本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种矿山前进式充填成巷开采方法，尤其适用于固体充填采煤工作面无煤柱沿空留巷。
背景技术：
通常情况下，充填采煤上下区段两个工作面之间以及上下山附近会留设20m左右的保护煤柱，造成了大量的煤炭资源损失。为了进一步提高采出率，从上世纪50年代开始，英国、德国、波兰、俄罗斯、中国等世界主要产煤国家就陆续开展沿空留巷试验研究，不断发展和完善的上覆岩层运动规律、巷旁支护技术、巷内支护技术，使得沿空留巷技术不断改善，取得了显著的经济、社会和环境效益。但是其沿空留巷方法是基于垮落法开采的基础上进行的，施工难度大，成本高，且回采和巷道维护干扰严重，效率低下。针对以上问题，本发明一种矿山前进式充填成巷开采方法，可提高煤炭资源的回采率，节省巷道掘进费用，方法简单，操作简便，具有重要的现实意义和广阔的应用前景。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种施工简单、经济效益好的前进式无矿柱充填自成巷采矿方法。
技术方案：本发明的回采巷道由采煤机割出，沿空留巷巷道采空区侧墙体由固体密实充填体组成，通过锚杆锚索摩擦式恒阻立柱以及薄膜注浆密闭对留出的巷道进行维护，所述前进式无矿柱充填自成巷采矿法，包括如下步骤：
一种矿山前进式充填成巷开采方法，采煤机割煤过程中割出区段平巷的断面，利用综合机械化固体充填技术实现充填采矿与充填自动成巷；其中充填采矿是指采用综合机械化固体充填开采方法进行资源回采和采空区全断面充填，工作面推进方向采用前进式；充填自动成巷指利用综合机械化固体充填技术在采空区侧形成充填巷帮，采用锚杆、锚索、摩擦式恒阻立柱，并对充填帮薄膜注浆密封，联合支护，区段平巷随工作面开采逐步自动形成；采区首采面的运输平巷、回风平巷均采用充填自动成巷的方法形成；接替面的一条区段平巷采用充填自动成巷的方法形成，另一条区段平巷沿用上个工作面充填自动成巷形成的平巷；同一条区段平巷继续服务下个工作面时功能不变，即若上个工作面运输平巷沿空留巷，则下个工作面继续作为运输平巷服务；若上个工作面回风平巷沿空留巷，则下个工作面继续作为回风平巷服务。
进一步的，在本发明中，所述综合机械化固体密实充填采矿法中，首采面的回采工艺与接替面ⅰ、接替面ⅱ的巷道成巷形式及其回采工艺不同，首采面回采时，运输平巷ⅰ、回风平巷ⅰ采用所述充填自动成巷技术随采自动成巷，并均沿空留巷直至首采面回采完毕；接替面ⅰ回采时，回风平巷ⅰ继续作为回风平巷服务，运输平巷ⅱ采用所述充填自动成巷技术随采自动成巷；接替面ⅱ回采时，运输平巷ⅱ继续作为运输平巷服务，回风平巷ⅱ采用所述充填自动成巷技术随采自动成巷。
进一步的，在本发明中，首采面的回采工艺具体包括以下步骤：
a.自采区运输上山和轨道上山开始向采区边界前进式回采，不留上山保护煤柱，上山按照所述充填自动成巷技术保留，采煤机骑在刮板输送机上进行割煤作业，并割出运输平巷ⅰ、回风平巷ⅰ的巷道断面；
b.端头暴露面积大，采用自移式端头液压支架支护，2～3架为一组，维护顶板；
c.工作面内先移架后推溜，推溜后支架与刮板输送机之间存在一个截深的距离。采煤机割煤后，支架依次随采煤机前移支护顶板，输送机随移架逐段移向矿壁，推移步距等于采煤机截深；
d.工作面内刮板运输机移直后，将多孔底卸式输送机移至充填液压支架后顶梁后部，开始充填作业；
e.充填作业同时实施运输平巷ⅰ、回风平巷ⅰ的充填自动成巷工艺。
进一步的，在本发明中，接替面ⅰ的回采工艺具体包括以下步骤：
a.自采区运输上山和轨道上山开始向采区边界前进式回采，不留上山保护煤柱，上山按照所述充填自动成巷技术保留，采煤机骑在刮板输送机上进行割煤作业，并割出运输平巷ⅱ的巷道断面；
b～d的工序与首采面的回采工艺中的b～d一致；
e.充填作业同时实施运输平巷ⅱ的充填自动成巷工艺。
进一步的，在本发明中，接替面ⅱ的回采工艺具体包括以下步骤：
a.自采区运输上山和轨道上山开始向采区边界前进式回采，不留上山保护煤柱，上山按照所述充填自动成巷技术保留，采煤机骑在刮板输送机上进行割煤作业，并割出回风平巷ⅱ的巷道断面；
b～d的工序与首采面的回采工艺中的b～d一致；
e.充填作业同时实施回风平巷ⅱ的充填自动成巷工艺。
后续接替面的巷道成巷形式及其回采工艺与接替面ⅰ、接替面ⅱ的原理类似。
采区另一翼的巷道成巷形式及其回采工艺与此翼首采面、接替面ⅰ、接替面ⅱ的原理类似。
进一步的，在本发明中，步骤d充填作业的充填顺序由多孔底卸式输送机机尾向机头方向进行，当前一个卸料孔卸料到一定高度后，即开启下一个充填卸料孔，随即启动前一个卸料孔所在支架后部的夯实机构千斤顶推动夯实板，对已卸下的充填材料进行夯实，如此反复2～3个循环，直到夯实为止。
进一步的，在本发明中，所述充填自动成巷指：
回采时要将采煤机割出的区段平巷沿空留巷，作为下一工作面的相同功能的区段平巷服务，其具体施工工序可分为三部分：巷道顶板支护、巷道充填帮支护以及充填帮薄膜注浆密闭，各工序平行作业，在一个采煤循环中完成；具体步骤如下：
a.当采煤机割出区段平巷断面后，推溜、移架，端头支架向前移进一个步距，搭载在端头支架后部的锚索钻机开始工作，在移架后新的钻孔位置开始施工锚杆、锚索钻孔，施工完成后紧接着进行锚杆、锚索安装；于此同时在靠采空区侧安装一排摩擦式恒阻立柱；
b.安装完摩擦式恒阻立柱后，沿充填侧边缘布置挡矸菱形金属网，将金属网用铁丝绑在立柱上，使矸石充填体形成稳定的充填侧巷帮；
c.薄膜注浆密闭：对充填巷帮进行喷浆处理，形成注浆密封段，密闭采空区；
d.上述步骤完成后，即形成区段平巷的沿空留巷自动成巷。
进一步的，在本发明中，上山留巷过程中沿采空区侧布置的一排摩擦式恒阻立柱，间距是区段平巷立柱布置数的1.5倍，且沿采空区侧倾斜3～5°，其余工序与上述区段平巷沿空留巷一致。
有益效果：本发明与现有技术相比有以下优点：1)充填开采作为绿色开采技术的组成部分，将煤矸石充填采空区，控制了地表矸石山的污染，同时充填体能够很好地减少顶板的移动变形，控制矿压显现；2)自成巷与沿空留巷技术相结合，减少巷道掘进与工作面交替的时间，效率高，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的首采面布置系统图；
图2是本首采面装备示意图；
图3是本发明的第一个接替面布置系统图；
图4是本发明的第二个接替面布置系统图；
图5是区段平巷(沿空留巷)支护示意图；
图6地表损伤控制原理示意图；
图中：1-运输上山，2-轨道上山，3-运输平巷ⅰ(首采面、第一个接替面)，4-回风平巷ⅰ(首采面)，5-首采面，6-注浆密封段，7-接替面ⅰ，8-运输平巷ⅱ(第一个接替面、第二个接替面)，9-接替面ⅱ，10-回风平巷ⅱ(第二个接替面)。
具体实施方式
本发明公开了一种矿山前进式充填成巷开采方法，采煤机割煤过程中割出区段平巷的断面，利用固体充填技术在采空区侧形成充填巷帮；煤炭资源回采和采空区充填采用充填采煤工艺；工作面推进方向采用前进式。区段平巷随工作面开采逐步形成，采用锚杆、锚索、摩擦式恒阻立柱、并对充填帮薄膜注浆密封，联合支护。首采面的运输平巷、回风平巷均采用充填自动成巷方法形成；接替面的一条区段平巷采用充填自动成巷的方法形成，另一条区段平巷沿用上个工作面充填自动成巷形成的平巷。同一条区段平巷继续服务下个工作面时功能不变。本方法工艺简单，实现了无煤柱开采，增加了资源回收率，减轻了回采工作面上下接替的压力，提高了回采效率。
下面结合附图和实例对本发明作更进一步的说明。
一种矿山前进式充填成巷开采方法，采煤机割煤过程中割出区段平巷的断面，利用综合机械化固体充填技术实现充填采矿与充填自动成巷；其中充填采矿是指采用综合机械化固体充填开采方法进行资源回采和采空区全断面充填，工作面推进方向采用前进式；充填自动成巷指利用综合机械化固体充填技术在采空区侧形成充填巷帮，采用锚杆、锚索、摩擦式恒阻立柱，并对充填帮薄膜注浆密封，联合支护，区段平巷随工作面开采逐步自动形成；采区首采面的运输平巷、回风平巷均采用充填自动成巷的方法形成；接替面的一条区段平巷采用充填自动成巷的方法形成，另一条区段平巷沿用上个工作面充填自动成巷形成的平巷；同一条区段平巷继续服务下个工作面时功能不变，即若上个工作面运输平巷沿空留巷，则下个工作面继续作为运输平巷服务；若上个工作面回风平巷沿空留巷，则下个工作面继续作为回风平巷服务。
在上述的综合机械化固体密实充填采矿法中，首采面5的回采工艺与接替面ⅰ7、接替面ⅱ9的巷道成巷形式及其回采工艺不同，首采面5回采时，运输平巷ⅰ3、回风平巷ⅰ4采用所述充填自动成巷技术随采自动成巷，并均沿空留巷直至首采面5回采完毕；接替面ⅰ7回采时，回风平巷ⅰ4继续作为回风平巷服务，运输平巷ⅱ8采用所述充填自动成巷技术随采自动成巷；接替面ⅱ9回采时，运输平巷ⅱ8继续作为运输平巷服务，回风平巷ⅱ10采用所述充填自动成巷技术随采自动成巷。
首先，如图1、2所示，首采面5的回采工艺具体包括以下步骤：
a.自采区运输上山1和轨道上山2开始向采区边界前进式回采，不留上山保护煤柱，上山按照所述充填自动成巷技术保留，采煤机骑在刮板输送机上进行割煤作业，并割出运输平巷ⅰ3、回风平巷ⅰ4的巷道断面；
b.端头暴露面积大，采用自移式端头液压支架支护，2～3架为一组，维护顶板；
c.工作面内先移架后推溜，推溜后支架与刮板输送机之间存在一个截深的距离。采煤机割煤后，支架依次随采煤机前移支护顶板，输送机随移架逐段移向矿壁，推移步距等于采煤机截深；
d.工作面内刮板运输机移直后，将多孔底卸式输送机移至充填液压支架后顶梁后部，开始充填作业；
e.充填作业同时实施运输平巷ⅰ3、回风平巷ⅰ4的充填自动成巷工艺。
其次，如图3所示，接替面ⅰ7的回采工艺具体包括以下步骤：
a.自采区运输上山1和轨道上山2开始向采区边界前进式回采，不留上山保护煤柱，上山按照所述充填自动成巷技术保留，采煤机骑在刮板输送机上进行割煤作业，并割出运输平巷ⅱ8的巷道断面；
b～d的工序与首采面的回采工艺中的b～d一致；
e.充填作业同时实施运输平巷ⅱ8的充填自动成巷工艺。
另外，如图4所示，接替面ⅱ9的回采工艺具体包括以下步骤：
a.自采区运输上山1和轨道上山2开始向采区边界前进式回采，不留上山保护煤柱，上山按照所述充填自动成巷技术保留，采煤机骑在刮板输送机上进行割煤作业，并割出回风平巷ⅱ10的巷道断面；
b～d的工序与首采面的回采工艺中的b～d一致；
e.充填作业同时实施回风平巷ⅱ10的充填自动成巷工艺。
后续接替面的巷道成巷形式及其回采工艺与接替面ⅰ7、接替面ⅱ9的原理类似。
采区另一翼的巷道成巷形式及其回采工艺与此翼首采面5、接替面ⅰ7、接替面ⅱ9的原理类似。
上述的步骤中，步骤d充填作业的充填顺序由多孔底卸式输送机机尾向机头方向进行，当前一个卸料孔卸料到一定高度后，即开启下一个充填卸料孔，随即启动前一个卸料孔所在支架后部的夯实机构千斤顶推动夯实板，对已卸下的充填材料进行夯实，如此反复2～3个循环，直到夯实为止。
优选的，所述充填自动成巷指：
回采时要将采煤机割出的区段平巷沿空留巷，作为下一工作面的相同功能的区段平巷服务，其具体施工工序可分为三部分：巷道顶板支护、巷道充填帮支护以及充填帮薄膜注浆密闭，各工序平行作业，在一个采煤循环中完成；具体步骤如下：
a.当采煤机割出区段平巷断面后，推溜、移架，端头支架向前移进一个步距，搭载在端头支架后部的锚索钻机开始工作，在移架后新的钻孔位置开始施工锚杆、锚索钻孔，施工完成后紧接着进行锚杆、锚索安装；于此同时在靠采空区侧安装一排摩擦式恒阻立柱，如图5所示；
b.安装完摩擦式恒阻立柱后，沿充填侧边缘布置挡矸菱形金属网，将金属网用铁丝绑在立柱上，使矸石充填体形成稳定的充填侧巷帮；
c.薄膜注浆密闭：对充填巷帮进行喷浆处理，形成注浆密封段6，密闭采空区；
d.上述步骤完成后，即形成区段平巷的沿空留巷自动成巷。
作为优选实施例，上山留巷过程中沿采空区侧布置的一排摩擦式恒阻立柱，间距是区段平巷立柱布置数的1.5倍，且沿采空区侧倾斜3～5°，其余工序与上述区段平巷沿空留巷一致。
实施例
本发明与现有技术相比有以下优点：1)目前煤炭行业为了保证产量和效益通常采用垮落法进行生产作业，给环境带来了严重的污染和破坏，据《煤炭工业发展“十三五”规划》统计，我国目前每年排放约7.95亿t矸石、60.04亿m3矿井水，每年造成约6.56×108m2土地塌陷，破坏地下水资源约22亿m3，如图6所示。充填开采作为绿色开采技术的组成部分，将煤矸石充填采空区，控制了地表矸石山的污染，同时充填体能够很好地减少顶板的移动变形，控制矿压显现；2)当前的沿空留巷技术大多是先将区段巷道掘至区段边界，贯穿上下区段巷道形成开切眼后回采煤炭资源，回采完毕将上下区段共用的区段巷道采用沿空留巷技术保留且会留下3～5m的窄煤柱，相比于本发明中采煤机割煤形成区段巷道其区段巷道需要单独掘进，会遗留小煤柱。本发明的优势在于自成巷与沿空留巷技术相结合，减少巷道掘进与工作面交替的时间，效率高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种矿山前进式充填成巷开采方法，其特征在于：采煤机割煤过程中割出区段平巷的断面，利用综合机械化固体充填技术实现充填采矿与充填自动成巷；其中充填采矿是指采用综合机械化固体充填开采方法进行资源回采和采空区全断面充填，工作面推进方向采用前进式；充填自动成巷指利用综合机械化固体充填技术在采空区侧形成充填巷帮，采用锚杆、锚索、摩擦式恒阻立柱，并对充填帮薄膜注浆密封，联合支护，区段平巷随工作面开采逐步自动形成；采区首采面的运输平巷、回风平巷均采用充填自动成巷的方法形成；接替面的一条区段平巷采用充填自动成巷的方法形成，另一条区段平巷沿用上个工作面充填自动成巷形成的平巷；同一条区段平巷继续服务下个工作面时功能不变，即若上个工作面运输平巷沿空留巷，则下个工作面继续作为运输平巷服务；若上个工作面回风平巷沿空留巷，则下个工作面继续作为回风平巷服务。
2.根据权利要求1所述的一种矿山前进式充填成巷开采方法，其特征在于：所述综合机械化固体密实充填采矿法中，首采面(5)的回采工艺与接替面ⅰ(7)、接替面ⅱ(9)的巷道成巷形式及其回采工艺不同，首采面(5)回采时，运输平巷ⅰ(4)、回风平巷ⅰ(3)采用所述充填自动成巷技术随采自动成巷，并均沿空留巷直至首采面(5)回采完毕；接替面ⅰ(7)回采时，回风平巷ⅰ(3)继续作为回风平巷服务，运输平巷ⅱ(8)采用所述充填自动成巷技术随采自动成巷；接替面ⅱ9回采时，运输平巷ⅱ(8)继续作为运输平巷服务，回风平巷ⅱ(10)采用所述充填自动成巷技术随采自动成巷。
3.根据权利要求2所述的一种矿山前进式充填成巷开采方法，其特征在于：首采面(5)的回采工艺具体包括以下步骤：
a.自采区运输上山(1)和轨道上山(2)开始向采区边界前进式回采，不留上山保护煤柱，上山按照所述充填自动成巷技术保留，采煤机骑在刮板输送机上进行割煤作业，并割出运输平巷ⅰ(4)、回风平巷ⅰ(3)的巷道断面；
b.端头暴露面积大，采用自移式端头液压支架支护，2～3架为一组，维护顶板；
c.工作面内先移架后推溜，推溜后支架与刮板输送机之间存在一个截深的距离。采煤机割煤后，支架依次随采煤机前移支护顶板，输送机随移架逐段移向矿壁，推移步距等于采煤机截深；
d.工作面内刮板运输机移直后，将多孔底卸式输送机移至充填液压支架后顶梁后部，开始充填作业；
e.充填作业同时实施运输平巷ⅰ(4)、回风平巷ⅰ(3)的充填自动成巷工艺。
4.根据权利要求1所述的一种矿山前进式充填成巷开采方法，其特征在于：接替面ⅰ(7)的回采工艺具体包括以下步骤：
a.自采区运输上山(1)和轨道上山(2)开始向采区边界前进式回采，不留上山保护煤柱，上山按照所述充填自动成巷技术保留，采煤机骑在刮板输送机上进行割煤作业，并割出运输平巷ⅱ(8)的巷道断面；
b.端头暴露面积大，采用自移式端头液压支架支护，2～3架为一组，维护顶板；
c.工作面内先移架后推溜，推溜后支架与刮板输送机之间存在一个截深的距离。采煤机割煤后，支架依次随采煤机前移支护顶板，输送机随移架逐段移向矿壁，推移步距等于采煤机截深；
d.工作面内刮板运输机移直后，将多孔底卸式输送机移至充填液压支架后顶梁后部，开始充填作业；
e.充填作业同时实施运输平巷ⅱ(8)的充填自动成巷工艺。
5.根据权利要求1所述的一种矿山前进式充填成巷开采方法，其特征在于：接替面ⅱ(9)的回采工艺具体包括以下步骤：
a.自采区运输上山(1)和轨道上山(2)开始向采区边界前进式回采，不留上山保护煤柱，上山按照所述充填自动成巷技术保留，采煤机骑在刮板输送机上进行割煤作业，并割出回风平巷ⅱ(10)的巷道断面；
b.端头暴露面积大，采用自移式端头液压支架支护，2～3架为一组，维护顶板；
c.工作面内先移架后推溜，推溜后支架与刮板输送机之间存在一个截深的距离。采煤机割煤后，支架依次随采煤机前移支护顶板，输送机随移架逐段移向矿壁，推移步距等于采煤机截深；
d.工作面内刮板运输机移直后，将多孔底卸式输送机移至充填液压支架后顶梁后部，开始充填作业；
e.充填作业同时实施回风平巷ⅱ(10)的充填自动成巷工艺。
6.根据权利要求3～5任一所述的一种矿山前进式充填成巷开采方法，其特征在于：步骤d充填作业的充填顺序由多孔底卸式输送机机尾向机头方向进行，当前一个卸料孔卸料到一定高度后，即开启下一个充填卸料孔，随即启动前一个卸料孔所在支架后部的夯实机构千斤顶推动夯实板，对已卸下的充填材料进行夯实，如此反复2～3个循环，直到夯实为止。
7.根据权利要求1所述的一种矿山前进式充填成巷开采方法，其特征在于：所述充填自动成巷指：
回采时要将采煤机割出的区段平巷沿空留巷，作为下一工作面的相同功能的区段平巷服务，其具体施工工序可分为三部分：巷道顶板支护、巷道充填帮支护以及充填帮薄膜注浆密闭，各工序平行作业，在一个采煤循环中完成；具体步骤如下：
a.当采煤机割出区段平巷断面后，推溜、移架，端头支架向前移进一个步距，搭载在端头支架后部的锚索钻机开始工作，在移架后新的钻孔位置开始施工锚杆、锚索钻孔，施工完成后紧接着进行锚杆、锚索安装；于此同时在靠采空区侧安装一排摩擦式恒阻立柱；
b.安装完摩擦式恒阻立柱后，沿充填侧边缘布置挡矸菱形金属网，将金属网用铁丝绑在立柱上，使矸石充填体形成稳定的充填侧巷帮；
c.薄膜注浆密闭：对充填巷帮进行喷浆处理，形成注浆密封段，密闭采空区；
d.上述步骤完成后，即形成区段平巷的沿空留巷自动成巷。
8.根据权利要求1所述的一种矿山前进式充填成巷开采方法及其施工方法，其特征在于：上山留巷过程中沿采空区侧布置的一排摩擦式恒阻立柱，间距是区段平巷立柱布置数的1.5倍，且沿采空区侧倾斜3～5°，其余工序与上述区段平巷沿空留巷一致。
技术总结