本发明属于煤炭资源地下开采技术领域，涉及一种区段遗留煤柱回收方法，尤其是一种适用于资源枯竭矿井区段遗留煤柱分类回收方法。
背景技术：
煤炭是我国的基础能源和重要原料，占我国化石能源资源的90％以上，是稳定、经济、自主保障程度最高的能源。煤炭在一次能源消费中的比重将逐步降低，但在相当长时期内，煤炭的主体能源地位不会变化。目前，我国大部分衰老矿井均面临资源枯竭的窘迫，急需后续的接替资源或进行企业转型。在此期间，如何维持矿井的稳定生产，解决庞大的单位职工日常生活问题，稳定矿区社会的和谐发展，是众多衰老矿井不得不面对的现实难题。由于衰老建矿时间较长、以往开采技术条件落后及周边小煤窑掠夺性开采等多种历史因素，使得矿井煤炭资源采出率很低，导致矿井常规的可采资源迅速枯竭，丢弃了大量的优质煤炭资源。
目前，国内外已经形成了若干关于区段遗留煤柱的回收方法，但相关方法往往存在无法最大程度地回收矿井遗留煤柱资源、回收方法的机械化程度低等一系列缺点；另外，由于区段遗留煤柱的两侧往往是采空区，上覆岩层的大部分压力会传递给区段遗留煤柱，导致区段遗留煤柱的应力集中系数会增大，使区段遗留煤柱的内部煤体产生大量次生裂隙，从而会降低区段遗留煤柱的强度；在区段遗留煤柱现场回收过程中，往往会发生煤柱突然失稳破坏而引发顶板大面积垮落，甚至会危害到人员的生命安全。因此，亟待发明一种既能保证矿井安全高效生产、又能最大限度地对资源枯竭矿井区段遗留煤柱进行回收的新方法。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处而提供一种安全有效的资源枯竭矿井区段遗留煤柱分类回收方法。
技术方案：本发明的资源枯竭矿井区段遗留煤柱分类回收方法：
步骤1、现场调研资源枯竭矿井以往开采所丢弃的区段遗留煤柱情况，并根据矿井开采技术条件，细化出全矿井可回收区段遗留煤柱，采集可回收区段遗留煤柱区域煤岩层样品，在岩石力学伺服试验系统上开展煤岩样品物理力学特性测试，获得其物理力学特性参数；
步骤2、根据可收回区段遗留煤柱区域周围开采状况，基于煤岩样品的物理力学特性参数，采用数值模拟软件对可回收区段遗留煤柱的稳定性进行评价，并对其稳定性进行分类，分为稳定、基本稳定和不稳定；
步骤3、现场从上下两侧向基本稳定和不稳定的可回收区段遗留煤柱内打钻孔，钻孔的深度为可回收区段遗留煤柱宽度的1/2，并采用钻孔应力计及岩层探测记录仪对该可回收区段遗留煤柱内的应力分布特征及其内部破坏特征进行测试，明确应力集中区域和破坏严重区域；
步骤4、针对基本稳定和不稳定的可回收区段遗留煤柱内应力集中区域和破坏严重区域，在现场测试钻孔内采用注浆加固材料对其进行注浆加固处理；
步骤5、基于矿井开采技术条件，根据宽度将可回收区段遗留煤柱类型划分为i类和ii类，i类可回收区段遗留煤柱的宽度为20m以内，ii类可回收区段遗留煤柱的宽度为20m以上，在此基础上，对i类可回收区段遗留煤柱采用小条带直接巷采部分回收方法进行回收，对ii类可回收区段遗留煤柱采用小条带往复式填充开采完全回收方法进行回收。
有益效果：本发明首先对全矿井的区段遗留煤柱进行调研，细化出可回收区段遗留煤柱，使现场回收工作更加具有目的性；其次对基本稳定和不稳定的可回收区段遗留煤柱内应力集中区域和破坏严重区域实施注浆加固处理，保证了现场回收工作的安全性；最后针对不同类型的可回收区段遗留煤柱，分别采用小条带直接巷采部分回收和小条带往复式填充开采完全回收两种方法对煤柱进行分类回收，使现场回收工作更加具有针对性。与现有技术相比，本发明目的性强，安全性高，针对性好，并能够最大限度地对矿井弃滞煤炭资源进行回收，具有较好的经济性、实用性和推广性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图1是本发明的一个实施例的流程图；
附图2是本发明的一个实施例中i类可回收区段遗留煤柱采用小条带直接巷采部分回收方法的开采状态示意图；
附图3(a)是本发明一个实施例中ii类可回收区段遗留煤柱采用小条带往复式填充开采完全回收方法的初始开采状态示意图；
附图3(b)是本发明一个实施例中ii类可回收区段遗留煤柱采用小条带往复式填充开采完全回收方法的小采空区充填完成示意图；
附图3(c)是本发明一个实施例中ii类可回收区段遗留煤柱采用小条带往复式填充开采完全回收方法的小隔离煤柱回收开采状态示意图；
图中：1-可回收区段遗留煤柱；2-运输平巷；3-回风平巷；4-小隔离煤柱；5-小采空区；6-贯通巷道；7-连续采煤机；8-小充填条带。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
一种资源枯竭矿井区段遗留煤柱分类回收方法，包括如下步骤：
步骤1、现场调研资源枯竭矿井以往开采所丢弃的区段遗留煤柱情况，并根据矿井开采技术条件，细化出全矿井可回收区段遗留煤柱1，采集可回收区段遗留煤柱1区域煤岩层样品，在mts815型岩石力学伺服试验系统上开展煤岩样品物理力学特性测试，获得其物理力学特性参数；
步骤2、根据可收回区段遗留煤柱1区域周围开采状况，基于煤岩样品的物理力学特性参数，采用flac3d数值模拟软件对可回收区段遗留煤柱1的稳定性进行评价，并对其稳定性进行分类，分为稳定、基本稳定和不稳定；
步骤3、现场从上下两侧向基本稳定和不稳定的可回收区段遗留煤柱1内打钻孔，钻孔的深度为可回收区段遗留煤柱1宽度的1/2，并采用gmc20型钻孔应力计及ytj20型岩层探测记录仪对该可回收区段遗留煤柱1内的应力分布特征及其内部破坏特征进行测试，明确应力集中区域和破坏严重区域；
步骤4、针对基本稳定和不稳定的可回收区段遗留煤柱1内应力集中区域和破坏严重区域，在现场测试钻孔内采用普通水泥单浆液作为注浆加固材料对其进行注浆加固处理；
步骤5、基于矿井开采技术条件，根据宽度将可回收区段遗留煤柱1类型划分为i类和ii类，i类可回收区段遗留煤柱1的宽度为20m以内，ii类可回收区段遗留煤柱1的宽度为20m以上，在此基础上，对i类可回收区段遗留煤柱1采用小条带直接巷采部分回收方法进行回收，对ii类可回收区段遗留煤柱1采用小条带往复式填充开采完全回收方法进行回收。
其中，所述步骤5中小条带直接巷采部分回收方法的具体操作过程如下：
1)沿可回收区段遗留煤柱1上下两侧边缘分别实施沿空掘巷工作，巷道掘进宽度为2～3m，并分别采用锚梁网索联合支护巷道，所掘巷道分别为运输平巷2和回风平巷3；
2)运输平巷2和回风平巷3掘进施工完成后，开始掘进贯通巷道6，将运输平巷2和回风平巷3两条回采巷道连通，贯通巷道6掘进宽度为4～6m，同样采用锚梁网索联合支护巷道；
3)贯通巷道6掘进施工完成后，采用连续采煤机7从贯通巷道6由右向左巷道式开采可回收区段遗留煤柱1，直到开采完全结束，实现煤柱的部分回收工作，具体开采参数为留设5m宽小隔离煤柱4，回采5m宽可回收区段遗留煤柱1，即留采比为1:1，采用自然垮落法管理小采空区5顶板。
其中，所述步骤5中小条带往复式填充开采完全回收方法的具体操作过程如下：
1)沿可回收区段遗留煤柱1上下两侧边缘分别实施沿空掘巷工作，巷道掘进宽度为4～5m，并分别采用锚梁网索联合支护巷道，所掘巷道分别为运输平巷2和回风平巷3；
2)运输平巷2和回风平巷3掘进施工完成后，开始掘进贯通巷道6，将运输平巷2和回风平巷3两条回采巷道连通，贯通巷道6掘进宽度为8～10m，同样采用锚梁网索联合支护巷道；
3)贯通巷道6掘进施工完成后，采用连续采煤机7从贯通巷道6由右向左巷道式开采可回收区段遗留煤柱1，具体开采参数为留设5m宽小隔离煤柱4，回采5m宽可回收区段遗留煤柱1，即留采比为1:1；
4)在连续采煤机7巷道式回采下一个5m宽可回收区段遗留煤柱1时，对其右侧回采已形成的小采空区5实施矸石充填处理，通过形成的小充填条带8控制上覆顶板垮落；
5)按照1:1留采比从右向左依次完成该回采工作面内煤柱回收及小采空区5的矸石充填工作，直至可回收区段遗留煤柱1的最左侧；
6)采用连续采煤机7从可回收区段遗留煤柱1最左侧向右再对保留下来的小隔离煤柱4进行巷道式回采，但不再对新形成的小采空区5实施矸石充填处理，直到回采至贯通巷道6位置处，实现煤柱的完全回收工作。
本发明可以系统地对资源枯竭矿井区段遗留煤柱进行最大程度地回收，进一步提高弃滞煤炭资源回收率，与现有技术相比，目的性强、安全性高，针对性好，可以为其他资源枯竭矿井回收弃滞煤炭资源提供技术指导。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。
技术特征：
技术总结
一种资源枯竭矿井区段遗留煤柱分类回收方法，细化出全矿井可回收区段遗留煤柱，在岩石力学伺服试验系统上开展煤岩样品物理力学特性测试；采用数值模拟软件对可回收区段遗留煤柱的稳定性进行评价，并对其稳定性进行分类；采用钻孔应力计及岩层探测记录仪对该可回收区段遗留煤柱内的应力分布特征及其内部破坏特征进行测试；在现场测试钻孔内采用注浆加固材料对其进行注浆加固处理；针对不同类型的可回收区段遗留煤柱，分别采用小条带直接巷采部分回收和小条带往复式填充开采完全回收方法对可回收区段遗留煤柱进行分类回收。本发明目的性强，安全性高，针对性好，能够最大限度地对矿井弃滞煤炭资源进行回收，具有较好的经济性、实用性和推广性。
技术研发人员：马立强;张炜;杨志;王烁康;胡文敏;李鹏
受保护的技术使用者：中国矿业大学;山西兰花集团莒山煤矿有限公司
技术研发日：2017.06.29
技术公布日：2017.10.10
声明：
“资源枯竭矿井区段遗留煤柱分类回收方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中国矿业大学;山西兰花集团莒山煤矿有限公司
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2024年08月08日 ~ 10日 
