【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及充填開采，具體涉及基于上部薄煤層鉆式采煤的下部煤層高位充填開采方法。
技術介紹
1、我國賦存大量的近距離煤層群煤炭資源，其中相當一部分屬于上部煤層為薄煤層的近距離煤層群，完全回收此類近距離煤層群煤炭資源存在一定技術限制。下部煤層的開采擾動將導致上部薄煤層開采難度增大甚至無法開采，造成大量的煤炭資源浪費。另一方面，我國有大量近距離煤層群屬于“三下”壓煤，開采難度進一步加大。因此，亟待發展一種可實現近距離煤層群上部薄煤層、下部煤層同步開采，煤炭資源采出率高、矸石排放量少、采動地表沉陷量少、滿足“三下”煤炭資源安全回采要求的近距離煤層群綠色高效采煤方法。
技術實現思路
1、針對上述存在的技術不足，本專利技術的目的是提供基于上部薄煤層鉆式采煤的下部煤層高位充填開采方法，其對于上部煤層為薄煤層的近距離煤層群開采，能夠實現煤層群上、下部煤層同步完全開采與充填，避免單煤層采動對另一煤層的影響，提高煤炭開采效率與資源回收率；同時高位充填利用垮落帶矸石堆積體以及充填材料一次性充填上、下部煤層采空區，充填效率高，無矸石排放；減緩礦壓顯現，抑制地表沉陷，實現“三下”開采。
2、為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案：
3、本專利技術提供基于上部薄煤層鉆式采煤的下部煤層高位充填開采方法，適用于上部煤層為薄煤層的近距離煤層群，主要依靠上部薄煤層鉆采、下部煤層綜采以及高位充填協同作業實現近距離煤層群的綠色高效開采，包括以下步驟：
4、步驟1、獲取煤層群
5、步驟2、沿上部薄煤層掘進一條鉆采巷道并布置鉆采工作面，在巷道兩幫布置螺旋鉆采煤機，沿巷道頂板布置充填材料運輸主管；在下部煤層布置回采巷道、開切眼以及綜采工作面三機，形成下部煤層綜采工作面。上、下部煤層工作面的寬度l相等，推進長度相等；
6、步驟3、上部薄煤層工作面首次推進并布置高位充填花管，高位充填花管連接充填材料運輸主管；上部薄煤層鉆采工作面推進0.8ls，此時上部薄煤層頂板未垮落，在距鉆采巷道末端0.5lx處向兩側采空區布置高位充填花管并連接充填材料運輸主管；
7、步驟4、下部煤層綜采工作面推進lx，隨后下部煤層復合頂板垮落，形成高度為hk的矸石堆積體；矸石堆積體頂部與上部薄煤層未垮落頂板之間形成高度為hg的高位充填空間；此時將體積為v的充填材料輸送至高位充填空間固結下方矸石堆積體，然后繼續充填滿高位充填空間；
8、步驟5、上部薄煤層鉆采工作面繼續推進lx，在距上一處高位充填花管水平距離lx處向兩側采空區布置高位充填花管并連接充填材料運輸主管；
9、步驟6、重復步驟4至步驟5，直到上部薄煤層鉆采工作面和下部煤層綜采工作面推進至停采線。
10、優選地，步驟1中，判斷煤層群高位充填可行性的具體方法為：
11、a1、獲取煤層群上、下部煤層以及其頂板的基本參數，包括：上部薄煤層煤層厚度ms；上部薄煤層頂板厚度hs；上部薄煤層頂板抗壓強度σs；上部薄煤層頂板容重γs；下部煤層煤層厚度mx；上、下部煤層之間巖層數量n；上、下部煤層之間各巖層厚度h1、h2、…、hn；上、下部煤層之間各巖層抗壓強度σ1、σ2、…、σn；上、下部煤層之間各巖層容重γ1、γ2、…、γn；
12、a2、計算上、下部煤層頂板的極限跨距，包括：上部薄煤層頂板極限跨距ls以及下部煤層復合頂板極限跨距lx；上部薄煤層頂板極限跨距ls根據下式計算：
13、
14、下部煤層復合頂板為上、下部煤層之間巖層的整體組合，下部煤層復合頂板極限跨距lx根據下式計算：
15、
16、a3、根據以下判據判斷煤層群高位充填可行性：上部薄煤層煤層厚度ms需小于1.3m，上、下部煤層之間各巖層厚度h1、h2、…、hn之和需小于10m，上部薄煤層頂板極限跨距ls與下部煤層頂板極限跨距lx需滿足0.8ls≥lx；若煤層群滿足上述判據則表明煤層群高位充填可行。
17、優選地，在步驟4中，充填材料為骨料為粒徑小于1mm的破碎矸石、輔料為水泥與水的膏體充填材料；根據下部煤層復合頂板極限跨距lx確定充填材料各成分質量占比：
18、當下部煤層復合頂板極限跨距lx為0～5m時，充填材料各成分質量占比采用配比一，具體為矸石90％，水泥5％，水5％；
19、當下部煤層復合頂板極限跨距lx為5～10m時，充填材料各成分質量占比采用配比二，具體為矸石80％，水泥10％，水10％；
20、當下部煤層復合頂板極限跨距lx為10～20m時，充填材料各成分質量占比采用配比三，具體為矸石70％，水泥15％，水15％；
21、當下部煤層復合頂板極限跨距lx大于30m時，充填材料各成分質量占比采用配比四，具體為矸石60％，水泥20％，水20％。
22、優選地，在步驟4中，充填材料體積v為下部煤層綜采工作面推進一次后高位充填所需充填材料的體積，其確定方法為：
23、b1、根據下部煤層復合頂板的單軸抗壓強度σx確定下部煤層復合頂板的碎脹系數k的取值：
24、當下部煤層復合頂板的單軸抗壓強度σx為0～20mpa時，下部煤層復合頂板的碎脹系數k取1.20；
25、當下部煤層復合頂板的單軸抗壓強度σx為20～50mpa時，下部煤層復合頂板的碎脹系數k取1.30；
26、當下部煤層復合頂板的單軸抗壓強度σx為50～80mpa時，下部煤層復合頂板的碎脹系數k取1.40；
27、當下部煤層復合頂板的單軸抗壓強度σx大于80mpa時，下部煤層復合頂板的碎脹系數k取1.45；
28、b2、根據充填材料各成分質量占比確定充填材料對于矸石堆積體的充填系數η的取值：
29、采用配比一時，充填材料對于矸石堆積體的充填系數η為0.6；
30、采用配比二時，充填材料對于矸石堆積體的充填系數η為0.7；
31、采用配比三時，充填材料對于矸石堆積體的充填系數η為0.8；
32、采用配比四時，充填材料對于矸石堆積體的充填系數η為0.9。
33、b3、根據下式計算矸石堆積體高度hk：
34、
35、b4、根據下式計算高位充填空間高度hg：
36、
37、b5、根據下式計算充填材料體積v：
38、v＝l·lx(η·hk+hg)。
39、本專利技術的有益效果在于：
40、1、可實現上、下部煤層同步充填開采，避免了單煤層采動對另一煤層的影響，提高了煤炭開采效率；
41、2、上、下部煤層工作面內以及工作面之間不需要留設煤柱，煤層群煤炭資源可實現完全回采，無煤柱殘留，煤炭資源回收率高；
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【技術保護點】
1.基于上部薄煤層鉆式采煤的下部煤層高位充填開采方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，判斷煤層群高位充填可行性的具體方法為：
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中，上部薄煤層鉆采工作面推進0.8Ls，在距鉆采巷道末端0.5Lx處向兩側采空區布置高位充填花管并連接充填材料運輸主管。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟4中，充填材料為骨料為粒徑小于1mm的破碎矸石、輔料為水泥與水的膏體充填材料；根據下部煤層復合頂板極限跨距Lx確定充填材料各成分質量占比：
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟4中，充填材料體積V為下部煤層綜采工作面推進一次后高位充填所需充填材料的體積，其確定方法為：
【技術特征摘要】
1.基于上部薄煤層鉆式采煤的下部煤層高位充填開采方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，判斷煤層群高位充填可行性的具體方法為：
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中，上部薄煤層鉆采工作面推進0.8ls，在距鉆采巷道末端0.5lx處向兩側采空區布置高位充填花管并連接充填材料運輸...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張東升，柴宇劍，范鋼偉，張文輝，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：
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