CN102425453A - 一种小窑破坏区域充填规模化复采方法 - Google Patents

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吴吉南
周保精
朱建明
徐金海
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Abstract

本发明属采煤技术领域，涉及一种小窑破坏区域充填规模化复采方法，主要适用于受小窑采空区破坏的区域煤炭资源的回收。工艺过程为：通过物探、钻探、巷探等手段对小窑采空区进行探测→掌握小窑采空区的分布、大小、存在的隐患→确定截割层厚度与强度→确定承载关键层厚度与强度→施工灌浆钻孔→施工排气钻孔→灌浆充填→小窑破坏区域复采。有益效果是，能最大限度地回收小窑破坏区遗留的煤炭资源，延长了矿井服务年限。

Description

一种小窑破坏区域充填规模化复采方法
技术领域
本发明属于采煤技术领域，涉及一种小窑破坏区域充填规模化复采方法。
背景技术
在我国内蒙古、山西和陕西等西北省份存在许多小煤窑开采对大型井田优质煤炭资源的破坏。近几年来国家采取积极措施，关闭了大量的小煤窑，据统计仅山西省2005～2008年就共关闭淘汰小煤窑3300座，但遗留的小煤窑采空区给矿山的安全生产带来极大的不便，严重影响了工作面的合理布置。小煤窑开采煤炭资源回收率很低，普遍在10% ～15%之间，小窑破坏区域遗留大量优质煤炭资源，经过小煤窑破坏后的煤层，大矿很难回收，给国家煤炭资源以及生态环境带来严重的破坏，现有的小窑采空区复采技术还没能形成系统的方法进行指导生产实践。
发明内容
本发明主要是解决现有小窑采空区复采技术中的问题，提供一种确保包含小窑采空区的工作面能够安全正常回采，最大限度地回收小窑破坏区域遗留的煤炭资源的小窑破坏区域充填规模化复采方法。
本发明为解决上述技术问题而采取的技术方案是：
一种小窑破坏区域充填规模化复采方法，通过物探、钻探、巷探等手段对小窑采空区进行探测→掌握小窑采空区的分布、大小、存在的隐患→确定截割层厚度与强度→确定承载关键层厚度与强度→施工灌浆钻孔→施工排气钻孔→灌浆充填→小窑破坏区域复采。
该方法具体工艺步骤如下：
1）探测：对小窑采空区进行探测，掌握小窑采空区的分布、内部空间大小、层位、存在的安全隐患情况，为隐患处理和灌浆充填、复采掌握现场资料；
2）修护：对需要行人的小窑巷道进行安全隐患处理和修护，以保证施工人员的安全；
3）层位灌浆：灌浆厚度的确定：根据工作面采高和公式计算分别确定灌浆充填的截割层和关键承载层的厚度；
4）灌浆钻孔施工：从经过修护处理的小窑巷道向采空区钻孔，根据不同的灌浆层位构建多个灌浆、排气钻孔，在钻孔中埋设灌浆管； 
5）采空区封闭： 采用密闭墙将探测清楚的小窑采空区进行封闭；
6）灌浆充填：通过灌浆管道向采空区分层灌浆充填；
7）布置正规工作面安全复采。
所述的小窑破坏区域复采的复采工艺与技术为：
（1）放煤：工作面在小窑采空区周围20m内不放煤，其他范围正常放煤，见矸关门；
（2）降低采高：根据工作面液压支架的最优性能曲线范围，采取支架最小有效支护高度通过小窑采空区；
（3）超前移架及时支护；
（4）带压擦顶移架。
所述的分层灌浆充填是指：在采空区内将充填层位分为截割层和关键承载层分别灌浆；所述的关键承载层为用于确保工作面保持稳定所需要的厚度和强度，该充填体的稳定性要使工作面能够安全通过小窑采空区；具体方法是：
1）计算承载关键层的厚度，采用量纲分析和回归分析方法得到保持工作面再生顶板不被破坏的承载关键层的最小厚度，计算公式为：
           
式中：hs再生顶板不发生震坍破坏的最小厚度(m)；K安全系数，取值1.1～1.2 ；d冲击体直径，取值为工作面最大空顶距(m)；υ冲击速度(m/s)；R充填体单轴抗压强度MPa； Ms冲击体质量kg；
2）在灌浆管周围布置多个钻孔，在钻孔中安装排气管，各排气管终点布置在不同的灌浆层位高度；
3）分层充填
先用截割层充填材料充填截割层，其强度便于采煤机截割、保证煤壁不片帮即可；截割层的高度为工作面采高；再用关键承载层充填材料充填关键承载层，其充填体强度根据支架顶板比压及小窑采空区赋存条件确定；关键承载层上方空间不充填。
所述的截割层的充填材料配比强度为2～3Mpa。
所述的关键承载层的充填材料配比强度为4～5Mpa。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明根据复采工作面对顶板和煤壁区稳定性的要求，采用分层灌浆充填方法处理小窑采空区形成再生顶板，充填后的再生顶板强度和整体稳定性都满足工作面回采时顶板和煤壁区的稳定性要求，确保小窑破坏区域复采工作面安全、高效回采；
2、处理小窑采空区后工作面可以连续、快速通过小窑采空区破坏区域。
3、复采工序简单，无系统改造影响，提高了综放工作面的生产效率，最大限度地回收小窑破坏区域遗留的煤炭资源，延长了矿井服务年限。
附图说明
图1 是工作面内小窑采空区分布及密闭墙位置图；
图2 是小窑采空区钻孔及灌浆布置方式图；
图3是小窑采空区内部空间结构图；
图4是分层灌浆后进行回收小窑破坏区域遗留资源操作示意图。
图中：1—小窑采空区，2—密闭墙，3—小窑巷道，4—灌浆管，5—关键承载层，6—截割层，7—液压支架，8—工作面切眼，9—工作面辅运巷，10—工作面主运巷，11—排气管。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4所示，一种小窑破坏区域充填规模化复采方法，通过物探、钻探、巷探等手段对小窑采空区进行探测→掌握小窑采空区的分布、大小、存在的隐患→确定截割层厚度与强度→确定承载关键层厚度与强度→施工灌浆钻孔→施工排气钻孔→灌浆充填→小窑破坏区域复采。
该方法具体工艺步骤如下：
1）探测：对小窑采空区进行探测，掌握小窑采空区的分布、内部空间大小、层位、存在的安全隐患情况，为隐患处理和灌浆充填、复采掌握现场资料；
2）修护：对需要行人的小窑巷道进行安全隐患处理和修护，以保证施工人员的安全；
3）层位灌浆：灌浆厚度的确定：根据工作面采高和公式计算分别确定灌浆充填的截割层和关键承载层的厚度；
4）灌浆钻孔施工：从经过修护处理的小窑巷道3向采空区1钻孔，根据不同的灌浆层位构建多个灌浆、排气钻孔，在钻孔中埋设灌浆管4； 
5）采空区1封闭： 采用密闭墙2将探测清楚的小窑采空区1进行封闭；
6）灌浆充填：通过灌浆管4道向采空区1分层灌浆充填；
7）布置正规工作面安全复采。
所述的小窑破坏区域复采的复采工艺与技术为：
（1）放煤：工作面在小窑采空区1周围20m内不放煤，其他范围正常放煤，见矸关门；
（2）降低采高：根据工作面液压支架7的最优性能曲线范围，采取支架最小有效支护高度通过小窑采空区；
（3）超前移架及时支护；
（4）带压擦顶移架。
所述的分层灌浆充填是指：在采空区内将充填层位分为截割层6和关键承载层5分别灌浆；所述的关键承载层5为用于确保工作面保持稳定所需要的厚度和强度，该充填体的稳定性要使工作面能够安全通过小窑采空区；具体方法是：
1）计算承载关键层的厚度，采用量纲分析和回归分析方法得到保持工作面再生顶板不被破坏的承载关键层5的最小厚度，计算公式为：
           
式中：hs再生顶板不发生震坍破坏的最小厚度(m)；K安全系数，取值1.1～1.2 ；d冲击体直径，取值为工作面最大空顶距(m)；υ冲击速度(m/s)；R充填体单轴抗压强度MPa； Ms冲击体质量kg；
2）在灌浆管周围布置多个钻孔，在钻孔中安装排气管11，各排气管11终点布置在不同的灌浆层位高度；
3）分层充填
先用截割层充填材料充填截割层6，其强度便于采煤机截割、保证煤壁不片帮即可；截割层6的高度为工作面采高；再用关键承载层充填材料充填关键承载层5，其充填体强度根据支架顶板比压及小窑采空区1赋存条件确定；关键承载层5上方空间不充填。
　所述的截割层6的充填材料配比强度为2～3Mpa。
所述的关键承载层5的充填材料配比强度为4～5Mpa。

Claims (6)

1.一种小窑破坏区域充填规模化复采方法，其特征是：通过物探、钻探、巷探等手段对小窑采空区进行探测→掌握小窑采空区的分布、大小、存在的隐患→确定截割层厚度与强度→确定承载关键层厚度与强度→施工灌浆钻孔→施工排气钻孔→灌浆充填→小窑破坏区域复采。
2.依据权利要求1所述的一种小窑破坏区域充填规模化复采方法，其特征是：该方法具体工艺步骤如下：
1）探测：对小窑采空区（1）进行探测，掌握小窑采空区（1）的分布、内部空间大小、层位、存在的安全隐患情况，为隐患处理和灌浆充填、复采掌握现场资料；
2）修护：对需要行人的小窑巷道（3）进行安全隐患处理和修护，以保证施工人员的安全；
3）层位灌浆：灌浆厚度的确定：根据工作面采高和公式计算分别确定灌浆充填的截割层（6）和关键承载层（5）的厚度；
4）灌浆钻孔施工：从经过修护处理的小窑巷道（3）向采空区（1）钻孔，根据不同的灌浆层位构建多个灌浆、排气钻孔，在钻孔中埋设灌浆管（4）； 
5）采空区（1）封闭： 采用密闭墙（2）将探测清楚的小窑采空区（1）进行封闭；
6）灌浆充填：通过灌浆管（4）向采空区（1）分层灌浆充填；
7）布置正规工作面安全复采。
3.根据权利要求1所述的一种小窑破坏区域充填规模化复采方法，其特征是：所述的小窑破坏区域复采的复采工艺与技术为：
（1）放煤：工作面在小窑采空区（1）周围20m内不放煤，其他范围正常放煤，见矸关门；
（2）降低采高：根据工作面液压支架（7）的最优性能曲线范围，采取支架最小有效支护高度通过小窑采空区；
（3）超前移架及时支护；
（4）带压擦顶移架。
4.根据权利要求1所述的一种小窑破坏区域充填规模化复采方法，其特征是：所述的分层灌浆充填是指：在采空区内将充填层位分为截割层（6）和关键承载层（5）分别灌浆；所述的关键承载层（5）为用于确保工作面保持稳定所需要的厚度和强度，该充填体的稳定性要使工作面能够安全通过小窑采空区（1）；具体方法是：
1）计算承载关键层的厚度，采用量纲分析和回归分析方法得到保持工作面再生顶板不被破坏的承载关键层（5）的最小厚度，计算公式为：
           
式中：hs再生顶板不发生震坍破坏的最小厚度(m)；K安全系数，取值1.1～1.2 ；d冲击体直径，取值为工作面最大空顶距(m)；υ冲击速度(m/s)；R充填体单轴抗压强度MPa； Ms冲击体质量kg；
2）在灌浆管（4）周围布置多个钻孔，在钻孔中安装排气管（11），各排气管（11）终点布置在不同的灌浆层位高度；
3）分层充填
先用截割层充填材料充填截割层（6），其强度便于采煤机截割、保证煤壁不片帮即可；截割层（6）的高度为工作面采高；再用关键承载层充填材料充填关键承载层（5），其充填体强度根据支架顶板比压及小窑采空区（1）赋存条件确定；关键承载层（5）上方空间不充填。
5.根据权利要求3所述的一种小窑破坏区域充填规模化复采方法，其特征是：所述的截割层（6）的充填材料配比强度为2～3Mpa。
6.根据权利要求3所述的一种小窑破坏区域充填规模化复采方法，其特征是：所述的关键承载层（5）的充填材料配比强度为4～5Mpa。
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