[发明专利]煤矿采空区充填采矿系统及沿空留巷充填工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于煤炭开采的充填系统，尤其涉及在受采动影响剧烈的缓倾斜和倾斜煤层开采领域。 

背景技术

煤炭是一次性能源，在我国的能源结构中占主体地位。随着我国经济的快速发展，伴随着对能源的需求量的增加，煤炭的开采量也大量增加，在2013年我国的煤炭产量已经超过了40亿吨。同时煤炭开采带来的环境问题越来越严重，如煤炭开采造成岩层移动和破坏，在上覆岩层中形成“三带”，引起岩层中水与瓦斯的流动，导致煤矿瓦斯事故与井下突水事故；对地面造成地表沉陷，建筑设施的损坏；大量堆积在地面的矸石，既占用良田，又造成环境污染；随着我国矿井开采深度的不断增加，矿山压力显现及冲击地压等动力灾害发生的频次增加，强度增大，危及矿井的安全生产。申请号为201110388670.1的中国专利公开了中厚以下煤层的条带式流体膨胀充填开采方法，采用条带式开采，同时受煤层倾角限制；申请号为201110070870.2的中国专利公开了中厚及以上煤层的巷道式充填开采方法，采用掘锚一体机或连续采煤机采用巷道式开采和充填，开采效率低，该方法仅适合于小型矿山或局部“三下”开采；申请号为201110028042.2的中国专利公开了一种煤矿充填开采工作面支护系统；申请号为2011100396497.X的中国专利公开了移动式机械密封充填开采支架。申请号为201310184020.4的中国专利公开了一种充填开采中凿岩硐室的布置方法，该方法适用于金属矿山，将凿岩硐室布置在充填体内。 

本发明是属于煤炭绿色开采的一种方法，通过对采空区的充填消除煤层开采对环境的破坏，同时减少矿井灾害发生。 

发明内容

根据以上现有技术中的不足或适用条件的限制，本发明要解决的技术问题是：在能满足目前广泛使用的走向长壁回采工作面正常生产能力的条件下，对受采动影响剧烈的缓倾斜和倾斜煤层开采实现绿色开采。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

目前在煤炭开采过程中对采空区处理广泛采用是全面垮落法，具体过程：当采煤工作面 自开切眼推进一定距离后，直接顶暴露达到一定面积就要开始垮落后在采空区内杂乱堆积，坚硬老顶由于其断裂步距较大，以板状结构悬露于采空区上方，当老顶岩层达到其强度极限时，将在老顶板状结构的边缘及中部形成断裂，即采煤工作面来压。直接顶及老顶垮落断裂后，覆岩的破坏和移动可出现三个具有代表性的部分，自下而上分别称为：垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，一般简称为“三带”。最终引发地表沉陷和地下水及含水层破坏，造成地表建筑物损毁；同时大量矸石直接外排堆存，占压土地、污染环境。 

煤矿采空区充填开采是随着采煤工作面的推进，通过充填管路和充填钻孔将充填矸石、粉煤灰、建筑垃圾以及专用充填材料向采空区的煤炭开采技术。 

煤矿采空区充填采矿系统的优点：在现有的生产系统基础上增加采区充填材料破碎及搅拌站硐室、充填巷道、充填钻孔和充填管路，形成煤矿采空区充填系统。该充填系统和现有煤炭开采工艺和采场生产系统相互独立。煤矿充填开采的覆岩垮落特征与地表移动机理截然不同于对采空区采用全面垮落式处理开采。主要表现为：通过在采空区充填，形成充填体支撑顶板，覆岩破坏范围较全面垮落法开采较小，一般只引起开裂性破坏而无冒落性破坏；充填开采时主要是以开采区域上方岩层弯曲和充填体的压缩为主，长壁式全部垮落法开采则以下部岩石的冒落、断裂及上部岩层的弯曲变形为主，两者移动特征存在显著的差异。实现了既保证煤炭开采强度不降低，又能减少煤炭开采对环境的破坏；可以减少井下采空区水、瓦斯积聚空间，降低采空区突水、瓦斯爆炸、有害气体突出、浮煤自燃等事故发生可能性，抑制煤层及顶底板的动力现象，提高矿井安全保障程度；可以大量消化矸石，减轻煤炭开采对地表的影响，减少耕地占用和矿区村庄搬迁，保护和改善矿区生态环境，促进资源开发与生态环境协调发展。 

煤矿充填开采的机理：充填体支撑上覆岩层作用。随着工作面自开切眼的推进，每隔一段距离充填一定宽度的胶结充填体，通过充填体支撑上覆顶板，改善围岩特性。当采场开挖后，由于应力重新分布，在覆岩表层一定的范围内产生了弱化区，这个区内岩体受力已超过其峰值强度。充填体的充入则可以使这部分岩体的开挖表面处残余强度得到提高；充填体对围岩的作用主要是支撑、让压和阻止覆岩变形(或位移)，对覆岩表层残余强度的改善则是次要的。对大面积充填体而言，它还可以达到控制大面积地压活动的作用。充填体对覆岩的作用过程是一个支撑与让压过程。