[发明专利]一种大倾角煤层工作面局部充填的无煤柱开采方法及系统

权利要求书

1.一种大倾角煤层工作面局部充填的无煤柱开采方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：工作面开采系统布置：

选择一个倾角35°～55°的可采煤层(4)，沿煤层(4)倾斜上部底板布置回风平巷，在煤层(4)倾斜下部沿煤层顶板布置运输平巷(3)，沿煤层(4)布置开切眼，安装液压支架、采煤机(7)和刮板输送机(8)，工作面下部布置采-充一体化液压支架(9)，形成大倾角煤层走向长壁综采一次采全高工作面开采系统；

步骤2：沿运输平巷加设联合挡矸支护：

加设包括柔性挡矸支护(14)、柔模护浆密闭(17)和刚性防散支护(18)；

步骤3：工作面回采：

工作面开采，形成采空区，矸石垮落冲击挡矸支护，实际开采时，采煤机(7)下行单向割煤，上行走空刀时自下而上推移大倾角工作面综采液压支架(6)，支架到位后，分步顺序实现整体推刮板输送机(8)，与此同时，采煤机(7)完成进刀；

步骤4：采空区充填作业：

包括工作面采空区下部密实充填、采空区下部及留巷围岩注浆充填；

步骤5：重复步骤3～4，形成循环，直至上区段工作面开采结束，矿压现象停止，所留运输平巷(3)即可作为下一开采面的上回风平巷；

步骤6：以所留上区段的运输平巷作为下区段的上回风平巷，并进行下区段的工作面开采系统布置，形成新的工作面；

步骤7：重复步骤1～6，连续开采，直至该煤层开采完毕；

所述步骤1中，布置采-充一体化液压支架(9)范围与采空区局部充填区域倾向下部充填长度相等；

采空区局部充填区域倾向下部充填长度L的计算方法为：

L＝max{L₁,L₂}

式中，L₁为根据大倾角长壁采场自然充填压实区长度；L₂为根据大倾角长壁采场采空区运输平巷侧煤壁支承压力增压区宽度；

大倾角长壁采场自然充填压实区长度L₁的计算方法为：

式中，∑h为直接顶厚度；M为煤层厚度；α为煤层倾角，K_p为直接顶碎胀系数；R_T为直接顶岩梁的抗拉强度极限；h_i为各岩层的厚度,i＝1,2,…,n；γ_i为各岩层的体积力；E_i为各岩层的弹性模量；

大倾角长壁采场采空区运输平巷侧煤壁支承压力增压区宽度L₂的计算方法为：

式中，λ、k、a分别为充填材料等效常数，a＝1-λσ_t/k，0≤a≤1，为岩石内摩擦角；η为侧压系数；σ_t为材料抗拉强度；c、c′分别为充填体与顶底板、充填体接触面的粘聚力；f、f′分别为充填体与顶底板、充填体接触面的摩擦力系数；k₁γH为支承压力增压区的峰值，P₁为充填体受矸石的侧压力。

2.根据权利要求1所述的一种大倾角煤层工作面局部充填的无煤柱开采方法，其特征在于，所述步骤1中，安装液压支架包括大倾角工作面端头液压支架(5)、大倾角工作面综采液压支架(6)和大倾角工作面采-充一体化液压支架(9)。

3.根据权利要求1所述的一种大倾角煤层工作面局部充填的无煤柱开采方法，其特征在于，所述步骤4中，工作面采空区下部密实充填、采空区下部及留巷围岩注浆充填工艺流程为：

1)当工作面刮板输送机(8)推前后，将多孔底卸式输送机(22)与注浆充填送料管移至采-充一体化液压支架(9)后顶梁后部，沿多孔底卸式输送机(22)机尾向机头方向进行依次充填；

2)当下方的卸料孔卸料到一定高度后，关闭卸料孔，用采-充一体化液压支架(9)后部的压实机千斤顶(24)推动压实板(23)，对已卸下的充填材料进行接顶并压实；

3)如此2～3个循环，停止第一轮充填；将多孔底卸式输送机(22)拉移至支架后顶梁前部，进行第二轮充填；再开启下一个卸料孔进行卸料，沿工作面向上依次充填，如此往复，使设计的工作面充填区全部充满。