权利要求
1.一种采-选-充一体化采硐不/少支护连采连充开采工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1、针对煤层赋存条件，首先垂直运输大巷布置一条运输支巷、两条回风支巷，利用掘进设备依次完成运输支巷及回风支巷的“掘进-支护”作业，其中，两条回风支巷分别位于运输支巷的上下两侧，分别为上回风支巷和下回风支巷;
S2、运输支巷及两条回风支巷的末端贯通，运输支巷布置皮带运输系统并作为进风巷道，两侧两条回风支巷作为回风巷道，形成完整的运输、通风系统;
S3、以运输支巷为中心，在连采连充工作面采用双翼鱼刺式布置若干采硐，两翼每八个采硐为一组，位于两翼的采硐采依次为采硐Ⅰ、采硐Ⅱ、采硐Ⅲ、采硐Ⅳ;
S3、在回风大巷布置双轴搅拌系统、煤矿用充填泵，并将充填管道布置在回风支巷并延长至连采连充工作面左右两侧采硐，在中间的运输支巷布置两架挡墙支架以及两侧回风支巷各布置一架挡墙支架;
S4、工作人员无需进入采硐，采用遥控器操作掘进设备，后退式分4轮进行回采-充填作业;
S5、重复S1-S4步骤，直至完成整个区域的连采连充作业。
2.根据权利要求1所述的一种采-选-充一体化采硐不/少支护连采连充开采工艺，其特征在于：所述回风支巷或运输支巷的宽度为6-8m。
3.根据权利要求1所述的一种采-选-充一体化采硐不/少支护连采连充开采工艺，其特征在于：所述采硐的长度小于等于工作面周期来压步距，采硐的高度与煤层厚度相同，采硐的宽度等于截割头宽度，采硐与运输支巷或回风支巷的夹角为45-60°。
4.根据权利要求1所述的一种采-选-充一体化采硐不/少支护连采连充开采工艺，其特征在于：所述采硐后退式分4轮进行回采-充填作业，包括如下步骤：
a. 采用遥控器操作掘进设备依次快速完成第一组采硐中两翼采硐Ⅰ的回采作业，掘进设备快进快出，采垌内不支护，掘进设备退至第二组采硐的采硐Ⅰ位置处，挡墙支架前移至第一组采硐中两翼采硐Ⅰ上下端口，完毕充填空间的密闭工作，同时将充填管路布置在采硐Ⅰ支巷口，完成充填准备工作;
b. 掘进设备退至第二组采硐中两翼采硐Ⅰ位置处，采用遥控器操作掘进设备依次快速完成两翼采硐Ⅰ的回采作业，掘进设备快进快出，采硐Ⅰ内不支护，同时开启上一组回采采硐Ⅰ充填作业;
c. 将掘进设备依次退至第三组采硐、第四组采硐……的两翼采硐Ⅰ位置处，重复b步骤，快进快出完成相应采垌Ⅰ的回采作业以及上一个回采采垌Ⅰ的充填作业，直至完成所有第一轮采硐Ⅰ的“回采-充填”作业;
d. 完成第一轮所有采硐Ⅰ的“回采-充填”作业后，将成套掘进设备移动至第一组采硐中两翼采硐Ⅱ位置，挡墙支架移动至支巷末端;
e. 重复a-c步骤，完成所有第二轮采硐Ⅱ的“回采-充填”作业，将成套掘进设备推至第一组采硐中两翼采硐Ⅲ位置，挡墙支架推至支巷末端;
f. 重复a-c步骤，完成所有第三轮采硐Ⅲ的“回采-充填”作业，将成套掘进设备推至第一组采硐中两翼采硐Ⅳ位置，挡墙支架推至支巷末端;
g. 重复a-c步骤，完成所有第四轮采硐Ⅳ的“回采-充填”作业;
h. 将挡墙支架运至运输支巷巷口、上回风支巷巷口、下回风支巷巷末，开始运输支巷、上回风支巷的充填作业直至充满整条支巷，下回风支巷作为下个工作面的上回风支巷使用，同时将掘进设备移至下一个连采连充工作面，至此完成本连采连充工作面的全部“回采-充填”作业。
5.根据权利要求4所述的一种采-选-充一体化采硐不/少支护连采连充开采工艺，其特征在于：所述充填作业时所用的充填材料为井下“选-充”工艺产生的矸石。
6.根据权利要求5所述的一种采-选-充一体化采硐不/少支护连采连充开采工艺，其特征在于：所述“选-充”工艺步骤如下：在矿井主斜井附近，布置TDS智能干选系统，完成全矿井原煤洗选，洗选后的精煤通过运输系统运至地面煤仓，选后矸石经矸石破碎机破碎成充填材料所需粒径储存至井下矸石仓，待充填需要时，经运矸皮带运至工作面附近的搅拌系统，与粉煤灰、添加剂混合搅拌均匀，由煤矿充填泵经充填管路泵送至充填地点。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于掘支运设备的应用及采矿方法技术领域，具体涉及一种采-选-充一体化采硐不/少支护连采连充开采工艺。
背景技术
[0002]随着煤炭产工业飞速发展，“三下”压煤充填开采技术与装备水平得到了充分提高，特别是单元密闭式充填采矿方法(又称条带式连采连充)由于其具有较好的地表沉陷控制效果以及较高的资源回收率等显著特点，该技术在国内煤企得到了广泛应用。但是现阶段单元密闭式充填采矿方法(又称条带式连采连充)存在以下两个方面的问题：(1)煤炭开采一般副产原煤产量 10%~20%的煤矸石，矸石地面堆积会造成占用土地、污染空气、水体资源。(2)传统单元密闭式充填采矿方法(又称条带式连采连充)支护一般采用单体手持式液压锚杆钻机或掘进设备机载液压钻架完成，但都存在支护工作量大，时间占比很高，一般为50%~60%左右，造成截割时间被压缩，导致工作面产量较低。
发明内容
[0003]本发明的目的在于提供一种采-选-充一体化采硐不/少支护连采连充开采工艺，本工艺将采-选-充一体化与连采连充工艺开采结合起来，实现井下原煤开采、分选、 充填一体化创新技术模式，极大减少主运输系统的无效运输，释放主井有效提升能力，有利提高矿井出井原煤品质;设计双翼鱼刺式采硐布置方式，基于采硐“小跨度+短服役期”的场景特点，提出采硐不支护开采工艺，视煤层赋存条件确定采硐长度，解决了支护工序繁琐、耗时耗力、影响连采连充工作面产量的问题，有利于提高连采连充工作面的产量和效能。
[0004]本发明采用如下技术方案：
一种采-选-充一体化采硐不/少支护连采连充开采工艺，包括如下步骤：
S1、针对煤层赋存条件，首先垂直运输大巷布置一条运输支巷、两条回风支巷，利用掘进设备依次完成运输支巷及回风支巷的“掘进-支护”作业，其中，两条回风支巷分别位于运输支巷的上下两侧，分别为上回风支巷和下回风支巷;
S2、运输支巷及两条回风支巷的末端贯通，运输支巷布置皮带运输系统并作为进风巷道，两侧两条回风支巷作为回风巷道，形成完整的运输、通风系统;
S3、以运输支巷为中心，在连采连充工作面采用双翼鱼刺式布置若干采硐，两翼每八个采硐为一组，位于两翼的采硐采依次为采硐Ⅰ、采硐Ⅱ、采硐Ⅲ、采硐Ⅳ;
S3、在回风大巷布置双轴搅拌系统、煤矿用充填泵，并将充填管道布置在回风支巷并延长至连采连充工作面左右两侧采硐，在中间的运输支巷布置两架挡墙支架以及两侧回风支巷各布置一架挡墙支架;
S4、工作人员无需进入采硐，采用遥控器操作掘进设备，后退式分4轮进行回采-充填作业;
S5、重复S1-S4步骤，直至完成整个区域的连采连充作业。
[0005]进一步地，所述回风支巷或运输支巷的宽度为6-8m。
[0006]进一步地，所述采硐的长度小于等于工作面周期来压步距，采硐的高度与煤层厚度相同，采硐的宽度等于截割头宽度，采硐与运输支巷或回风支巷的夹角为45-60°。
[0007]进一步地，所述采硐后退式分4轮进行回采-充填作业，包括如下步骤：
a. 采用遥控器操作掘进设备依次快速完成第一组采硐中两翼采硐Ⅰ的回采作业，掘进设备快进快出，采垌内不支护，掘进设备退至第二组采硐的采硐Ⅰ位置处，挡墙支架前移至第一组采硐中两翼采硐Ⅰ上下端口，完毕充填空间的密闭工作，同时将充填管路布置在采硐Ⅰ支巷口，完成充填准备工作;
b. 掘进设备退至第二组采硐中两翼采硐Ⅰ位置处，采用遥控器操作掘进设备依次快速完成两翼采硐Ⅰ的回采作业，掘进设备快进快出，采硐Ⅰ内不支护，同时开启上一组回采采硐Ⅰ充填作业;
c. 将掘进设备依次退至第三组采硐、第四组采硐……的两翼采硐Ⅰ位置处，重复b步骤，快进快出完成相应采垌Ⅰ的回采作业以及上一个回采采垌Ⅰ的充填作业，直至完成所有第一轮采硐Ⅰ的“回采-充填”作业;
d. 完成第一轮所有采硐Ⅰ的“回采-充填”作业后，将成套掘进设备移动至第一组采硐中两翼采硐Ⅱ位置，挡墙支架移动至支巷末端;
e. 重复a-c步骤，完成所有第二轮采硐Ⅱ的“回采-充填”作业，将成套掘进设备推至第一组采硐中两翼采硐Ⅲ位置，挡墙支架推至支巷末端;
f. 重复a-c步骤，完成所有第三轮采硐Ⅲ的“回采-充填”作业，将成套掘进设备推至第一组采硐中两翼采硐Ⅳ位置，挡墙支架推至支巷末端;
g. 重复a-c步骤，完成所有第四轮采硐Ⅳ的“回采-充填”作业;
h. 将挡墙支架运至运输支巷巷口、上回风支巷巷口、下回风支巷巷末，开始运输支巷、上回风支巷的充填作业直至充满整条支巷，下回风支巷作为下个工作面的上回风支巷使用，同时将掘进设备移至下一个连采连充工作面，至此完成本连采连充工作面的全部“回采-充填”作业。
[0008]进一步地，所述充填作业时所用的充填材料为井下“选-充”工艺产生的矸石。
[0009]进一步地，所述“选-充”工艺步骤如下：在矿井主斜井附近，布置TDS智能干选系统，完成全矿井原煤洗选，洗选后的精煤通过运输系统运至地面煤仓，选后矸石经矸石破碎机破碎成充填材料所需粒径储存至井下矸石仓，待充填需要时，经运矸皮带运至工作面附近的搅拌系统，与粉煤灰、添加剂混合搅拌均匀，由煤矿充填泵经充填管路泵送至充填地点。
[0010]本发明的有益效果如下：
1. 本发明的采选充一体化技术实现了矸石不升井，取消了地面运输和垂直投料系统，在井下将煤炭开采、煤矸分选、矸石充填有机结合，构建了“采煤→分选→充填→采煤”的循环闭合开采体系。从源头减少固废排放，提高主井有效提升量，同时减少地面矸石存放对环境的破坏，助推煤炭绿色开采。
[0011]2. 采硐实施快进快出不支护开采工艺，取消了支护工作量大、耗时耗力对连采连充工作面产量的影响，最大成都发挥掘进设备、充填设备的能力，提高连采连充工作面的产量。
[0012]3. 上连采连充工作面的下回风支巷留下作为下连采连充工作面的上回风支巷使用，从而减少了支巷的掘进工程量和支护工作量，降低了矿井开拓费用。
[0013]4. 移动伸缩式转载机组运输方式为连续运输，相对于传统梭车、铲运机等间断式运输方式运输能力大。
附图说明
[0014]图1为工作面巷道布置及设备布置平面图;
图2为完成第一组采硐中两翼采硐Ⅰ回采后设备布置平面图;
图3为完成第一轮采硐后开启第二轮采硐工作面布置平面图;
其中：1-掘进设备;2-连续运输系统;3-皮带机;4-输送泵;5-膏体充填输送管路;6-挡墙支架;7-回风大巷;8-运输大巷;9-上回风支巷;10-运输支巷;11-下回风支巷。
具体实施方式
[0015]结合附图，对本发明作进一步说明。
[0016]如图所示，一种采-选-充一体化采硐不/少支护连采连充开采工艺，包括巷道布置、采掘设备配套及布置、“采-选-充”一体化开采工艺(采掘工艺、井下选-充填工艺)、采硐不支护开采工艺、通风方式。
[0017](1)巷道布置
针对煤层赋存条件，首先垂直运输大巷布置一条运输支巷10、两条回风支巷(分别为上回风支巷9和下回风支巷11)，利用掘进设备1(掘进机、双锚掘进机、连采机、机载钻架连采机、掘锚一体机等掘进设备)完成其“掘进-支护”作业，而后贯通运输支巷10及两条回风支巷的末端，中间运输支巷10布置皮带运输系统并作为进风巷道，两侧两条回风支巷作为回风巷道，至此形成完整的运输、通风系统。其中临近下个连采连充工作面的回风支巷可留巷作为下个连采连充工作面的回风支巷使用，可减少巷道掘进工程量。
[0018]双翼鱼刺式布置采硐，采硐的长度视煤层赋存条件而定，一般小于等于工作面周期来压步距，采硐与运输支巷或回风支巷的夹角一般为45°~60°，后退式分4轮进行回采。
[0019]支巷宽度为6~8m;运输支巷或回风支巷与运输大巷的夹角为90°;采硐与运输支巷或回风支巷的夹角为45°~60°;采硐高度为煤层厚度;采硐长度视煤层赋存条件而定，一般小于等于工作面周期来压步距;采硐宽度等于设备截割头宽度，一般为3.3m。
[0020](2)井下设备配套及布置
采掘设备包括：掘进设备1采用掘进机、双锚掘进机、连采机、机载钻架连采机、掘锚一体机等均可以，但连采机为最优选择。后配套运输设备采用2~3套移动式伸缩转载机组、1台转载破碎机、皮带运输机;充填设备配套包括：TDS智能干选系统、双轴搅拌系统、煤矿专用充填泵及充填管路系统、挡墙支架。
[0021]其中TDS智能干选系统一般布置在矿井主斜井附近，完成全矿井原煤洗选。双轴搅拌系统、煤矿专用充填泵布置在连采连充工作面附近的回风大巷，已缩短充填距离，充填管路系统布置在其中1条回风支巷，并依次连接各个充填采硐，完成充填材料的输送。
[0022](3)采掘工艺
针对煤层赋存条件，首先垂直运输大巷布置一条运输支巷、两条回风支巷，运输支巷10及两条回风支巷的末端贯通，中间运输支巷布置皮带运输系统并作为进风巷道，两侧2条回风支巷作为回风巷道，至此形成完整的运输、通风系统。而后双翼鱼刺式布置采硐，采硐与运输支巷或回风支巷的夹角一般为45°~60°，后退式分4轮进行回采。其具体工序如下：
a：垂直运输大巷，利用掘进设备依次完成三条支巷的“掘进-支护”作业，其中支护作业由掘进设备机载钻架或者手持式单体液压钻机完成。
[0023]b：运输支巷及两条回风支巷的末端贯通，形成完整的运输、通风系统。
[0024]c：在回风大巷布置双轴搅拌系统、煤矿充填泵，并将充填管道布置在回风支巷并延长至连采连充工作面左右两侧采硐。挡墙支架在中间运输支巷布置2两架、两侧回风支巷各布置一架。如图1所示。
[0025]d：双翼鱼刺式布置采硐：以运输支巷为中心，在连采连充工作面采用双翼鱼刺式布置若干采硐，两翼每八个采硐为一组，位于两翼的采硐采依次为采硐Ⅰ、采硐Ⅱ、采硐Ⅲ、采硐Ⅳ;
工作人员无需进入采硐，采用遥控器操作掘进设备依次快速完成第一组采硐中两翼采硐Ⅰ的回采作业，掘进设备快进快出，采垌内不支护，掘进设备退至第二组采硐的采硐Ⅰ位置处，挡墙支架前移至第一组采硐中两翼采硐Ⅰ上下端口，完毕充填空间的密闭工作，同时将充填管路布置在采硐Ⅰ支巷口，完成充填准备工作。如图2所示。
[0026]e：掘进设备退至第二组采硐中两翼采硐Ⅰ位置处，采用遥控器操作掘进设备依次快速完成两翼采硐Ⅰ的回采作业，掘进设备快进快出，采硐Ⅰ内不支护，同时开启上一组回采采硐Ⅰ充填作业。
[0027]f：将掘进设备依次退至第三组采硐、第四组采硐……的两翼采硐Ⅰ位置处，重复e步骤，快进快出完成相应采垌Ⅰ的回采作业以及上一个回采采垌Ⅰ的充填作业，直至完成所有第一轮采硐Ⅰ的“回采-充填”作业。
[0028]g：至此，完成第一轮所有采硐的“回采-充填”作业后，将成套掘进设备移动至第一组采硐中两翼采硐Ⅱ位置，挡墙支架移动至支巷末端，如图3所示。
[0029]h：重复d-f步骤，完成所有第二轮采硐Ⅱ的“回采-充填”作业。将成套掘进设备推至第一组采硐中两翼采硐Ⅲ位置，挡墙支架推至支巷末端。
[0030]i：重复d-f步骤，完成所有第三轮采硐Ⅲ的“回采-充填”作业。将成套掘进设备推至第一组采硐中两翼采硐Ⅳ位置，挡墙支架推至支巷末端。
[0031]j：重复d-f步骤，完成所有第四轮采硐Ⅳ的“回采-充填”作业。
[0032]k：将挡墙支架运至运输支巷巷口、上回风支巷巷口、下回风支巷巷末，开始运输支巷、上回风支巷的充填作业直至充满整条支巷。下回风支巷作为下个工作面上回风支巷使用。同时将掘进设备移至下一个连采连充工作面。至此完成本连采连充工作面的全部“回采-充填”作业。
[0033]l：重复a-k步骤，直至完成整个区域的连采连充作业。
[0034](4)井下“选-充”工艺
TDS智能干选系统一般布置在矿井主斜井附近，完成全矿井原煤洗选。洗选后的精煤通过运输系统运至地面煤仓。选后矸石经矸石破碎机破碎成充填材料所需粒径储存至井下矸石仓，待充填需要时，经运矸皮带运至工作面附近的搅拌系统，与粉煤灰、添加剂等搅拌均匀，由煤矿专用充填泵经充填管路泵送至充填地点。
[0035](5)采硐不支护开采工艺
为缩短支护耗时耗力对连采连充工作面产量的影响，提出采硐快进快出不支护开采工艺，采硐的长度视煤层赋存条件而定，一般小于等于工作面周期来压步距。
[0036](6)通风工艺
三条支巷回采时均采用局部通风机通风。采硐回采时支巷可采用全风压通风方式，即运输支巷进风，上下回风支巷回风。
[0037]在国家大力提倡绿色开釆的背景下，将井下煤矸分选与连采连充开采工艺有机集合与一体，实现直接井下原煤开采、分选、 充填一体化创新技术模式，既极大减少主运输系统的无效运输，释放主井有效提升能力，有利提高矿井出井原煤品质。又避免矸石升井地面堆积造成占用土地、污染空气、水体资源。
[0038]支护工序是影响连采连充产量的最关键因素，基于采硐超短服役期的场景特点，依据工作面上覆岩层周期来压步距，提出采硐不/少支护连采连充开采工艺，解决支护工序繁琐耗时的问题，提高连采连充工作面的开采效率，同时此开采工艺机械化程度高，设备移动灵活，初期投资少，见效快，能实现采充平行作业，从而最大成都提高连采连充工作面的经济效益。
说明书附图(3)
