤柱长度为L，其满足式(1)：

式(1)中，a为构筑物沿煤层走向的受护长度；α为煤层走向方向基岩移动角；H为煤层埋深；

保护煤柱的限厚开采厚度为

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

本发明提出了一种线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法，其通过对线性构筑物下保护煤柱两端及限厚开采采空区进行充填，形成了一个呈“Π”型结构的保护体，在对煤柱进行保护的同时，可通过充填体来置换出线性构筑物下的部分压煤，提高了煤炭采出率。

具体的，本发明在构筑物的两端的采空区通过“抛矸+注浆”的方式进行充填，在限厚开采采空区内通过“膏体+原矸”交替充填的方式进行充填，整体形成的“Π”型结构，可将因基本顶弯曲下沉而在保护煤柱左右两端产生的应力集中区由保护煤柱两端转移至“抛矸+注浆”充填体两端，有效减弱采空区上覆岩层运动对保护煤柱及保护煤柱内充填体结构的影响，进一步加强对地面线性构筑物的保护，“Π”型结构更加稳固，在不受开采影响的前提下可置换出构筑物下部分压煤。

本发明方法可进一步消耗矿井矸石，保护煤柱两端均为全厚开采，开采后形成的采空区较大，在保护煤柱两端布置“抛矸+注浆”充填体，可进一步消耗矿井矸石，更好地实现了矿井绿色发展。

与传统留设保护煤柱保护地表构筑物的采煤方法相比，本发明限厚开采交替充填置换出构筑物下部分压煤，提高了煤炭采出率，减少了煤炭资源的浪费；在线性构筑物保护煤柱两端进行矸石注浆充填，在保护煤柱内进行膏体+矸石交替充填，有效限制了地表沉降，保护了地表线性构筑物；采用抛矸+注浆充填和膏体+矸石交替充填，降低了充填成本，消耗了矿井矸石，保护了生态环境，实现了矿井绿色发展。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明厚煤层限厚开采交替充填采煤俯视图；

图2为厚煤层限厚开采交替充填采煤正视图；

图中：

1、“抛矸+注浆”充填体，2、膏体充填段，3、原矸充填段，4、保护煤柱左端，5、保护煤柱右端，6、地表沉陷截至过渡带，7、线性构筑物，a、构筑物沿煤层走向的受护长度；b、“抛矸+注浆”充填体的宽度，c、“抛矸+注浆”充填体的长度，d、膏体充填段的长度，e、原矸充填段的长度，α为煤层走向方向基岩移动角；H为煤层埋深；h、煤层厚度，L、保护煤柱长度。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

下面结合附图来对本申请的技术方案作进一步的详细描述。

结合图1和图2所示，本发明提出的线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法，其中保护煤柱位于线性构筑物下，本发明在保护煤柱左端4和保护煤柱右端5设置“抛矸+注浆”充填体1，在先后开采采空区内进行膏体和原矸的交替充填，依次形成膏体充填段2、原矸充填段3、膏体充填段2、原矸充填段3…。

图1和图2中示出了地表沉陷截至过渡带6、线性构筑物7、构筑物沿煤层走向的受护长度a、“抛矸+注浆”充填体的宽度b、“抛矸+注浆”充填体的长度c、膏体充填段的长度d、原矸充填段的长度e、煤层走向方向基岩移动角α、煤层埋深H、煤层厚度h、保护煤柱长度L。

本发明提出的线性构筑物下厚煤层保护煤柱充填开采方法，具体步骤为：

包括以下步骤：

步骤一、确定线性构筑物下厚煤层保护煤柱的长度、限厚开采厚度以及充填方案；根据受护长度、煤层走向方向基岩移动角以及煤层埋深，来确定线性构筑物下厚煤层保护煤柱的长度；根据煤层地质条件来确定限厚开采厚度以及充填方案；

步骤二、当厚煤层全厚开采至保护煤柱的左端后，限厚开采线性构筑物保护煤柱，在保护煤柱的左端形成“抛矸+注浆”充填体；在保护煤柱的左端以及左端一段距离处建造隔离墙，形成密闭的充填空间后，对该充填空间进行抛矸，矸石充满该充填空间后，通过隔离墙上的注浆孔向充填空间内注入高水充填材料，形成位于保护煤柱左端的“抛矸+注浆”充填体。

步骤三、工作面继续推进，在限厚开采采空区内进行膏体充填，形成膏体充填段；在限厚开采采空区的工作面后方用塑料编织布构筑隔离墙，形成密闭的充填空间，之后对该充填空间进行膏体充填。

步骤四、工作面继续推进，在限厚开采采空区内进行原矸充填，形成原矸充填段；在限厚开采采空区的工作面后方用塑料编织布构筑隔离墙，形成密闭的充填空间，之后对该充填空间进行矸石充填。

步骤五、依次重复步骤三、步骤四，直到保护煤柱开采完毕；

步骤六、限厚开采完保护煤柱后，恢复全厚开采，继续开采一段距离后，在保护煤柱的右端形成“抛矸+注浆”充填体；充填体接顶后工作面继续推进；

在保护煤柱左端和右端形成的“抛矸+注浆”充填体的宽度相等，且均为工作面的宽度；

膏体充填段和原矸充填段的总长度等于保护煤柱的长度，膏体充填段、原矸充填段的宽度为工作面宽度；

位于保护煤柱左、右两端的“抛矸+注浆”充填体与膏体充填段、原矸充填段共同形成“Π”型结构。

假设保护煤柱长度为L，其满足式(1)：

式(1)中，a为构筑物沿煤层走向的受护长度；α为煤层走向方向基岩移动角；H为煤层埋深；

保护煤柱的限厚开采厚度为

下面结合具体实施例做进一步说明：

实施例1：

具体步骤为：

步骤一：根据受护长度、煤层走向方向基岩移动角和煤层埋深，确定构筑物保护煤柱长度。根据煤层地质条件，确定限厚开采厚度、抛矸+注浆充填体长度、膏体充填段长度和原矸充填段长度。

步骤二：厚煤层全厚开采至保护煤柱左端后，限厚开采线性构筑物保护煤柱，在保护煤柱左端及左端c米处建造隔离墙。

步骤三：形成密闭的充填空间后，对充填空间进行抛矸，矸石充满充填空间后，通过隔离墙上的注浆孔向充填空间内注入高水充填材料。充填接顶后工作面继续推进。

步骤四：工作面继续推进d米后，达到膏体充填段长度，在工作面后方用塑料编织布构筑隔离墙，形成密闭的充填空间。之后，对充填空间进行膏体充填。充填接顶后工作面继续推进。

步骤五：工作面继续推进e米后，达到原矸充填段长度，在工作面后方用塑料编织布构筑隔离墙，形成密闭的充填空间。之后，对充填空间进行抛矸。矸石充满充填空间后工作面继续推进。

步骤六：重复步骤四、步骤五，直到线性构筑物保护煤柱开采完毕。

步骤七：限厚开采完保护煤柱后，恢复全厚开采，继续开采c米后，达到抛矸+注浆充填体长度，在工作面后方构筑隔离墙。

步骤八：形成密闭的充填空间后，对充填空间进行抛矸，矸石充满充填空间后，通过隔离墙上的注浆孔向充填空间内注入高水充填材料。充填接顶后工作面继续推进。

对比例1：

与实施例1不同之处在于：

在保护煤柱的左右两端没有采用“抛矸+注浆”充填体的结构。

实施例1与对比例1效果对比：

实施例1进一步加强了对地面线性构筑物的保护。保护煤柱两端均为煤层走向基岩移动角所在位置，是影响受护地面下沉变形的关键之处。在保护煤柱两端采用“抛矸+注浆”充填体的结构，可使其与保护煤柱及保护煤柱内充填体两端共同发挥支撑作用，进一步限制受护地面变形下沉，加强对地面线性构筑物边界的保护。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。