[发明专利]一种柱旁充填-原位气化协同复采残采区遗留煤柱的方法

说明书

本发明公开了一种柱旁充填‑原位气化协同复采残采区遗留煤柱的方法。该方法包括：在探明遗留煤柱的地质水文条件、几何形态及储量，判别遗留煤柱地下气化开采可行性的基础上，采用柱旁充填的方法对采空区遗留煤柱进行了侧护，并通过煤炭地下气化工艺对遗留煤柱进行气化开采。本发明开采遗留煤柱所采用的煤炭地下气化工艺，是一种井下无人化的绿色开采方法，所需设备较少，操作简单，能够极大地保障生产人员的安全，并且气化过程中产生的污染物会留在地下原位，对环境友好。同时在遗留煤柱两侧形成的柱旁充填体不仅能对顶板覆岩起到支撑作用，增强顶板稳定性，还能保障气化过程中气化炉的密闭性，提高采出率，减少煤炭资源的浪费。

技术领域

本发明涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种柱旁充填-原位气化协同复采残采区遗留煤柱的方法。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭开采历史悠久。但是由于早期开采技术落后，开采回收率低，煤炭利用不充分，导致在开采过程中遗留了部分煤炭资源，这些遗留煤炭资源中包含大量用来支撑采空区的遗留煤柱，具有极高的回采价值。但是由于这些遗留煤柱的赋存位置分散，所处的地质环境复杂，导致回采困难，开采经济效益差；同时这些遗留煤柱在地下存在了较长的时间，周围的残采区中存在大量的瓦斯，导致生产人员和设备难以进入；而且遗留煤柱和采空区浮煤等更易发生自燃发火，开采风险大，安全得不到保障。现有的遗留煤柱回采方法主要有：抽采法、削柱法、人工支柱替换、全面充填嗣后回采、崩落法回采等。CN112593939A采用充填与液压支柱相结合的方法，对全煤柱进行置换开采；CN112963196A则是提出在运输巷、回风巷和联络巷中进行支护，并对形成的柱中巷进行充填来开采巷间保护煤柱；CN110030031B提出先对残采区进行充填，然后布置长壁工作面对遗留煤柱进行回采。然而，前述遗留煤柱的开采方法在开采时不仅要保证巷道顶板覆岩的稳定性，还要保障人员和设备的安全，同时所采取的设备较多，回采过程繁琐，操作复杂，开采成本高。因此，需要设计一种不同于传统物理开采的开采工艺对遗留煤柱进行复采，以提高煤炭资源利用率。

煤炭地下气化技术是一种在地下原位将煤炭资源气化成可燃气体并排出的化学开采方法，无需人员进入井下操作，具有安全性高、对环境友好以及回采效率高的优点。目前，国内现有的煤炭地下气化工业性试验与技术主要都是针对整层遗煤、难采煤、“三下”压煤等遗留煤炭资源，对残采区遗留煤柱地下气化开采方面进行的研究较少。同时，气化过程所产生高温会使得隔离煤柱及顶底板岩层发生热破裂、热膨胀等现象，影响煤岩体的物理力学性质，严重时可引发燃空区顶板冒落、气化炉漏气甚至地表变形、沉陷等问题。鉴于此，亟需寻找一种加强隔离煤柱气化开采采空区稳定性的方法，进而有效解决在气化过程中因高温而产生的顶板冒落的问题，保障隔离煤柱气化开采的安全稳定。

发明内容

本发明针对残采区遗留煤柱开采过程中存在安全性、稳定性不足的问题，提供一种用于残采区遗留煤柱回收的柱旁充填-原位气化协同复采方法。该方法通过构建地面柱旁充填设施和地下气化装置形成综合气化采煤系统，可实现遗留煤柱的全部采出，经济效益好，安全性与开采效率高，既保证了残采区顶板稳定性，又可对遗留的煤炭资源进行充分的开采，降低由于煤炭自燃而引发矿井火灾的概率，减少煤炭资源的浪费。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种柱旁充填-原位气化协同复采残采区遗留煤柱的方法，其是在探明遗留煤柱的地质水文条件、几何形态及储量，判别遗留煤柱地下气化开采可行性的基础上，采用柱旁充填的方法对采空区遗留煤柱进行侧护，并通过煤炭地下气化工艺对遗留煤柱进行气化开采。该方法具体步骤如下：

步骤1：判别残采区遗留煤柱气化开采的可行性；

步骤2：绘制残采区遗留煤柱的分布形态图；

步骤3：在遗留煤柱旁的柱采区域内铺设进气管路与排气管路，进气管路的一端布置在遗留煤柱中，另一端连接至地面气泵，排气管路的一端布置在遗留煤柱中，另一端连接至地面放散塔与集气装置；