專利名稱：煤礦矸石充填無煤柱開采工作面采空區的方法
應用領域本發明涉及一種煤礦開采領域的回采工作面采空區矸石充填的方法，特別是涉及采煤工作面無煤柱開采，礦井矸石高速沖擊，擠壓緊固，充實采空區，減少地表變形的采煤工作面矸石充填開采方法。
背景技術：
目前我國的矸石總堆積量超過25億噸，而且正以每年1.3億噸的速度增加。大量的煤矸石長期露天存放，矸石中所含的硫化物散發后會污染大氣和水源，矸石中所含的黃鐵礦易被空氣氧化，放出的熱量可以促使煤矸石中所含煤炭風化以致自然.矸石燃燒時散發出的氣體使環境嚴重污染，矸石的堆放占用了大量耕地，也形成了矸石山爆炸滑坡事故等不安全事故。本發明人基于從事多年的煤礦開采經驗和生產實踐，針對矸石不升井、地表不變形等問題，在已有技術中采用了巷道矸石充填處理井下矸石。但由于巷道充填能力小，無法徹底解決矸石不升井；采用回采工作面采空區條帶充填矸石的方法，該方法矸石充填不實，無法對頂板形成有效的支撐和解決地表變形問題。同時該方法留設煤柱充填工藝降低了煤炭回收率，回收率只有75％，造成資源浪費。該方法施工工序復雜，工序循環所用的柱梁等支護材料搬運頻繁，職工勞動強度大。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述技術中的缺陷，而提供一種矸石充填工序環節少、節省支護材料、降低職工勞動強度，矸石處理量大，矸石運輸系統簡單、成本低，提高煤炭回收率，實現矸石不升井，減少地表變形的煤礦矸石充填無煤柱開采工作面采空區的方法。
本發明是這樣實現的，煤礦矸石充填無煤柱開采工作面采空區的方法要點在于矸石充填無煤柱開采工作面采空區，無煤柱開采工作面采用見七充四的頂板控頂方式，工作面走向每推進4米進行一次充填；在上一個循環矸石充填完畢前，工作面推采完成4米，以實現連續充填；工作面下巷運煤，工作面鋪設運煤輸送機，工作面上巷運矸，鋪設上巷運矸刮板輸送機，工作面鋪設一部運煤刮板輸送機和一部工作面運矸刮板輸送機，工作面運煤刮板輸送機隨工作面推進前移，工作面運矸刮板輸送機隨充填隨縮短；采空區充填由下向上依次進行充填，工作面運矸刮板輸送機設置在充填空間的中部，工作面運矸刮板輸送機的機尾高架與拋矸皮帶機尾搭接，充填時通過調整拋矸皮帶的充填方向和角度充實全斷面；全斷面充實接頂后縮短機尾4.5米，并將拋矸皮帶上移與工作面運矸刮板輸送機機尾搭接，再進行全斷面充填，直到充填至上巷為止；充填到上巷以下5米時，將工作面運矸刮板運輸機移到上巷上側，拋矸皮帶直接與上巷運矸刮板輸送機搭接，并隨充填隨縮短上巷運矸刮板輸送機，直到全部充實采空區；再將拋矸皮帶移到下一個充填區，由下向上充填；充填流程①在回采工作面外部設置矸石倉，各掘進迎頭產生的原生矸石通過1噸礦車直接運到矸石卸載巷，通過懸臂式推車機頂進翻車機將矸石翻到矸石倉；②矸石倉下安設漏斗閘門，通過漏斗閘門均勻卸到運矸刮板輸送機上；③經下山皮帶輸送機、工作面上巷刮板輸送機、工作面倒開刮板輸送機；④再通過高速拋矸皮帶將矸石拋到采空區；由于充填寬度較大，充填過程隨充實接頂，隨調整皮帶的充填高度，直到充實全斷面。
所說的拋矸皮帶為膠帶輸送機。
本發明掘進工作面產生的全巖矸石，通過現有的卸矸裝置直接進入現有的矸石運輸系統，進入充填工作面，通過現有充填設備充填到采空區。本發明對采煤工作面采空區進行充填，充填區域廣、空間大，采空區連續充填，充填密度高，充填接實頂板，取消階段煤柱，實現無煤柱開采；采用皮帶輸送，拋矸裝置拋矸，利用高速沖擊、擠壓緊固原理，使掘進工作面生產的矸石，原煤系統生產的矸石不用破碎直接拋進采空區，充填安全，密度高，支撐效果好，并實現沿空留巷，實現矸石不升井，并可將矸石山逐步進行回填處理，最終實現地面矸石零堆放，節約了征地費用和排污稅，改善煤礦環境。
圖1為本發明矸石充填采空區的巷道布置平面示意圖。
圖2是矸石充填運輸系統示意圖。
圖3是矸石充填采空區的平面示意圖。
圖4為圖3矸石充填采空區的剖面示意圖。
圖5為矸石充填工藝流程圖。
具體實施例方式
如圖1-圖5所示，本發明是采用無煤柱開采，采用已有技術的皮帶、刮板輸送機運輸矸石，拋矸皮帶高速拋矸實現煤礦矸石充填無煤柱開采工作面采空區。礦井各掘進迎頭產生的原生矸石通過1噸礦車直接運到矸石卸矸巷7，通過懸臂式推車機8頂進礦車翻車機將矸石翻到矸石倉9，矸石倉9下頭安設漏斗閘門15，通過漏斗閘門15均勻的卸放到運矸刮板輸送機16，經運矸皮帶輸送機4、工作面上巷運矸刮板輸送機13、工作面運矸刮板輸送機11、再通過高速拋矸皮帶12將矸石拋送到采空區，由于充填寬度較大，充填過程隨充實接頂，隨調整皮帶的充填高度，直到充實全斷面。
如圖1、圖3所示，無煤柱開采工作面1采用見七充四的頂板控頂方式，工作面1走向每推進4米進行一次充填；在上一個循環矸石充填完畢前，工作面推采完成4米，以實現連續充填；工作面下巷3運煤，工作面鋪設運煤輸送機14，工作面上巷2運矸，鋪設上巷運矸刮板輸送機13，工作面1鋪設一部運煤刮板輸送機10和一部工作面運矸刮板輸送機11，工作面運煤刮板輸送機10隨工作面推進前移，工作面運矸刮板輸送機11隨充填隨縮短。
采空區充填由下向上依次進行充填，工作面運矸刮板輸送機11設置在充填空間的中部，工作面運矸刮板輸送機11的機尾高架與拋矸皮帶12機尾搭接，充填時通過調整拋矸皮帶12的充填方向和角度充實全斷面。全斷面充實接頂后縮短機尾4.5米，并將拋矸皮帶12上移與工作面運矸刮板輸送機機尾搭接，再進行全斷面充填，直到充填至上巷為止。充填到上巷以下5米時，將工作面運矸刮板運輸機11移到上巷上側，拋矸皮帶12直接與上巷刮板輸送機13搭接，并隨充填隨縮短上巷刮板輸送機13，直到全部充實采空區。再將拋矸皮帶12移到下一個充填區，由下向上充填。工作面以充填定產量，充填能力較大，礦井實現了矸石不升井，矸石零排放的目標。
充填方法1)、采空區矸石充填方式工作面推采控頂距達到7米時，由下向上開始對后4米空間進行充填，隨充填接實頂板隨回撤支柱，充填時超前2米掛擋矸簾，擋矸簾高度1.5米。
2)、充填段臨時支護方式(1)、充填時，充填接頂段距正規支護間空頂距離走向不得大于2米、傾斜長度不得大于3米，人員身體任何部位嚴禁進入采空區。
(2)、拋矸皮帶調頭時，必須先支后回，嚴禁空頂作業。更換支柱時，頂梁不能斷開，拋矸皮帶位置頂梁不得出現兩根懸梁，懸梁魚口必須插設好水平銷，并用手錘砸緊，保證頂梁接頂嚴實。
(3)、皮帶機頭前增設四架Л型鋼(規格2.6米)加強支護，Л型鋼順工作面頂梁走向支設，一梁二柱支設牢固，嚴禁出現單梁單柱，減少予充填空間的空頂面積。
(4)、隨充填回出的支柱按規定位置支設，頂梁碼放整齊，防止柱、梁堆積，影響退路暢通。
本發明的有益效果1)、無煤柱矸石充填開采，工序環節少，只有推采、充填兩個大的工序，工序影響少。提高了煤炭資源回收率，延長了礦井服務年限，增加了經濟效益。
2)、支護材料由原來的10排減到7排，支護材料費用減少30％，支護材料轉運、設備搬運距離顯著減少，降低了職工的勞動強度。、3)、原生矸石直接充填到工作面采空區，無需破碎和加工，適應性強，矸石處理量大；矸石運輸系統簡單，運輸成本費用低。
4)、采煤工作面采空區充填，可充填區域廣、空間大，能實現矸石不升井，并可將矸石山逐步進行回填處理，最終實現地面矸石零堆放，節約了征地費用和排污稅，改善了煤礦環境。
5)、“高速沖擊，擠壓緊固”，通過提高拋矸速度增加矸石充填密度，降低矸石壓實收縮量，減少地表變形，還可以采取注漿，降低矸石收縮量，使地表無變形，實現“三下”開采無變形目標。
因此，采用本發明經過地面巖移觀測(每月觀測一次)，地表沒有變化，矸石充填開采的成功試驗，證明了實現矸石不升井，地表不變形，以矸石換取煤炭的設想是正確的，為解放三下壓煤和礦井實現綠色開采提供了新的采煤方法，增加了礦井可采儲量，延長了礦井服務年限。
權利要求
1.一種煤礦矸石充填無煤柱開采工作面采空區的方法，其特征在于無煤柱開采工作面(1)采用見七充四的頂板控頂方式，工作面(1)走向每推進4米進行一次充填；在上一個循環矸石充填完畢前，工作面推采完成4米，以實現連續充填；工作面下巷(3)運煤，工作面(1)鋪設運煤輸送機(14)，工作面上巷(2)運矸，鋪設上巷運矸刮板輸送機(13)，工作面(1)鋪設一部運煤刮板輸送機(10)和一部工作面運矸刮板輸送機(11)，工作面運煤刮板輸送機(10)隨工作面推進前移，工作面運矸刮板輸送機(11)隨充填隨縮短；采空區充填由下向上依次進行充填，工作面運矸刮板輸送機(11)設置在充填空間的中部，工作面運矸刮板輸送機(11)的機尾高架與拋矸皮帶(12)機尾搭接，充填時通過調整拋矸皮帶(12)的充填方向和角度充實全斷面；全斷面充實接頂后縮短機尾4.5米，并將拋矸皮帶(12)上移與工作面運矸刮板輸送機(11)機尾搭接，再進行全斷面充填，直到充填至上巷為止；充填到上巷以下5米時，將工作面運矸刮板運輸機(11)移到上巷上側，拋矸皮帶(12)直接與上巷運矸刮板輸送機(13)搭接，并隨充填隨縮短上巷運矸刮板輸送機(13)，直到全部充實采空區；再將拋矸皮帶(12)移到下一個充填區，由下向上充填；充填流程①在回采工作面外部設置矸石倉(9)，掘進迎頭產生的原生矸石通過礦車直接運到矸石卸載巷(7)，通過懸臂式推車機(8)頂進翻車機將矸石翻到矸石倉(9)；②矸石倉(9)下安設漏斗閘門(15)，通過漏斗閘門(15)均勻卸放到運矸刮板輸送機(16)上；③經運矸皮帶(4)、上巷刮板輸送機(13)、運矸刮板輸送機(11)；④再通過拋矸皮帶(12)將矸石拋到采空區；充填過程隨充實接頂，隨調整皮帶的充填高度，直到充實全斷面。
全文摘要
一種煤礦矸石充填無煤柱開采工作面采空區的方法，工作面(1)采用見七充四的頂板控頂方式；將礦井掘進迎頭產生的原生矸石直接運到矸石卸載巷(7)后運到矸石倉(9)，通過漏斗閘門(15)卸放到運矸刮板輸送機(16)，經運矸皮帶(4)、工作面運矸刮板輸送機(11)、再通過高速拋矸皮帶(12)將矸石拋送到采空區。本發明將原生矸石直接充填無煤柱開采工作面采空區，無需破碎和加工，矸石處理量大；對采煤工作面采空區進行充填，充填區域廣、空間大，實現矸石不升井，并可將矸石山逐步進行回填處理，最終實現地面矸石零堆放，改善煤礦環境。為解放“三下”壓煤和礦井實現綠色開采提供了新的采煤方法。
文檔編號E21F13/00GK1936271SQ20061006852
公開日2007年3月28日 申請日期2006年8月21日 優先權日2006年8月21日
發明者孫華璋, 楊士江, 劉燦華, 付振峰, 李乃福, 王敏杰, 王懷德, 鞏學剛, 馬仁峰, 冀慎利 申請人:山東盛泉礦業有限公司