一种底鼓接顶置换煤柱的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种煤矿井下置换煤柱的方法，具体是一种适用于煤矿井下的底鼓接 顶置换煤柱的方法，属于煤炭生产技术领域。
【背景技术】
[0002] 在进行水体下、建筑物下和铁路下这"三下"的煤炭开采时，为保证地表沉降量在 标准范围内，一般采用条带法开采，条带开采是将被开采的煤层划分为若干条带，采一条， 留一条，利用留下的条带煤柱支撑上覆岩层以达到控制地表沉降的目的。
[0003] 据统计，进行条带法开采后，有60 %以上的煤炭以煤柱形式被压在地下，形成永久 性煤柱，造成资源浪费，由于煤炭资源的消耗程度和国民经济的需求量都在日益加大，这些 煤柱已经被作为回收对象，特别是在我国优质稀缺煤种分布的地区，更是加大了开发和开 采力度。
[0004] 但由于这部分煤柱赋存条件的特殊性和复杂性，要求不能破坏地面设施，也不能 污染环境，因此近年来新开发的回收煤柱技术主要有矸石等废弃物充填开采、利用膏体充 填开采或条带冒落区注浆充填减沉开采等，但是利用矸石等废弃物、膏体或注浆填充需要 将填充物运输至煤矿采空区或充填巷道，巷道掘进、充填物输送及填充成本较高，生产环节 多、工序复杂，且费时费力，制约了相关技术的进一步推广应用。
[0005] 受采掘工程的影响，巷道顶、底板和两帮围岩会产生变形并向巷道内移动，其中巷 道底板或采空区底板向上隆起的现象即称之为底鼓，底鼓是井巷中常发生的一种动力现 象，它与围岩的性质、采动影响、开采深度及地质构造等直接相关，底鼓使巷道变形、断面变 小，影响通风、运输，制约矿井安全生产，特别是针对"三下"软岩、遇水膨胀岩体矿井的煤柱 复采更是带来极大困难。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提供一种底鼓接顶置换煤柱的方法，成本较小，适用于"三 下"软岩、遇水膨胀岩体矿井的煤柱复采，可以实现有效支护和复采。
[0007] 为实现上述目的，本底鼓接顶置换煤柱的方法是根据膨胀或软弱岩层容易底鼓的 特征，利用高地压、高侧压、高碎胀和遇水高膨胀的特点促使采空区内的底板扩容，使采空 区内的膨胀或软弱底板鼓起并与顶板紧密接触以达到有效支护的作用后，回收原条带或房 柱式开采所遗留在矿井地下的煤柱，具体步骤如下：
[0008] a.根据地面建筑物保护等级、煤层埋深、煤层采高、条带采宽等不同情况，选用柱 体强度计算经验公式来计算不同巷采方案煤柱的承载能力，通过结果比较，分析煤柱的稳 定性；
[0009] b.在保证煤柱能有效安全承载的原则下，在煤柱上打孔或切槽，打孔或切槽深度 不超过煤房宽度的四分之一；
[0010] C.在煤柱之间采空区的底板上进行打孔或切槽，打孔或切槽深度不超过煤房宽度 的四分之一；
[0011] d.待煤柱之间采空区内的底板鼓起并与顶板接触后，提出开采后顶板和底板鼓起 部分的支护设计方案，根据地面建筑物保护等级、煤层埋深、煤层采高、条带采宽等不同情 况，选用柱体强度计算经验公式来计算不同巷采方案鼓起的底板的承载能力，通过结果比 较，分析鼓起的底板承载柱体的稳定性；
[0012] e.待煤柱之间采空区内鼓起的底板强度达到所需要的强度值时，破坏煤柱的承载 核区，释放由于前期顶底板变形在煤柱中集聚的高应力，将承载主体由原来的煤柱转换成 鼓起的底板；
[0013] f.按步骤d中的设计要求进行有效支护后，用采煤设备开采回收原条带开采建筑 物下压煤资源时所遗留在井下的煤柱。
[0014] 作为本发明的进一步改进方案，所述的步骤b中的打孔或切槽的位置在煤柱竖直 高度的中间位置，多个孔或槽围绕煤柱呈环形分布。
[0015] 作为本发明的进一步改进方案，经过步骤b、c后，若鼓起的底板还没有接顶，则增 加cl步骤：对底板进行表层震动爆破，炮孔深度不超过煤房宽度的四分之一。
[0016] 作为本发明的进一步改进方案，在步骤b之后增加bl步骤：在保证煤柱能有效安 全承载的原则下，对煤柱进行表层震动爆破，炮孔深度不超过煤房宽度的四分之一。
[0017] 作为本发明的进一步改进方案，经过步骤b、c后，若鼓起的底板还没有接顶，则增 加c2步骤：对底板中的遇水膨胀岩体体进行注水。
[0018] 作为本发明的进一步改进方案，所述的步骤e中破坏煤柱的承载核区的方法是在 煤柱上打孔或注水或放松动炮。
[0019] 作为本发明的进一步改进方案，步骤a、d中所述的根据地面建筑物保护等级、煤 层埋深、煤层采高、条带采宽等不同情况选用柱体强度计算经验公式是下表中的公式：
【主权项】
1. 一种底鼓接顶置换煤柱的方法，其特征在于，是根据膨胀或软弱岩层容易底鼓的特 征，利用高地压、高侧压、高碎胀和遇水高膨胀的特点促使采空区（4)内的底板（3)扩容，使 采空区（4)内的膨胀或软弱底板（3)鼓起并与顶板（1)紧密接触以达到有效支护的作用 后，回收原条带或房柱式开采所遗留在矿井地下的煤柱（2)，具体步骤如下： a. 根据地面建筑物保护等级、煤层埋深、煤层采高、条带采宽等不同情况，选用柱体 强度计算经验公式来计算不同巷采方案煤柱的承载能力，通过结果比较，分析煤柱的稳定 性； b. 在保证煤柱（2)能有效安全承载的原则下，在煤柱（2)上打孔或切槽，打孔或切槽深 度不超过煤房宽度的四分之一； c. 在煤柱（2)之间采空区（4)的底板（3)上进行打孔或切槽，打孔或切槽深度不超过 煤房宽度的四分之一； d. 待煤柱（2)之间采空区（4)内的底板（3)鼓起并与顶板（1)接触后，提出开采后顶 板和底板鼓起部分的支护设计方案，并根据地面建筑物保护等级、煤层埋深、煤层采高、条 带采宽等不同情况，选用柱体强度计算经验公式来计算不同巷采方案鼓起的底板（3)的承 载能力，通过结果比较，分析鼓起的底板（3)承载柱体的稳定性； e. 待煤柱（2)之间采空区⑷内鼓起的底板（3)强度达到所需要的强度值时，破坏煤 柱（2)的承载核区，释放由于前期顶底板变形在煤柱（2)中集聚的高应力，将承载主体由原 来的煤柱⑵转换成鼓起的底板（3); f. 按步骤d中的设计要求进行有效支护后，用采煤设备开采回收原条带开采建筑物下 压煤资源时所遗留在井下的煤柱（2)。
2. 根据权利要求1所述的底鼓接顶置换煤柱的方法，其特征在于，所述的步骤b中的打 孔或切槽的位置在煤柱（2)竖直高度的中间位置，多个孔或槽围绕煤柱（2)呈环形分布。
3. 根据权利要求1所述的底鼓接顶置换煤柱的方法，其特征在于，经过步骤b、c后，若 鼓起的底板（3)还没有接顶，则增加cl步骤：对底板（3)进行表层震动爆破，炮孔深度不超 过煤房宽度的四分之一。
4. 根据权利要求1所述的底鼓接顶置换煤柱的方法，其特征在于，在步骤b之后增加 bl步骤：在保证煤柱（2)能有效安全承载的原则下，对煤柱（2)进行表层震动爆破，炮孔 深度不超过煤房宽度的四分之一。
5. 根据权利要求1所述的底鼓接顶置换煤柱的方法，其特征在于，经过步骤b、c后，若 鼓起的底板（3)还没有接顶，则增加c2步骤：对底板（3)中的遇水膨胀岩体体进行注水。
6. 根据权利要求1所述的底鼓接顶置换煤柱的方法，其特征在于，所述的步骤e中破坏 煤柱（2)的承载核区的方法是在煤柱（2)上打孔或注水或放松动炮。
7. 根据权利要求1所述的底鼓接顶置换煤柱的方法，其特征在于，步骤a、d中所述的 根据地面建筑物保护等级、煤层埋深、煤层采高、条带采宽等不同情况选用柱体强度计算经 验公式是下表中的公式：
8.根据权利要求1所述的底鼓接顶置换煤柱的方法，其特征在于，所述的步骤f中的采 煤设备是综合机械化采煤机、或综合机械化掘进机、或联采机、或螺旋采煤机、或爆破 器材、或水力切割器材。
【专利摘要】本发明公开了一种底鼓接顶置换煤柱的方法，是根据膨胀或软弱岩层容易底鼓的特征,利用高地压、高侧压、高碎胀和遇水高膨胀的特点促使采空区内的膨胀或软弱底板扩容，采用具体措施使采空区(4)内的膨胀或软弱底板(3)鼓起并与顶板(1)紧密接触以达到有效支护的作用后，破坏煤柱(2)的承载核区，将承载主体由原来的煤柱(2)转换成鼓起的底板(3)；在有效支护后回收原条带或房柱式开采所遗留在矿井地下的煤柱(2)。本底鼓接顶置换煤柱的方法对遇水膨胀岩体或软弱底板矿井提高回收率效果明显，且生产工艺简单，不必另外设置配套固体废弃物、膏体或浆液填充所需的相关设备，投资、掘进和支护成本大幅度降低。
【IPC分类】E21C41-16
【公开号】CN104879127
【申请号】CN201510201173
【发明人】马占国, 杨党委, 王宇, 冯建川, 李之坚, 严圣平, 杨玉树, 倪亮, 张金亮, 四旭飞
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月24日