CN109403974A - 一种矿山采选卸抽充绿色开采设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿山采选卸抽充绿色开采设计方法，首先通过开采全岩上保护层增加与被保护层的层间裂隙，实现被保护层瓦斯卸压；同时将保护层开采产生的高含矸率原煤运输至井下煤矸洗选系统，洗选好的矸石储存至矸石仓；然后在保护层、被保护层中布置瓦斯抽放系统，实现低透气高瓦斯煤层的安全高效共采；最后将储存于矸石仓中的矸石运输至被保护层超长混采工作面来充填采空区。该方法有效解决了高瓦斯低渗透性煤层的瓦斯防治难题，防止矸石地面排放对环境污染与破坏，提高了矿井资源采出率及煤系伴生资源的回收率，拓宽了保护层开技术与固体充填采煤方法应用范围，可为具有该条件矿井开采提供了重要的技术借鉴。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿山采选卸抽充绿色开采设计方法，尤其适用于掘进工作面出矸量大或者采煤工作面含矸率较高，同时高瓦斯低渗透性煤层需卸压抽采瓦斯的矿井，属于煤矿开采技术领域。
背景技术
随着我国煤炭生产规模的日益扩大，矿井开采水平不断延伸，高瓦斯低透气性煤层的比例逐步扩大，我国95％以上的高瓦斯矿井所开采的煤层属于低透气性煤层，透气性系数只有10-3～10-4mD，即0.04～0.004m2/(MPa2·d)，透气性系数均小于0.1m2/(MPa2·d)，绝大部分矿井煤层均属难以抽采煤层，对于不具备开采保护层条件的煤层，如何解决新形势下的卸压增透问题，提高矿井瓦斯抽采率，实现煤与瓦斯高效安全共采，已成为煤矿安全生产的难题。目前，开采高瓦斯低渗透煤层的常用方法是先采保护层进行瓦斯卸压抽采，再采被保护层，该方法的局限性在于：一是要求保护层与被保护层的层位相对合理；二是保护层多为煤层或者薄夹矸煤层，若实际高瓦斯低渗透煤层与上下煤层间距较大，或者间距合理，但保护层为厚夹矸亦或全岩层，则不具备传统意义上保护层开采条件，此时高瓦斯低渗透煤层开采需要解决的难题是如何设计或选取保护层。若选择厚夹矸亦或全岩层为保护层，则需进一步解决少煤多矸煤流矸石的井下分选与矸石处理问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种矿山采选卸抽充绿色开采设计方法，提高煤炭及伴生资源的回收率，有效处理井下矸石，降低矸石地面排放造对矿区环境污染与破坏，增加了矿井服务年限，拓宽了保护层开采技术与固体充填采煤方法应用范围。
为了解决上述问题，本发明一种矿山采选卸抽充绿色开采设计方法，其特征在于，设计流程如下：
第一步、通过分析近全岩保护层煤层厚度及层位间距分布特征，在保护层布置综采工作面实现近全岩保护层开采；在保护层开采的采动影响下，增加保护层与被保护层之间的层间裂隙，使得煤层附着的瓦斯变成了游离状态的瓦斯，增加了瓦斯的透气性系数，实现被保护层的瓦斯卸压。
第二步、保护层开采产生的高含矸率原煤经运输斜巷转运至转载输送机，并由转载输送机运输至井下煤矸洗选系统，经煤矸洗选系统分选出的矸石储存至矸石仓；
第三步、在保护层与被保护层中分别布置瓦斯抽放系统，通过顺层钻孔与穿层钻孔进行瓦斯抽放；
第四步，在进行瓦斯抽采的同时将储存于矸石仓中的矸石同步运输至下伏被保护层超长混采工作面，被保护层开采的同时对采空区进行固体充填。
进一步的，第一步中，近全岩保护层开采是采用爆破预裂与综采破岩工艺相结合的方法。
进一步的，第二步中，煤矸洗选系统采用浅槽重介分选方法，工艺流程如下：
工作面产出的原煤首先通过三产品滚轴筛进行筛分处理，将原煤分为小于13mm、13～250mm和大于250mm三种粒径级别；小于13mm的筛下物作为精煤随主运输系统升井，大于250mm的筛上物作为矸石经辅助运输系统进入井下矸石仓，13～250mm的筛中物进入重介质浅槽分选机进行分选处理，选出的精煤经过脱介、煤泥经煤泥处理系统处理后一并与小于13mm的筛下物混合经主运输系统升井；选出的矸石经过脱介后与大于250mm的筛上物混合后一并运至矸石仓用于混合工作面充填段充填。
浅槽重介分选方法分选能力大、精度较高、分选粒度范围宽，排矸能力强。更适用于含矸率高的原煤分选。
进一步的，瓦斯抽放系统布置采取穿层与采空区等抽放形式，穿层抽放形式采用沿顶板走向穿层钻孔预抽和下向穿层钻孔预抽，采空区抽放形式采用埋管抽采；具体步骤如下：
(a)沿顶板走向穿层钻孔预抽：在下进风巷采面帮施工顶板走向穿层钻孔，用来抽采经开采保护层，从下部煤层裂隙带内逸散至保护层采面瓦斯；
(b)下向穿层钻孔预抽：在下进风巷采面帮施工下向穿层预抽钻孔，钻孔终孔位置至少穿透煤层0.5m，采前预抽被保护层煤层和邻近层卸压瓦斯以及采后抽采卸压瓦斯；
(c)采空区埋管抽采：考虑到沿空留巷“Y”型通风采空区上部积聚大量高浓度瓦斯，为保证较高的瓦斯抽采率，保证工作面本质安全型生产，设计在留巷充填体内每间隔一定距离埋设一组瓦斯抽采管，沿下进风巷敷设至西翼回风下山，与西翼回风下山抽采干管连接，由北山地面抽采泵站进行抽采，实现采空区高浓度瓦斯的埋管抽采。
在第一步被保护层瓦斯充分卸压之后，保护层与被保护层之间布置的瓦斯抽放系统可将保护层与被保护层之间富集的瓦斯抽放，为下一步岩层保护层和低透气高瓦斯被保护层的安全高效共采提供条件。
进一步的，第四步中，被保护层超长混采工作面被分为充填段、过渡段和垮落段，依据煤矸分选系统分选出来的矸石量，设计被保护层超长混采工作面充填段长度，布置充填段回采工作面，并进行设备选型与配套；依据矿井生产能力的大小，设计充被保护层超长混采工作面垮落段长度，布置垮落段回采工作面，并进行设备选型与配套；过渡段布置在充填段与垮落段之间，并进行设备选型与配套，开采出的煤炭经运输巷侧的带式输送机运输至煤矸洗选系统进行分选；井下洗选矸石从矸石仓依次通过给料机、轨道巷中布置的运矸胶带输送机、自移式转载输送机运至悬挂在顶梁后部的多孔底卸式输送机上，按一定顺序打开充填段后部多孔底卸式输送机上的卸料孔使矸石自然落料至采空区进行充填并夯实。
本发明首先通过开采全岩上保护层增加与被保护层的层间裂隙，实现被保护层瓦斯卸压；同时将保护层开采产生的高含矸率原煤运输至井下煤矸洗选系统，洗选好的矸石储存至矸石仓；然后在保护层、被保护层中布置瓦斯抽放系统，实现低透气高瓦斯煤层的安全高效共采；最后将储存于矸石仓中的矸石运输至被保护层超长混采工作面来充填采空区。通过“采”、“选”、“卸”、“抽”、“充”协同作业使厚夹矸保护层或全岩层保护层与被保护层之间的瓦斯得以有效抽放，解决了高瓦斯低渗透性突出煤层的瓦斯防治难题；实现了矸石不升井直接在井下进行煤矸分离并将分离的矸石充填于采空区，节省了煤矸提升及运输费用，防止矸石地面排放对环境污染与破坏；实现了高含矸率解放层与低透气高瓦斯保护层联合开采，提高了矿井资源采出率及煤系伴生资源的回收率，增加了矿井服务年限，拓宽了保护层开技术与固体充填采煤方法应用范围，可为具有该条件矿井开采提供了重要的技术借鉴。
附图说明
图1是本发明的一体化立体图；
图2是本发明的近全岩保护层综采工作面布置图；
图3是本发明的近全岩保护层实现瓦斯卸压增透原理图；
图4是本发明的超长固体充填与传统综采混采工作面布置图；
图5是图4中A-A向充填段工作面布置图；
图6是图4中B-B向过渡段工作面布置图；
图7是图4中C-C向充填段工作面布置图；
图8是本发明的井下少煤多矸高效分选系统工艺流程图；
图9是本发明的低渗透煤层瓦斯抽放系统布置图。
图中：1、保护层综采工作面，2、被保护层超长混采工作面，3、运输斜巷，4、转载输送机，5、煤流矸石洗选系统，6、矸石仓，7、重介质浅槽分选机，8、矸石运输平巷，9、轨道巷，10、顺层钻孔，11、穿层钻孔，12、采煤液压支架，13、多孔底卸式输送机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。
如图1和图2所示，一种矿山采选卸抽充绿色开采设计方法，设计流程如下：
第一步、通过分析近全岩保护层煤层厚度及层位间距分布特征，在保护层布置综采工作面1实现近全岩保护层开采；近全岩保护层开采是采用爆破预裂与综采破岩工艺相结合的方法。岩层厚度在0.6m以下时，采用综采设备破岩，岩层厚度在0.6m以上时，通过岩层打孔、放震动炮预裂，将较厚及完整的岩层破碎，再利用采煤机进行切割，采煤过程中采煤液压支架12全程进行支护。
如图3所示，在保护层开采的采动影响下，增加保护层与被保护层之间的层间裂隙，使得煤层附着的瓦斯变成了游离状态的瓦斯，增加了瓦斯的透气性系数，实现被保护层的瓦斯卸压。
如图1所示，第二步、保护层开采产生的高含矸率原煤经运输斜巷3转运至转载输送机4，并由转载输送机4运输至井下煤矸洗选系统5，经煤矸洗选系统5分选出的矸石储存至矸石仓6；
如图8所示，本实施例中，煤矸洗选系统5采用浅槽重介分选方法，工艺流程如下：
工作面产出的原煤首先通过三产品滚轴筛进行筛分处理，将原煤分为小于13mm、13～250mm和大于250mm三种粒径级别；小于13mm的筛下物作为精煤随主运输系统升井，大于250mm的筛上物作为矸石经辅助运输系统进入井下矸石仓，13～250mm的筛中物进入重介质浅槽分选机7进行分选处理，选出的精煤经过脱介、煤泥经煤泥处理系统处理后一并与小于13mm的筛下物混合经主运输系统升井；选出的矸石经过脱介后与大于250mm的筛上物混合后一并运至矸石仓用于混合工作面充填段充填。
浅槽重介分选方法分选能力大、精度较高、分选粒度范围宽，排矸能力强。更适用于含矸率高的原煤分选。
如图1所示，第三步、在保护层与被保护层中分别布置瓦斯抽放系统，通过顺层钻孔10与穿层钻孔11进行瓦斯抽放；
如图9所示，瓦斯抽放系统布置采取穿层与采空区两种抽放形式，穿层抽放形式采用沿顶板走向穿层钻孔预抽和下向穿层钻孔预抽，采空区抽放形式采用埋管抽采；具体步骤如下：
(a)沿顶板走向穿层钻孔预抽：在下进风巷采面帮施工顶板走向穿层钻孔，用来抽采经开采保护层，从下部煤层裂隙带内逸散至保护层采面瓦斯；
(b)下向穿层钻孔预抽：在下进风巷采面帮施工下向穿层预抽钻孔，钻孔终孔位置至少穿透煤层0.5m，采前预抽被保护层煤层和邻近层卸压瓦斯以及采后抽采卸压瓦斯；
(c)采空区埋管抽采：考虑到沿空留巷“Y”型通风采空区上部积聚大量高浓度瓦斯，为保证较高的瓦斯抽采率，保证工作面本质安全型生产，设计在留巷充填体内每间隔一定距离埋设一组瓦斯抽采管，沿下进风巷敷设至西翼回风下山，与西翼回风下山抽采干管连接，由北山地面抽采泵站进行抽采，实现采空区高浓度瓦斯的埋管抽采。
在第一步被保护层瓦斯充分卸压之后，保护层与被保护层之间布置的瓦斯抽放系统可将保护层与被保护层之间富集的瓦斯抽放，为下一步岩层保护层和低透气高瓦斯被保护层的安全高效共采提供条件。
如图1所示，第四步，在进行瓦斯抽采的同时将储存于矸石仓6中的矸石经矸石运输巷8同步运输至下伏被保护层超长混采工作面2，被保护层开采的同时对采空区进行固体充填，充填过程中充填采煤液压支架对顶板进行支护。
如图4至图7所示，被保护层超长混采工作面被分为充填段、过渡段和垮落段，依据煤矸分选系统分选出来的矸石量，设计被保护层超长混采工作面充填段长度，布置充填段回采工作面，并进行设备选型与配套；依据矿井生产能力的大小，设计充被保护层超长混采工作面垮落段长度，布置垮落段回采工作面，并进行设备选型与配套；过渡段布置在充填段与垮落段之间，并进行设备选型与配套，开采出的煤炭经运输巷侧的带式输送机运输至煤矸洗选系统进行分选；井下洗选矸石从矸石仓依次通过给料机、轨道巷中布置的运矸胶带输送机、自移式转载输送机运至悬挂在顶梁后部的多孔底卸式输送机13上，按一定顺序打开充填段后部多孔底卸式输送机13上的卸料孔使矸石自然落料至采空区进行充填并夯实。
Claims (5)
1.一种矿山采选卸抽充绿色开采设计方法，其特征在于，设计流程如下：
第一步、通过分析近全岩保护层煤层厚度及层位间距分布特征，在保护层布置综采工作面实现近全岩保护层开采；
第二步、保护层开采产生的高含矸率原煤经运输斜巷转运至转载输送机，并由转载输送机运输至井下煤矸洗选系统，经煤矸洗选系统分选出的矸石储存至矸石仓；
第三步、在保护层与被保护层中分别布置瓦斯抽放系统，通过顺层钻孔与穿层钻孔进行瓦斯抽放；
第四步，在进行瓦斯抽采的同时将储存于矸石仓中的矸石同步运输至下伏被保护层超长混采工作面，被保护层开采的同时对采空区进行固体充填。
2.根据权利要求1所述的矿山采选卸抽充绿色开采设计方法，其特征在于，第一步中，近全岩保护层开采是采用爆破预裂与综采破岩工艺相结合的方法。
3.根据权利要求1或2所述的矿山采选卸抽充绿色开采设计方法，其特征在于，第二步中，煤矸洗选系统采用浅槽重介分选方法，工艺流程如下：
工作面产出的原煤首先通过三产品滚轴筛进行筛分处理，将原煤分为小于13mm、13～250mm和大于250mm三种粒径级别；小于13mm的筛下物作为精煤随主运输系统升井，大于250mm的筛上物作为矸石经辅助运输系统进入井下矸石仓，13～250mm的筛中物进入重介质浅槽分选机进行分选处理，选出的精煤经过脱介、煤泥经煤泥处理系统处理后一并与小于13mm的筛下物混合经主运输系统升井；选出的矸石经过脱介后与大于250mm的筛上物混合后一并运至矸石仓用于混合工作面充填段充填。
4.根据权利要求1或2所述的矿山采选卸抽充绿色开采设计方法，其特征在于，瓦斯抽放系统布置采取穿层与采空区两种抽放形式，穿层抽放形式采用沿顶板走向穿层钻孔预抽和下向穿层钻孔预抽，采空区抽放形式采用埋管抽采；具体步骤如下：
(a)沿顶板走向穿层钻孔预抽：在下进风巷采面帮施工顶板走向穿层钻孔，用来抽采经开采保护层，从下部煤层裂隙带内逸散至保护层采面瓦斯；
(b)下向穿层钻孔预抽：在下进风巷采面帮施工下向穿层预抽钻孔，钻孔终孔位置至少穿透煤层0.5m，采前预抽被保护层煤层和邻近层卸压瓦斯以及采后抽采卸压瓦斯；
(c)采空区埋管抽采：考虑到沿空留巷“Y”型通风采空区上部积聚大量高浓度瓦斯，为保证较高的瓦斯抽采率，保证工作面本质安全型生产，设计在留巷充填体内每间隔一定距离埋设一组瓦斯抽采管，沿下进风巷敷设至西翼回风下山，与西翼回风下山抽采干管连接，由北山地面抽采泵站进行抽采，实现采空区高浓度瓦斯的埋管抽采。
5.根据权利要求1或2所述的矿山采选卸抽充绿色开采设计方法，其特征在于，第四步中，被保护层超长混采工作面被分为充填段、过渡段和垮落段，依据煤矸分选系统分选出来的矸石量，设计被保护层超长混采工作面充填段长度，布置充填段回采工作面，并进行设备选型与配套；依据矿井生产能力的大小，设计充被保护层超长混采工作面垮落段长度，布置垮落段回采工作面，并进行设备选型与配套；过渡段布置在充填段与垮落段之间，并进行设备选型与配套，开采出的煤炭经运输巷侧的带式输送机运输至煤矸洗选系统进行分选；井下洗选矸石从矸石仓依次通过给料机、轨道巷中布置的运矸胶带输送机、自移式转载输送机运至悬挂在顶梁后部的多孔底卸式输送机上，按一定顺序打开充填段后部多孔底卸式输送机上的卸料孔使矸石自然落料至采空区进行充填并夯实。
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