本發(fā)明屬于煤炭資源地下開采技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種區(qū)段遺留煤柱回收方法，尤其是一種適用于資源枯竭礦井區(qū)段遺留煤柱分類回收方法。

背景技術(shù)：

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源和重要原料，占我國化石能源資源的90％以上，是穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、自主保障程度最高的能源。煤炭在一次能源消費(fèi)中的比重將逐步降低，但在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，煤炭的主體能源地位不會(huì)變化。目前，我國大部分衰老礦井均面臨資源枯竭的窘迫，急需后續(xù)的接替資源或進(jìn)行企業(yè)轉(zhuǎn)型。在此期間，如何維持礦井的穩(wěn)定生產(chǎn)，解決龐大的單位職工日常生活問題，穩(wěn)定礦區(qū)社會(huì)的和諧發(fā)展，是眾多衰老礦井不得不面對(duì)的現(xiàn)實(shí)難題。由于衰老建礦時(shí)間較長(zhǎng)、以往開采技術(shù)條件落后及周邊小煤窯掠奪性開采等多種歷史因素，使得礦井煤炭資源采出率很低，導(dǎo)致礦井常規(guī)的可采資源迅速枯竭，丟棄了大量的優(yōu)質(zhì)煤炭資源。

目前，國內(nèi)外已經(jīng)形成了若干關(guān)于區(qū)段遺留煤柱的回收方法，但相關(guān)方法往往存在無法最大程度地回收礦井遺留煤柱資源、回收方法的機(jī)械化程度低等一系列缺點(diǎn)；另外，由于區(qū)段遺留煤柱的兩側(cè)往往是采空區(qū)，上覆巖層的大部分壓力會(huì)傳遞給區(qū)段遺留煤柱，導(dǎo)致區(qū)段遺留煤柱的應(yīng)力集中系數(shù)會(huì)增大，使區(qū)段遺留煤柱的內(nèi)部煤體產(chǎn)生大量次生裂隙，從而會(huì)降低區(qū)段遺留煤柱的強(qiáng)度；在區(qū)段遺留煤柱現(xiàn)場(chǎng)回收過程中，往往會(huì)發(fā)生煤柱突然失穩(wěn)破壞而引發(fā)頂板大面積垮落，甚至?xí)：Φ饺藛T的生命安全。因此，亟待發(fā)明一種既能保證礦井安全高效生產(chǎn)、又能最大限度地對(duì)資源枯竭礦井區(qū)段遺留煤柱進(jìn)行回收的新方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種安全有效的資源枯竭礦井區(qū)段遺留煤柱分類回收方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的資源枯竭礦井區(qū)段遺留煤柱分類回收方法：

步驟1、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研資源枯竭礦井以往開采所丟棄的區(qū)段遺留煤柱情況，并根據(jù)礦井開采技術(shù)條件，細(xì)化出全礦井可回收區(qū)段遺留煤柱，采集可回收區(qū)段遺留煤柱區(qū)域煤巖層樣品，在巖石力學(xué)伺服試驗(yàn)系統(tǒng)上開展煤巖樣品物理力學(xué)特性測(cè)試，獲得其物理力學(xué)特性參數(shù)；

步驟2、根據(jù)可收回區(qū)段遺留煤柱區(qū)域周圍開采狀況，基于煤巖樣品的物理力學(xué)特性參數(shù)，采用數(shù)值模擬軟件對(duì)可回收區(qū)段遺留煤柱的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分類，分為穩(wěn)定、基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定；

步驟3、現(xiàn)場(chǎng)從上下兩側(cè)向基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定的可回收區(qū)段遺留煤柱內(nèi)打鉆孔，鉆孔的深度為可回收區(qū)段遺留煤柱寬度的1/2，并采用鉆孔應(yīng)力計(jì)及巖層探測(cè)記錄儀對(duì)該可回收區(qū)段遺留煤柱內(nèi)的應(yīng)力分布特征及其內(nèi)部破壞特征進(jìn)行測(cè)試，明確應(yīng)力集中區(qū)域和破壞嚴(yán)重區(qū)域；

步驟4、針對(duì)基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定的可回收區(qū)段遺留煤柱內(nèi)應(yīng)力集中區(qū)域和破壞嚴(yán)重區(qū)域，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試鉆孔內(nèi)采用注漿加固材料對(duì)其進(jìn)行注漿加固處理；

步驟5、基于礦井開采技術(shù)條件，根據(jù)寬度將可回收區(qū)段遺留煤柱類型劃分為i類和ii類，i類可回收區(qū)段遺留煤柱的寬度為20m以內(nèi)，ii類可回收區(qū)段遺留煤柱的寬度為20m以上，在此基礎(chǔ)上，對(duì)i類可回收區(qū)段遺留煤柱采用小條帶直接巷采部分回收方法進(jìn)行回收，對(duì)ii類可回收區(qū)段遺留煤柱采用小條帶往復(fù)式填充開采完全回收方法進(jìn)行回收。

有益效果：本發(fā)明首先對(duì)全礦井的區(qū)段遺留煤柱進(jìn)行調(diào)研，細(xì)化出可回收區(qū)段遺留煤柱，使現(xiàn)場(chǎng)回收工作更加具有目的性；其次對(duì)基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定的可回收區(qū)段遺留煤柱內(nèi)應(yīng)力集中區(qū)域和破壞嚴(yán)重區(qū)域?qū)嵤┳{加固處理，保證了現(xiàn)場(chǎng)回收工作的安全性；最后針對(duì)不同類型的可回收區(qū)段遺留煤柱，分別采用小條帶直接巷采部分回收和小條帶往復(fù)式填充開采完全回收兩種方法對(duì)煤柱進(jìn)行分類回收，使現(xiàn)場(chǎng)回收工作更加具有針對(duì)性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明目的性強(qiáng)，安全性高，針對(duì)性好，并能夠最大限度地對(duì)礦井棄滯煤炭資源進(jìn)行回收，具有較好的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和推廣性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

附圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；

附圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中i類可回收區(qū)段遺留煤柱采用小條帶直接巷采部分回收方法的開采狀態(tài)示意圖；

附圖3(a)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中ii類可回收區(qū)段遺留煤柱采用小條帶往復(fù)式填充開采完全回收方法的初始開采狀態(tài)示意圖；

附圖3(b)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中ii類可回收區(qū)段遺留煤柱采用小條帶往復(fù)式填充開采完全回收方法的小采空區(qū)充填完成示意圖；

附圖3(c)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中ii類可回收區(qū)段遺留煤柱采用小條帶往復(fù)式填充開采完全回收方法的小隔離煤柱回收開采狀態(tài)示意圖；

圖中：1-可回收區(qū)段遺留煤柱；2-運(yùn)輸平巷；3-回風(fēng)平巷；4-小隔離煤柱；5-小采空區(qū)；6-貫通巷道；7-連續(xù)采煤機(jī)；8-小充填條帶。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一種資源枯竭礦井區(qū)段遺留煤柱分類回收方法，包括如下步驟：

步驟1、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研資源枯竭礦井以往開采所丟棄的區(qū)段遺留煤柱情況，并根據(jù)礦井開采技術(shù)條件，細(xì)化出全礦井可回收區(qū)段遺留煤柱1，采集可回收區(qū)段遺留煤柱1區(qū)域煤巖層樣品，在mts815型巖石力學(xué)伺服試驗(yàn)系統(tǒng)上開展煤巖樣品物理力學(xué)特性測(cè)試，獲得其物理力學(xué)特性參數(shù)；

步驟2、根據(jù)可收回區(qū)段遺留煤柱1區(qū)域周圍開采狀況，基于煤巖樣品的物理力學(xué)特性參數(shù)，采用flac3d數(shù)值模擬軟件對(duì)可回收區(qū)段遺留煤柱1的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分類，分為穩(wěn)定、基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定；

步驟3、現(xiàn)場(chǎng)從上下兩側(cè)向基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定的可回收區(qū)段遺留煤柱1內(nèi)打鉆孔，鉆孔的深度為可回收區(qū)段遺留煤柱1寬度的1/2，并采用gmc20型鉆孔應(yīng)力計(jì)及ytj20型巖層探測(cè)記錄儀對(duì)該可回收區(qū)段遺留煤柱1內(nèi)的應(yīng)力分布特征及其內(nèi)部破壞特征進(jìn)行測(cè)試，明確應(yīng)力集中區(qū)域和破壞嚴(yán)重區(qū)域；

步驟4、針對(duì)基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定的可回收區(qū)段遺留煤柱1內(nèi)應(yīng)力集中區(qū)域和破壞嚴(yán)重區(qū)域，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試鉆孔內(nèi)采用普通水泥單漿液作為注漿加固材料對(duì)其進(jìn)行注漿加固處理；

步驟5、基于礦井開采技術(shù)條件，根據(jù)寬度將可回收區(qū)段遺留煤柱1類型劃分為i類和ii類，i類可回收區(qū)段遺留煤柱1的寬度為20m以內(nèi)，ii類可回收區(qū)段遺留煤柱1的寬度為20m以上，在此基礎(chǔ)上，對(duì)i類可回收區(qū)段遺留煤柱1采用小條帶直接巷采部分回收方法進(jìn)行回收，對(duì)ii類可回收區(qū)段遺留煤柱1采用小條帶往復(fù)式填充開采完全回收方法進(jìn)行回收。

其中，所述步驟5中小條帶直接巷采部分回收方法的具體操作過程如下：

1)沿可回收區(qū)段遺留煤柱1上下兩側(cè)邊緣分別實(shí)施沿空掘巷工作，巷道掘進(jìn)寬度為2～3m，并分別采用錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)巷道，所掘巷道分別為運(yùn)輸平巷2和回風(fēng)平巷3；

2)運(yùn)輸平巷2和回風(fēng)平巷3掘進(jìn)施工完成后，開始掘進(jìn)貫通巷道6，將運(yùn)輸平巷2和回風(fēng)平巷3兩條回采巷道連通，貫通巷道6掘進(jìn)寬度為4～6m，同樣采用錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)巷道；

3)貫通巷道6掘進(jìn)施工完成后，采用連續(xù)采煤機(jī)7從貫通巷道6由右向左巷道式開采可回收區(qū)段遺留煤柱1，直到開采完全結(jié)束，實(shí)現(xiàn)煤柱的部分回收工作，具體開采參數(shù)為留設(shè)5m寬小隔離煤柱4，回采5m寬可回收區(qū)段遺留煤柱1，即留采比為1:1，采用自然垮落法管理小采空區(qū)5頂板。

其中，所述步驟5中小條帶往復(fù)式填充開采完全回收方法的具體操作過程如下：

1)沿可回收區(qū)段遺留煤柱1上下兩側(cè)邊緣分別實(shí)施沿空掘巷工作，巷道掘進(jìn)寬度為4～5m，并分別采用錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)巷道，所掘巷道分別為運(yùn)輸平巷2和回風(fēng)平巷3；

2)運(yùn)輸平巷2和回風(fēng)平巷3掘進(jìn)施工完成后，開始掘進(jìn)貫通巷道6，將運(yùn)輸平巷2和回風(fēng)平巷3兩條回采巷道連通，貫通巷道6掘進(jìn)寬度為8～10m，同樣采用錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)巷道；

3)貫通巷道6掘進(jìn)施工完成后，采用連續(xù)采煤機(jī)7從貫通巷道6由右向左巷道式開采可回收區(qū)段遺留煤柱1，具體開采參數(shù)為留設(shè)5m寬小隔離煤柱4，回采5m寬可回收區(qū)段遺留煤柱1，即留采比為1:1；

4)在連續(xù)采煤機(jī)7巷道式回采下一個(gè)5m寬可回收區(qū)段遺留煤柱1時(shí)，對(duì)其右側(cè)回采已形成的小采空區(qū)5實(shí)施矸石充填處理，通過形成的小充填條帶8控制上覆頂板垮落；

5)按照1:1留采比從右向左依次完成該回采工作面內(nèi)煤柱回收及小采空區(qū)5的矸石充填工作，直至可回收區(qū)段遺留煤柱1的最左側(cè)；

6)采用連續(xù)采煤機(jī)7從可回收區(qū)段遺留煤柱1最左側(cè)向右再對(duì)保留下來的小隔離煤柱4進(jìn)行巷道式回采，但不再對(duì)新形成的小采空區(qū)5實(shí)施矸石充填處理，直到回采至貫通巷道6位置處，實(shí)現(xiàn)煤柱的完全回收工作。

本發(fā)明可以系統(tǒng)地對(duì)資源枯竭礦井區(qū)段遺留煤柱進(jìn)行最大程度地回收，進(jìn)一步提高棄滯煤炭資源回收率，與現(xiàn)有技術(shù)相比，目的性強(qiáng)、安全性高，針對(duì)性好，可以為其他資源枯竭礦井回收棄滯煤炭資源提供技術(shù)指導(dǎo)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上實(shí)施例所做出任何簡(jiǎn)單修改和同等變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

一種資源枯竭礦井區(qū)段遺留煤柱分類回收方法，細(xì)化出全礦井可回收區(qū)段遺留煤柱，在巖石力學(xué)伺服試驗(yàn)系統(tǒng)上開展煤巖樣品物理力學(xué)特性測(cè)試；采用數(shù)值模擬軟件對(duì)可回收區(qū)段遺留煤柱的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分類；采用鉆孔應(yīng)力計(jì)及巖層探測(cè)記錄儀對(duì)該可回收區(qū)段遺留煤柱內(nèi)的應(yīng)力分布特征及其內(nèi)部破壞特征進(jìn)行測(cè)試；在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試鉆孔內(nèi)采用注漿加固材料對(duì)其進(jìn)行注漿加固處理；針對(duì)不同類型的可回收區(qū)段遺留煤柱，分別采用小條帶直接巷采部分回收和小條帶往復(fù)式填充開采完全回收方法對(duì)可回收區(qū)段遺留煤柱進(jìn)行分類回收。本發(fā)明目的性強(qiáng)，安全性高，針對(duì)性好，能夠最大限度地對(duì)礦井棄滯煤炭資源進(jìn)行回收，具有較好的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和推廣性。

技術(shù)研發(fā)人員：馬立強(qiáng);張煒;楊志;王爍康;胡文敏;李鵬

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學(xué);山西蘭花集團(tuán)莒山煤礦有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2017.06.29

技術(shù)公布日：2017.10.10