一种采空区分步式充填方法 |
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| 申请号 | CN202410044535.2 | 申请日 | 2024-01-11 | 公开(公告)号 | CN117868973A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 中煤科工西安研究院(集团)有限公司; | 发明人 | 贾立龙; 孙四清; 陈崇枫; 武博强; 杜天林; 朱世彬; 张跃宏; 祁玉宁; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种采空区分步式充填方法，包括在综采工作面内沿回采方向完成第一采支段的 煤 层回采作业和井下 支撑 体构建作业；完成与第一采支段相连的第一回采段的 煤层 回采作业；完成与第一采空空间相连的第二采支段的煤层回采作业和井下支撑体构建作业；完成与第二采支段相连的第二回采段的煤层回采作业；以此类推，直至完成综采工作面内所有采支段的井下支撑体构建作业和所有回采段的煤层回采作业，得到多个井下支撑体和采空空间；通过注浆钻孔对采空空间实施地面注浆充填作业。本发明方法结合了井下构筑支撑体充填和地面注浆充填，实现了采空区的分步式充填，有效避免了井下一次性整体充填带来的充填时间长、煤炭开采效率低的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种采空区分步式充填方法，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种采空区分步式充填方法技术领域背景技术[0002] 在煤矿开采过程中，上覆岩层大面积临空直至发生破断，同时裂隙不断向上发育，最终形成“竖三带”。这不利于地表水土保持，不符合生态环境保护的发展理念，同时地表的沉降对上面建筑物也会造成不同程度的损坏。充填开采技术通过向采空区或离层空间充注不同材料，从而对上覆岩层起到支撑保护作用，避免地表沉降，从而有效解决开采活动带来的负面影响。目前已经发展了不同模式的充填开采技术，包括离层注浆、矸石充填、建筑固废充填、高水材料充填、超高水材料充填等。其中，高水材料和超高水材料形成的充填体强度较高，后期压缩性小，对地表的控沉效果较好，但是现有技术中通常采用井下一次性整体充填的作业模式，其缺陷在于：充填时间长、工人的工作强度大且煤炭开采效率低，导致综采工作面的充填过程作业效率低，间接影响了综采工作面的产能。 发明内容[0003] 本发明的目的在于，提供一种采空区分步式充填方法，以解决现有技术中井下一次性整体充填存在的充填时间长、充填过程作业效率低的技术问题。 [0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决： [0005] 一种采空区分步式充填方法，包括以下步骤： [0006] 步骤1，在综采工作面内沿回采方向完成第一采支段的煤层回采作业，之后完成第一采支段的条带式支撑体构建作业； [0007] 步骤2、完成与第一采支段相连的第一回采段的煤层回采作业，得到第一采空空间； [0008] 步骤3、完成与第一采空空间相连的第二采支段的煤层回采作业，然后完成第二采支段的条带式支撑体构建作业； [0009] 步骤4、完成与第二采支段相连的第二回采段的煤层回采作业，得到第二采空空间； [0010] 步骤5、以此类推，直至完成综采工作面内所有采支段的井下支撑体构建作业和所有回采段的煤层回采作业，得到多个井下支撑体和采空空间； [0011] 步骤6、完成对所有采空空间的地面注浆充填作业，具体包括： [0013] 本发明还具有以下技术特征： [0014] 具体的，沿综采工作面长度方向的注浆钻孔间距为12～16m。 [0015] 更进一步的，所述步骤1具体包括以下子步骤： [0016] 步骤1.1、在综采工作面的第一采支段内沿回采方向，完成一定距离的煤层回采作业，然后在回采作业形成的采空区域内构建条带式支撑体； [0017] 步骤1.2、在步骤1.1构建的条带式支撑体的凝固强度达到0.1Mpa后，继续在综采工作面的第一采支段内沿回采方向，完成一定距离的煤层回采作业，然后在回采作业形成的采空区域内构建条带式支撑体； [0018] 步骤1.3、在步骤1.2构建的条带式支撑体的凝固强度达到0.1Mpa后，继续在综采工作面的第一采支段内沿回采方向，完成一定距离的煤层回采作业，然后在回采作业形成的采空区域内构建条带式支撑体；在构建的条带式支撑体的凝固强度达到0.1Mpa后，完成第一采支段内井下支撑体构建作业。 [0019] 更进一步的，步骤1.1所述的一定距离为4～6米。 [0020] 更进一步的，步骤1.2所述的一定距离均为4～6米。 [0021] 相较于现有技术，本发明的有益效果如下： [0022] 本发明将综采工作面的采空区充填作业分为两步，采支段的充填作业主要利用井下充填系统构筑井下支撑体来实现，相邻井下支撑体之间的采空空间的充填则通过地面充填系统实现，从而有效避免了井下一次性整体充填带来的充填时间长、煤炭开采效率低的问题，能大幅度降低工人的工作强度和作业时间，从而实现与综采工作面的采煤作业协调的高效充填过程，显著提升了综采工作面的产能。附图说明 [0023] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作详细描述。 [0024] 图1是实施例1中构筑的条带式支撑体与采空空间的示意图； [0025] 图2是实施例1的地面充填作业示意图； [0026] 图3是实施例1的充填作业效果图。 [0027] 图中标号含义如下： [0028] 1‑煤层开采直接顶板垮落堆积体，2‑采空空间，3‑条带式支撑体，4‑注浆钻孔，5‑注浆浆料。 具体实施方式[0029] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，以便本领域的技术人员更好的理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。 [0030] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、底、顶”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外””是指以相应附图的轮廓为基准定义的。 [0031] 需要说明的是，本发明中所用的井下和地面开采充填作业设备均为现有技术中已有的设备。本发明所用的充填浆料主要以煤矸石、建筑垃圾、粉煤灰等固废为充填料，实现充填控制采空区上覆岩层沉降的同时又解决固废污染问题。 [0032] 下面对本发明所涉及的技术术语加以解释： [0033] 采支作业：指在工作面开始回采作业中，沿回采方向，回采设计距离后停止采煤，然后在回采产生的采空空间内，通过井下作业方式构建支撑条带或支撑柱体。 [0034] 开采段内条带式支撑体用于占据整个开采段内的采空空间。 [0035] 本发明的方法以减少随回采作业同步进行的井下充填作业的工作量和作业时间为核心目的，通过将充填作业分为井下充填和地面充填的两个阶段，有效提高了充填效率，满足了高产满足高产矿井充填开采需求。 [0036] 实施例1 [0037] 遵从上述技术方案，如图1～图3所示，本实施例以某煤矿为例，煤层埋深320～400m，工作面宽度为150m，长度为1800m，煤层平均厚度为3.5m，煤层倾角小于5°，工作面煤层一次采全高，工作面煤层上方分布厚度1至3m泥岩类直接顶板，直接顶板岩层强度低，随着煤层回采垮落落入采空区，直接顶岩层上方分布有稳定的砂岩老顶。每日回采进尺4m，周期来压步距为18‑25米。 [0038] 本实施例采用采空区分步式充填方法，具体包括以下步骤： [0039] 步骤1，在综采工作面内沿回采方向完成第一采支段的煤层回采作业，之后完成第一采支段的井下支撑体构建作业； [0040] 第一采支段沿工作面长度方向的采煤进尺为12米，其内构筑的充填体强度5～6Mpa；用于构建第一充填体的充填料浆的浓度为70％～75％、充填料浆的有效流动距离(有效覆盖范围)为70～80米。 [0041] 具体包括以下子步骤： [0042] 步骤1.1、在综采工作面的第一采支段内沿回采方向进行煤层回采作业，完成4m的采煤进尺；在回采作业形成的采空区域内构建条带式支撑体 [0043] 步骤1.2、在条带式支撑体的凝固强度达到0.1Mpa后，继续在综采工作面的第一采支段内沿回采方向，完成4m的煤层回采作业，然后在回采作业形成的采空区域内构建条带式支撑体， [0044] 步骤1.3、在条带式支撑体的凝固强度达到0.1Mpa后，继续在综采工作面的第一采支段内沿回采方向，完成4m的煤层回采作业，然后在回采作业形成的采空区域内构建条带式支撑体，至此完成沿工作面长度方向的宽度为12米，沿工作面宽度方向的长度为150米的第一采支段的井下支撑体构建作业。 [0045] 步骤2、完成与第一采支段相连的第一回采段的煤层回采作业，得到第一采空空间；在第一回采空间的地面上存在煤层开采直接顶板垮落堆积体。 [0046] 步骤3、完成与第一采空空间相连的第二采支段的煤层回采作业，然后按照步骤1.1～步骤1.3的作业方式，完成第二采支段的井下支撑体构建作业； [0047] 步骤4、完成与第二采支段相连的第二回采段的煤层回采作业，得到第二采空空间； [0048] 步骤5、以此类推，直至完成综采工作面内所有采支段的井下支撑体构建作业和所有回采段的煤层回采作业，得到多个井下支撑体和采空空间； [0049] 本实施例中，整个综采工作面施工完成后，共计完成64个支撑条带构筑作业，并最终形成64个采空空间。 [0050] 步骤6、本实施例中，在完成第16个采空空间后，在第1个至第16个采空空间上方中心位置对应的地表上施工了第一个注浆钻孔群，每个采空空间连通2个钻孔，共施工32个注浆钻孔。 [0051] 在施工得到第32个采空空间后，在第17个至第32个采空空间上方中心位置对应的地表上施工第二个注浆钻孔群，共施工32个注浆钻孔。 [0052] 继续施工至完成64个采空空间所对应的注浆钻孔群的布置，总工布置4个注浆钻孔群，每个注浆钻孔群包括32个钻孔，每个采空空间连通两个注浆管道。 [0053] 与煤矿井下常规膏体充填接顶相比，本实施例中形成了由支撑条带和地面采空空间注浆充填共同构成的、对整个工作面上覆岩层进行支撑的充填体，支撑效果更好，能保证对采空区覆岩沉降的有效控制。 [0054] 采用本实施例公开的方法能够大幅度缩短井下充填时间、提高年充填开采产煤量。 [0055] 采用本实施例提供的分步式充填方法，条带式支撑体间的采空空间充填无需与采煤作业接续，将沿工作面长度方向一半长度的煤层回采后的充填作业环节由井下接续采煤依次充填转变为地面延后充填，避免了充填作业必须停止采煤作业的限制。 [0056] 而采用本发明方法，一个完整循环包括回采12m距离煤层和构建12m宽度柱体式充填体，完成一个完整循环所需时间为104h。 [0057] 完成1500m长度工作面的煤层回采和柱体式充填作业，需要约94个作业循环，共耗时406天，以综采工作面每年工作时长330天计，换算年充填开采产煤量约100万t。 [0058] 对比例1 [0059] 本对比例对相同工况的煤矿进行充填，区别在于，采用现有的膏体充填方式，所有煤层回采和采空区充填作业均按照采煤‑停采‑充填‑采煤‑停采‑充填的顺序依次开展，采煤的同时无法开展充填作业。 [0060] 每日采煤进尺4m，完成4m采煤作业后，需24h时间进行充填作业，采煤和充填作业构成一个完整循环，完成一个完整循环所需的时间为40h，完成1500m长度工作面的煤层回采和充填作业，需要约375个作业循环，共耗时625天。以综采工作面每年工作时长330天计，换算年充填开采产煤量约65万t。 [0061] 由实施例1和对比例1可以看出： [0062] 采用实施例1公开的分布式充填方法，产煤量比常规膏体充填技术提升了54％。 [0063] 综上所述，本实施例中，将综采工作面的采空区充填作业分为两步，采支段的充填作业主要利用井下充填系统构筑井下支撑体来实现，相邻井下支撑体之间的采空空间的充填则通过地面充填系统实现，从而有效避免了井下一次性整体充填带来的充填时间长、煤炭开采效率低的问题，能大幅度降低工人的工作强度和作业时间，从而实现与综采工作面的采煤作业协调的高效充填过程，显著提升了综采工作面的产能。 |
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