一种采区单向掘进无煤柱开采方法与流程

技术领域：

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别涉及一种采区单向掘进无煤柱开采方法。

背景技术：
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现有的井工煤矿中，采区无煤柱开采主要有两种：

一是切顶法，即超前综采工作面煤壁一定距离，提前在综采工作面的胶运顺槽巷道内，贴近煤壁一侧，向顶板打设深孔并采取爆破切顶的方法预裂顶板，或者采用专用设备切顶，使胶运顺槽顶板与综采工作面顶板不再成为一个整体；在综采工作面不断向前推进过程中，采空区顶板不断垮落；由于胶运槽顶板提前采取了高强度的支护方式，再加上顶板预裂技术，在综采工作面的不断推进过程中，胶运顺槽顶板并不会垮落，保留下来的胶运顺槽即可用作相邻的下一个综采工作面的回风顺槽；这种无煤柱开采方法，每个综采工作面只需要掘进一条胶运顺槽和一个切眼，再加上回采过程中沿采空区保留下来的一条顺槽，即形成备用综采工作面。

二是砌筑混凝土墙隔离法，即胶运顺槽在掘进时采用了超宽断面和高强度支护技术，综采工作面机头侧安装有专用端头支架；在综采工作面向前推进的过程中，在专用端头支架后部，由专用端头支架两道隔离板将采空区与胶运顺槽大部分空间隔离开，在专用端头支架两道隔离板中浇注混凝土墙，即形成一个完整的巷道断面，用作相邻的下一个综采工作面的回风顺槽，这种无煤柱开采方法，每个综采工作面也是只掘进一条胶运顺槽和一个切眼，由现浇混凝土墙所隔离出的一条顺槽，满足通风、辅助运输等各项功能，与新掘的超宽胶运顺槽、切眼即形成备用综采工作面。

但是采用上述两种无煤柱开采方法存在以下问题：第一，上述两种方法回采期间采动动压强烈，对煤层顶、底板岩性有较高要求；而采动动压对中厚煤层的影响比厚煤层的影响小，多用于中厚煤层开采，不适合厚煤层；另外，上述两种方法适用于顶底板岩性整体性好且稳定的煤层，因此，上述两种方法适用的条件比较苛刻，普遍适用性差；

第二，上述两种方法中，对胶运顺槽一侧的综采工作面进行回采后，因受到采动动压影响，需要对胶运顺槽加强支护以进行维护，而保留下来的胶运顺槽需要用作相邻的下一个综采工作面的回风顺槽，回采下一个综采工作面时，仍会受到采动动压的影响；因此，胶运顺槽支护强度要求非常高，对顶板支护材料的选型要求更高，致使支护成本和人工劳动强度均非常高；

第三，目前工作面回采过程中，胶运顺槽靠近采空区一侧的帮部煤体回采，再利用现浇混凝土墙将预留空间与采空区隔离开，沿采空区预留下巷道；但是由于目前综采工作面推进的进度慢，煤炭被采出后，采空区上方岩层需要3-6个月或者更长的时间后才会慢慢稳定下来，在此期间，混凝土墙砌筑完毕未达到设计强度即需要承载顶板压力和综采工作面采动动压影响，导致现浇混凝土墙承载效果会受到较大影响；

第四，沿采空区留下巷道后，采空区直接顶所形成的隔离需要喷浆来加固、封堵缝隙，所隔离出来的巷道顶板，仍需二次加强支护来维护，使得现场作业工序复杂化，人工劳动强度大大提高；严重影响综采工作面的推进速度，对综采工作面的正常生产组织影响非常明显；

第五，沿采空区留下巷道后，围岩变形明显，后期巷道维护成本比较高，进入综采工作面超前压力影响范围后，需要的加强支护强度更高；

第六，随着综采工作面的不断推进，这两种无煤柱开采技术中，直接顶形成的隔离及现浇混凝土墙，都在持续受到采动动压的影响，接顶形成的隔离之间还有裂缝，现浇混凝土墙凝固期间还要受采动动压影响致使整体性比较差，裂隙多且宽度小；对预防采空区漏风、采空区自然发火能力相对较差，也不利于隔离采空区积水，致使综采工作面回采作业环境相对较差。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种有利于保障综采工作面良好作业环境且有效降低劳动强度和巷道掘进成本的采区单向掘进无煤柱开采方法。

本发明由如下技术方案实施：一种采区单向掘进无煤柱开采方法，其包括如下内容：

(1)分区：将采区一翼分为两个区段，分别为一区段和二区段，所述一区段和所述二区段均分割成若干个综采工作面；

(2)掘进：在每相邻两个综采工作面之间进行掘进作业，所述一区段和所述二区段内同时进行单向掘进作业；即其中一个区段依次进行胶运顺槽的掘进、煤柱煤体的开采及煤柱充填区的充填，同时，另一个区段进行回风顺槽的掘进；

(3)切眼：回风顺槽掘进结束后，对邻近的综采工作面进行掘进切眼，为综采工作面的回采做准备；

(4)回采：在所述一区段和所述二区段内交替进行回采作业，即按照顺序完成所述一区段内的一个综采工作面回采作业后，再按照顺序开展所述二区段内一个综采工作面的回采作业。

进一步地，每个区段内进行回采作业的同时，掘进与回采作业工作面相邻的下一个备采工作面的所述胶运顺槽；当区段内无回采作业时，掘进该区段内备采工作面的所述回风顺槽和所述切眼，为综采工作面的回采做准备。

进一步地，一区段综采工作面包括3101至3105，共5个综采工作面，二区段综采工作面包括3106至3110，共5个综采工作面。

进一步地，一区段掘进工作面包括qw、rt、yu和io工作面，二区段掘进工作面包括jk、gh、ef、cd工作面。

进一步地，所述一区段内的3101综采工作面回采作业进展一半以上时，一区段tr工作面的所述胶运顺槽掘进、所述煤柱煤体的开采和所述煤柱充填区的充填任务已经接近尾声，同时所述二区段内jk工作面的所述回风顺槽掘进任务也接近尾声，并准备掘进3107切眼；3107工作面作为接续综采工作面，待切眼掘进完毕，开始切眼硬化、综采工作面设备安装、设备调试等一系列工作；所述一区段内3101综采面回采结束后，开始掘进一区段qw工作面的所述回风顺槽及3102切眼，如此交替作业。

进一步地，所述胶运顺槽的掘进作业包括如下内容：

(1)掘锚机驶入胶运截割面，持续截割所述胶运截割面的煤体，并将落煤转运到梭车上，所述梭车穿梭于掘锚机和破碎机之间，将落煤运至带式输送机机尾处的所述破碎机上，所述破碎机在破碎大块煤体后将落煤又转载至所述带式输送机上，所述带式输送机将落煤转运到矿井主运输系统上；

(2)所述掘锚机持续截割所述胶运截割面煤体的同时，利用所述掘锚机自带的顶板、帮部锚杆支护功能，完成胶运空顶区支护工作。

进一步地，所述煤柱煤体的开采作业包括如下内容：

(1)掘锚机驶入煤柱截割面，持续截割所述煤柱截割面煤体，并将落煤转运到梭车上，所述梭车穿梭于所述掘锚机和破碎机之间，将落煤运至带式输送机机尾处的所述破碎机上，所述破碎机在破碎大块煤体后将落煤又转载至所述带式输送机上，所述带式输送机将落煤转运到矿井主运输系统上；

(2)利用所述掘锚机自带的顶板、帮部锚杆支护功能，完成煤柱充填区的顶板和帮部锚网支护工作。

进一步地，所述煤柱充填区的充填作业包括如下步骤：

(1)沿所述胶运顺槽的煤柱侧帮部及所述煤柱充填区横截面分别支设一行模板撑柱，每相邻两个模板撑柱的柱距为1.2米；

(2)以所述模板撑住为骨架支设专用模板，沿所述专用模板的内壁铺设塑料隔膜，使所述专用模板、已浇筑的混凝土充填柱及邻近的所述回风顺槽之间形成密闭空间，以备充填；

(3)在所述胶运顺槽内沿煤柱侧帮铺设充填管路，在所述充填管路上等间距连通有若干根置于所述煤柱充填区内的管路分支，每个所述管路分支上装设有一个换向阀；在所述充填管路的末端续接泄流管路，并用专用软管将所述充填管路的末端与所述泄流管路的始端连接；

(4)由充填泵打入所述充填管路，浆料从所述充填管路到达第一个所述管路分支之前，对应所述换向阀连通该处所述管路分支，并阻断了浆料流向下方的所述充填管路和第二个所述管路分支，浆料直接由此所述管路分支灌入所述煤柱充填区；

(5)第一个所述管路分支处的所述煤柱充填区内浆料接顶后，切换该处所述换向阀，该处所述管路分支被断开，浆料通过第二个所述管路分支灌入所述煤柱充填区；依次操作，直至所述煤柱充填区充填完毕。

进一步地，所述煤柱充填区充填完毕，切换末端所述管路分支处的所述换向阀，该处所述管路分支被断开，剩余浆料、冲刷所述充填管路的清水经所述泄流管路流出，充填作业结束，所述煤柱充填区进入至少8小时的凝固期。

进一步地，所述回风顺槽的掘进作业包括如下步骤：

(1)掘锚机驶入回风截割面，持续截割所述回风截割面煤体，并将落煤转运到梭车上，所述梭车穿梭于所述掘锚机和破碎机之间，将落煤运至带式输送机机尾处的所述破碎机上，所述破碎机在破碎大块煤体后将落煤又转载至所述带式输送机上，所述带式输送机将落煤转运到矿井主运输系统上即可；

(2)利用所述掘锚机自带的顶板、帮部锚杆支护功能，完成回风空顶区的顶帮锚网索支护工作。

本发明的优点：1.本发明适用条件比较宽松，具有普遍适用性，可用于薄煤层、中厚煤层和厚煤层开采，且对煤层顶、底板岩性没有硬性要求。

2.本发明中胶运顺槽不需要留用，对胶运顺槽、煤柱顶板和帮部支护强度要求比较低，支护强度、支护材料的选择只要满足掘进巷道顶板管理的需要即可；由于采用了煤柱回收和混凝土充填技术，煤柱顶板和帮部支护比较简单即可满足正常安全生产，支护成本降低，掘进期间人工劳动强度就有了显著降低。

3.本发明中的煤柱回收和混凝土充填工作，是在胶运顺槽掘进期间穿插完成的，不会受到像综采工作面开采过程中伴随的大面积、高应力采动动压影响；因此，混凝土充填柱的整体性好，抗压强度高，承载性能更高，更有保证。

4.本发明中综采工作面开采前后，胶运顺槽、回风顺槽的巷道维护成本最低，综采工作面开采工序简单，人工劳动强度比较低；不用在回采生产期间组织进行巷道切顶作业或者混凝土隔离层浇筑作业，不影响综采工作面的正常生产组织，对稳定矿井稳产高产有根本保证，显著提高综采工作面和采区的回采率。

5.本发明综采工作面开采后，才掘进相邻的下一个综采工作面的回风顺槽，混凝土充填柱整体性强，承载能力高，对预防采空区漏风、采空区自然发火、采空区漏水和渗水的效果都比较好，这对提高回风顺槽的掘进作业环境、综采工作面回风顺槽侧作业环境舒适度和安全系数等非常关键。

附图说明：

图1为本发明采区采掘布置示意图。

图2为本发明所述胶运顺槽的掘进截割作业示意图。

图3为本发明所述煤柱的掘进截割作业示意图。

图4为本发明所述胶运顺槽和所述煤柱的断面支护示意图。

图5为本发明所述煤柱充填区部分区段充填前的示意图。

图6为本发明所述煤柱充填区部分区段充填后的示意图。

图7为本发明所述回风顺槽的掘进截割作业示意图。

图8本发明所述回风顺槽的断面支护示意图。

附图中各部件的标记如下：一区段1、二区段2、一区段综采工作面3、二区段综采工作面4、一区段掘进工作面5、二区段掘进工作面6、带式输送机7、破碎机8、梭车9、掘锚机10、胶运顺槽11、胶运空顶区12、胶运截割面13、回风顺槽14、煤柱煤体15、煤柱截割面16、混凝土充填柱17、充填管路18、泄流管路19、模板撑住21、煤柱充填区22、专用模板23、切眼26、回风截割面27、回风空顶区28、管路分支29、换向阀30、锚杆31、锚索32。

具体实施方式：

如图1所示，一种采区单向掘进无煤柱开采方法，其包括如下内容：

(1)分区：将采区一翼分为两个区段，分别为一区段1和二区段2，一区段1和二区段2均分割成若干个综采工作面；其中一区段综采工作面3包括3101至3105，共5个综采工作面，二区段综采工作面4包括3106至3110，共5个综采工作面。

(2)掘进：在每相邻两个综采工作面之间进行掘进作业，一区段1和二区段2内同时进行单向掘进作业；即其中一个区段依次进行胶运顺槽11的掘进、煤柱煤体15的开采及煤柱充填区22的充填，同时，另一个区段进行回风顺槽14的掘进；一区段掘进工作面5包括qw、rt、yu和io工作面，二区段掘进工作面6包括jk、gh、ef、cd工作面。

(3)切眼：回风顺槽14掘进结束后，对邻近的综采工作面进行掘进切眼26，为综采工作面的回采做准备。

(4)回采：在一区段1和二区段2内交替进行回采作业，即按照顺序完成一区段1内的一个综采工作面回采作业后，再按照顺序开展二区段2内一个综采工作面的回采作业；3106综采工作面已经回采完毕，形成3106采空区，则开始进行3101综采工作面回采作业，如此交替进行；每个区段内进行回采作业的同时，掘进与回采作业工作面相邻的下一个备采工作面的胶运顺槽11；当区段内无回采作业时，掘进该区段内备采工作面的回风顺槽14和切眼26，为综采工作面的回采做准备。

一区段1内的3101综采工作面回采作业进展一半以上时，一区段tr工作面的胶运顺槽11掘进、煤柱煤体15的开采和充填任务已经接近尾声，同时二区段jk工作面的回风顺槽14掘进任务也接近尾声，并准备掘进3107切眼；3107工作面作为接续综采工作面，待切眼26掘进完毕，开始切眼26硬化、综采工作面设备安装、设备调试等一系列工作；一区段1内3101综采面回采结束后，开始掘进一区段qw工作面的回风顺槽14及3102切眼，如此交替作业。

如图2和图4所示，胶运顺槽11的掘进作业包括如下内容：

(1)掘锚机10驶入胶运截割面13，持续截割胶运截割面13煤体，并将落煤转运到梭车9上，梭车9穿梭于掘锚机10和破碎机8之间，将落煤运至带式输送机7机尾处的破碎机8上，破碎机8在破碎大块煤体后将落煤又转载至带式输送机7上，带式输送机7将落煤转运到矿井主运输系统上。

(2)掘锚机10持续截割胶运截割面13煤体的同时，利用掘锚机10自带的顶板、帮部锚杆31支护功能，完成胶运空顶区12支护工作。

如图3和图4所示，煤柱煤体15的开采作业包括如下内容：

(1)掘锚机10驶入煤柱截割面16，持续截割煤柱截割面16煤体，并将落煤转运到梭车9上，梭车9穿梭于掘锚机10和破碎机8之间，将落煤运至带式输送机7机尾处的破碎机8上，破碎机8在破碎大块煤体后将落煤又转载至带式输送机7上，带式输送机7将落煤转运到矿井主运输系统上。

(2)利用掘锚机10自带的顶板、帮部锚杆31支护功能，完成煤柱充填区22的顶板和帮部锚网支护工作。

如图5和图6所示，煤柱充填区22的充填作业包括如下步骤：

(1)沿胶运顺槽11煤柱侧帮部及煤柱充填区22横截面分别支设一行模板撑柱，每相邻两个模板撑柱的柱距为1.2米。

(2)以模板撑住21为骨架支设专用模板23，沿专用模板23的内壁铺设塑料隔膜，使专用模板23、已浇筑的混凝土充填柱17及邻近的回风顺槽14之间形成密闭空间，准备充填。

(3)在胶运顺槽11内沿煤柱侧帮铺设充填管路18，在充填管路18上等间距连通有若干根置于煤柱充填区22内的管路分支29，每个管路分支29上装设有一个换向阀30；在充填管路18的末端续接泄流管路19，并用专用软管将充填管路18的末端与泄流管路19的始端连接。

(4)由充填泵打入充填管路18，浆料从充填管路18到达第一个管路分支29之前，对应换向阀30连通该处管路分支29，并阻断了浆料流向下方的充填管路18和第二个管路分支29，浆料直接由此管路分支29灌入煤柱充填区22。

(5)第一个管路分支29处的煤柱充填区22内浆料接顶后，切换该处换向阀30，该处管路分支29被断开，浆料通过第二个管路分支29灌入煤柱充填区22；依次操作，直至煤柱充填区22充填完毕。

(6)煤柱充填区22充填完毕，切换末端管路分支29处的换向阀30，该处管路分支29被断开，剩余浆料、冲刷充填管路18的清水经泄流管路19流出，充填作业结束，煤柱充填区22进入至少8小时的凝固期。

本发明中胶运顺槽11不需要留用，对胶运顺槽11、煤柱顶板和帮部支护强度要求比较低，支护强度、支护材料的选择只要满足掘进巷道顶板管理的需要即可；由于采用了煤柱煤体15回收和混凝土充填技术，煤柱顶板和帮部支护比较简单即可满足正常安全生产，支护成本降低，掘进期间人工劳动强度就有了显著降低；本发明中的煤柱煤体15回收和混凝土充填工作，是在胶运顺槽11掘进期间穿插完成的，不会受到像综采工作面开采过程中伴随的大面积、高应力采动动压影响；因此，混凝土充填柱17的整体性好，抗压强度高，承载性能更高，更有保证；本发明中综采工作面开采前后，胶运顺槽11、回风顺槽14的巷道维护成本最低，综采工作面开采工序简单，人工劳动强度比较低；不用在回采生产期间组织进行巷道切顶作业或者混凝土隔离层浇筑作业，不影响综采工作面的正常生产组织，对稳定矿井稳产高产有根本保证，显著提高综采工作面和采区的回采效率。

如图7和图8所示，回风顺槽14的掘进作业包括如下步骤：

(1)掘锚机10驶入回风截割面27，持续截割回风截割面27煤体，并将落煤转运到梭车9上，梭车9穿梭于掘锚机10和破碎机8之间，将落煤运至带式输送机7机尾处的破碎机8上，破碎机8在破碎大块煤体后将落煤又转载至带式输送机7上，带式输送机7将落煤转运到矿井主运输系统上即可。

(2)利用掘锚机10自带的顶板帮部锚杆31和顶板锚索32支护功能，完成回风空顶区28的顶帮锚网索支护工作。

本发明综采工作面开采后，才掘进相邻的下一个综采工作面的回风顺槽14，混凝土充填柱17整体性强，承载能力高，对预防采空区漏风、采空区自然发火、采空区漏水和渗水的效果都比较好，这对提高回风顺槽14的掘进作业环境、综采工作面的回风顺槽14侧作业环境舒适度和安全系数等非常关键。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。