[发明专利]特厚煤层综放开采回收上部残煤并回填采空区的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种绿色高效回收残煤的方法，具体是一种特厚煤层综放开采回收上部残煤并回填采空区的方法，属于煤矿开采领域。

背景技术

近年来，煤炭资源有限性与资源需求无限性这一矛盾日益显著，残煤复采成为新的课题。由历史原因形成的残煤大致包括整层的弃采煤层和具有可观经济效应的残留煤柱，这两大类型残煤的复采成为重点研究对象，但受技术条件和经济因素的限制，残煤复采仍处于攻关阶段。

随着综合机械化放顶煤技术的不断革新，厚度超过20m的特厚煤层一次性采出成为可能，并得到广泛应用。一方面，由于煤层采出厚度大，顶板岩层垮落范围也较大，其势必引起较严重的地表沉陷；另一方面，特厚煤层上方一定范围往往存在大量的残留煤层，顶板的大范围垮落使上部残煤被放落至下部工作面成为可能，生产实践中也出现过下部特厚煤层放顶后将上部煤层放出的现象。因此，利用特厚煤层综放开采覆岩垮落范围大的特点回收上部残留煤层成为残煤复采的一条新途径，但这种方法又将面临上部煤层被放下后的煤矸分选等问题。

发明内容

本发明提供了一种特厚煤层综放开采回收上部残煤并回填采空区的方法，巧妙地利用特厚煤层综放开采的特点回收上部残煤的同时，运用井下煤矸分选装置直接将煤炭资源回收，同时依靠充填支架将分离后的矸石和巷道开拓过程产生的矸石回填到采空区。这样，既有效回收了残留的煤炭资源，又避免了矸石运送到地面造成的环境污染，还有效地解决了地表沉陷问题。

本发明是一种确定垮落带高度为前提，结合复采上部弃煤或残煤，井下初步分选和矸石回填采空区的绿色高效回收残煤的方法。针对特厚煤层，将回收上部残煤、井下煤矸分选、矸石回填采空区结合在一起。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种特厚煤层综放开采回收上部残煤并回填采空区的方法，包括以下步骤：

A.基于特厚煤层综放工作面采高、煤岩层物理力学特性及上部残煤与下部工作面间距，对残煤可回收性进行判定；

B.对判定后具备可回收性的残煤所在区域进行可回收的安全性评价，主要考虑残煤区瓦斯和水的富集状况；

C.对于可安全回收的上部残煤，在下部工作面顶煤正常回收前提下，利用特厚煤层综放开采将残煤及层间岩层从充填采煤液压支架落煤口落下，并利用井下光学式煤矸分选装置对煤矸进行初步分选；

D.经过初步分选后，将煤通过刮板运输机运至地面选煤厂进行二次分选，同时使用充填采煤液压支架将落下矸石和岩石退至后方支架保护范围内的采空区进行充填。

上述方法中，所述步骤A中的上部残煤可回收性是依据残煤是否处于下部特厚煤层综放开采的冒落带来判定；其中，特厚煤层综放开采的冒落带可由以下公式确定：

式中：M为累计采高，单位m；

a，b为常数，通过最小二乘法拟合确定；

q为修正常数；

根据采空区上覆岩层的岩性，将上覆岩层分为：坚硬、中硬、软弱和极软弱四种情况；根据大量观测数据通过拟合给出不同岩层状况下a、b及修正常数q的值：

①上覆岩层为坚硬时，a＝2.1，b＝16，q＝2.5；

②上覆岩层为中硬时，a＝24.7，b＝19，q＝2.2；

③上覆岩层为软弱时，a＝3.2，b＝32，q＝1.5；

④上覆岩层为极软弱时，a＝7.0，b＝63，q＝1.2。

上述方法中，所述步骤B中，对判定后具备可回收性的残煤所在区域进行可回收的安全性评价，其目的是探明上部采空区的具体位置与深度，探明采空区内瓦斯与水的富集情况，具体方法是采取瞬变电磁法、测氡法、钻探方法的结合使用。

上述方法中，所述步骤C中的井下光学式煤矸分选装置为光学式井下煤矸分离装置，该装置由破碎机、光学分选装置和风机组成。其优点为成本低，低消耗，节省了水资源，使用寿命长，机身可适应井下狭窄的环境。

上述方法中，所述步骤C中的支架是指充填采煤液压支架，该支架包括落煤口、顶梁、底座、立柱、推压板，所述推压板位于支架一侧，井下分选装置位于支架内部，固定于顶梁与底座之间，刮板运输机位于底座之上。

本发明提供的特厚煤层综放开采回收上部残煤并回填采空区的方法，与现有技术相比，具有以下的优点与积极效果：

(1)提高了残留底煤的回采率，解放了永久呆滞储量，充分挖掘并释放了资源潜力，提高了经济效益，缓解了企业压力，延长矿井及整个矿区的寿命。