【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种露天煤矿端帮压煤的开采方法，具体是一种露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，属于煤矿开采。
技术介绍
1、露天煤矿开采是指由于地理变化沉积在地表或浅层的煤炭层通过直接露天采掘煤矿。由于露天煤矿可以利用较多的矿层，因此露天煤矿开采的方式相比地下煤矿开采的方式可获得较大比率的煤矿，世界约40％的煤矿生产使用露天开采方式，我国露天煤矿的煤炭产量占煤炭总产量的20％。露天煤矿开采凭借资源采出率高、生产成本低、工艺简单、安全系数高等优势，已经成为区域煤炭资源开采的首选。但由于露天开采的特性，边坡在推进至经济合理剥采比所圈定的境界后停止作业，大量无法揭露的煤炭资源将作为端帮或到界工作帮边坡的重要部分被压覆其中，这不仅造成资源浪费，而且遗留的煤炭长时间与氧气接触风化易产生自燃发火，因此需要对赋存于露天煤矿中的端帮压煤进行开采。
2、目前针对端帮压煤的采煤作业方式主要有陡帮开采法、端帮采煤机开采法、井工平巷开采法和露天-井工协调开采法。陡帮开采法在开采前需要有效控制帮坡角以使边坡具有良好的稳定性，然后在此基础上缩短边坡下侧含煤台阶的平盘宽度起到增大帮坡角的效果，从而实现对露天煤矿端帮压煤进行开采，虽然陡帮开采法可以利用先进的采煤设备、利于降低投资成本，但只适用于边坡稳定、岩体强度高的地质环境，且在使用设备的过程中调整次数较多，对生产效率有一定的影响，同时辅助工程量大，需要现场高度协调管理；端帮采煤机开采法是利用类似于矿井的房柱式采煤机的端帮采煤机实现对露天煤矿端帮压煤进行开采，虽然端帮采煤机开采法开采简单便捷、不需要
3、上述针对端帮压煤的采煤作业方式虽已取得一些进展和实际应用，但仍存在工程量大、工作面稳定性差、端帮资源回收率低、边坡稳定性不易控制等问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，能够在实现对端帮压煤进行安全高效开采的前提下实现大大提高端帮的稳定性，特别适用于对地质条件相对较差的具有松软煤层的露天煤矿端帮压煤进行开采。
2、为实现上述目的，本露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法具体包括以下步骤：
3、step1，根据待采露天煤矿端帮压煤煤层走向长度与厚度，计算并规划包括采煤通道以及位于采煤通道之间的预留煤柱的端帮压煤流态化充填开采方案，端帮压煤流态化充填开采方案采取高压密封钻杆回退式开采方式，采煤通道和预留煤柱沿端帮走向自外向内依次布置；
4、step2，端帮压煤流态化充填开采方案施工首个采煤通道，利用安装有破煤钻头的高压密封钻杆沿端帮走向向端帮立壁上打设设定深度的顺层钻孔、且破煤钻头的外径尺寸大于高压密封钻杆的外径尺寸，撤出高压密封钻杆和破煤钻头后将破煤钻头更换为水力切割喷头，然后向钻孔内重新下入安装有水力切割喷头的高压密封钻杆，利用高压水泵向高压密封钻杆内送入高压水、并通过水力切割喷头形成高压水射流冲击破碎煤体，被破碎的煤与水混合后形成煤水混合物，煤水混合物自高压密封钻杆与钻孔之间的环形通道排出至钻孔外，控制高压密封钻杆的旋转与回退移动，高压水射流破煤后使采煤通道形成水力破煤空穴；
5、step3，将煤水混合物通过管路引至振动筛进行分离，振动筛分离出的大颗粒煤输送入煤仓，振动筛分离出的含有细小颗粒煤的煤水混合物进入重介质悬流器进行分离，经重介质悬流器分离后的煤水混合物进入压滤机进行压滤，压滤分离出的滤饼送入煤仓，压滤分离出的水进入与高压水泵连通的水箱进行循环利用；
6、step4，回采完毕首个水力破煤空穴后，间隔预留煤柱的预留宽度后进行下一个采煤通道的开采工作，同时利用充填材料对水力破煤空穴进行充填；
7、step5，依此类推，重复step1至step4，完成在具有预留煤柱支撑条件下的端帮压煤开采以及水力破煤空穴的充填作业，待位于端帮走向最内侧的采煤通道回采完毕后，利用充填材料对位于端帮走向最内侧的水力破煤空穴进行充填的同时，在已充填干化后的水力破煤空穴之间的预留煤柱上进行采煤通道的开采工作，直至所有的预留煤柱回采并充填完毕。
8、作为本专利技术的进一步改进方案，step1端帮压煤流态化充填开采方案中预留煤柱的预留宽度计算过程如下：
9、对现场端帮煤体进行采样、并通过岩石直剪试验得到煤体剪切过程中的应力-应变曲线，根据摩尔-库伦准则得到端帮煤体试样的粘聚力和内摩擦角的关系如下：
10、
11、式中：σf为垂直于剪切面的法向应力；τ为抗剪强度；c为煤体粘聚力；为煤体内摩擦角；
12、在预留煤柱宽度方向上，预留煤柱实际承受的载荷为：
13、
14、式中：a为预留煤柱宽度；b为采煤通道宽度；γ为上覆岩层平均容重；h为上覆岩层平均厚度；
15、根据摩尔-库伦屈服准则，预留煤柱承受的垂直应力σ1为：
16、
17、式中：σ1为预留煤柱承受的垂直应力；σ3为侧向应力；
18、基于预留煤柱应力分布的对称性，在预留煤柱边缘侧向应力σ3＝0，屈服区侧向应力σ3由外向里渐增至与核区交界处时为最大，一旦核区内部应力达到峰值应力则核区弹性状态逐渐消失、预留煤柱失稳，此时σ3＝λγh，对应的预留煤柱承受的最大垂直应力σ1,max为
19、
20、式中：λ为煤层侧压系数；
21、预留煤柱临界失稳时，预留煤柱所受最大垂直应力等于预留煤柱极限强度σzl，则预留煤柱发生突变失稳临界条件如下：
22、
23、预留煤柱一侧塑性屈服区宽度为：
24、
25、式中：h为煤层厚度；
26、联立上式①至⑥，求得预留煤柱的预留宽度。
27、作为本专利技术的进一步改进方案，step1端帮压煤流态化充填开采方案中采煤通道的宽度计算过程如下：
28、根据流体两点间的连续性方程：
29、ρsava＝ρsbvb ⑦
30、式中：ρ为流体密度；sa，sb分别为喷嘴内外侧截面积；va，vb分别为喷嘴内外射流流速；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，其特征在于，Step1端帮压煤流态化充填开采方案中预留煤柱的预留宽度计算过程如下：
3.根据权利要求1所述的露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，其特征在于，Step1端帮压煤流态化充填开采方案中采煤通道的宽度计算过程如下：
4.根据权利要求1所述的露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，其特征在于，Step2中，顺层钻孔打设完成后，先将破煤钻头更换为扩孔钻头后对钻孔的孔口位置进行扩孔，然后在扩孔位置下入并固定安装孔口密封单元，孔口密封单元是内径尺寸大于高压密封钻杆外径尺寸的管型结构，孔口密封单元的后管段通过支撑密封环与高压密封钻杆同轴密闭安装连接，孔口密封单元位于支撑密封环前方的管段上设有水煤排出口，孔口密封单元位于水煤排出口前方的管段内壁与高压密封钻杆之间形成环形水煤流通通道，固定安装孔口密封单元后，再向钻孔内重新下入安装有水力切割喷头的高压密封钻杆进行水力开采。
5.根据权利要求1所述的露天煤矿端帮
6.根据权利要求1所述的露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，其特征在于，Step4中对水力破煤空穴进行充填时，在若干个已充填的水力破煤空穴之间保留不进行充填作业的永久采煤空穴。
7.根据权利要求1所述的露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，其特征在于，Step4中利用充填材料对水力破煤空穴进行充填时，充填材料包括露天煤矿内排土场渣土及高压水射流开采中产生的矸石、煤泥等副产物，将充填材料破碎至不同粒径后与设定掺量的水泥、粉煤灰等胶凝材料混合，形成渣土-煤泥水基胶结充填材料。
...【技术特征摘要】
1.一种露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，其特征在于，step1端帮压煤流态化充填开采方案中预留煤柱的预留宽度计算过程如下：
3.根据权利要求1所述的露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，其特征在于，step1端帮压煤流态化充填开采方案中采煤通道的宽度计算过程如下：
4.根据权利要求1所述的露天煤矿端帮压煤流态化充填开采方法，其特征在于，step2中，顺层钻孔打设完成后，先将破煤钻头更换为扩孔钻头后对钻孔的孔口位置进行扩孔，然后在扩孔位置下入并固定安装孔口密封单元，孔口密封单元是内径尺寸大于高压密封钻杆外径尺寸的管型结构，孔口密封单元的后管段通过支撑密封环与高压密封钻杆同轴密闭安装连接，孔口密封单元位于支撑密封环前方的管段上设有水煤排出口，孔口密封单元位于水煤排...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙昭熹，刘应科，殷凌霄，钮月，孙彦博，蒋名军，袁满，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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