CN102704933B - 采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法 - Google Patents
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Abstract
一种采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法，将采区划分为若干个采煤工作面，采煤工作面之间留设隔离煤柱，依次在若干个采煤工作面上方的地表向煤层方向施工若干组注浆钻孔，每组注浆钻孔为主、辅2个注浆钻孔，主注浆钻孔的终孔深度位于煤层上方15～40倍煤层采高；辅注浆钻孔的终孔深度位于主注浆钻孔终孔深度上方30～50m处；当采煤工作面开采至距主或辅注浆钻孔10～30m时，通过主或辅注浆钻孔向采煤工作面上方岩层中的离层带内注入粉煤灰浆体，直至完成采区隔离注浆充填采煤。适用于建筑物下压煤开采，采出率高、充填与采煤干扰小、充填成本低、沉陷控制效果好，能够实现充分采动条件下不迁村采煤。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿开采沉陷控制方法，尤其是一种适用于建筑物下采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法。
背景技术
建筑物下压煤开采一直是困扰我国煤矿企业的重大问题，尤其是村庄下压煤开采。随着部分矿区资源逐渐枯竭，村庄压煤问题愈发突出；特别是在经济相对发达地区，由于土地资源紧张、征迁费用提高，不搬迁开采建筑物下压煤势在必行。建筑物（村庄）压煤的成功开采，对提高煤炭资源利用率、缓解矿井资源紧张局面意义重大。
传统的建筑物下压煤问题解决方法有留设保护煤柱、条带开采、离层注浆充填、采空区充填（如矸石充填、膏体充填、高水材料充填等）。留设保护煤柱方法虽然能够解决地表沉陷问题，但无法回收建筑物下压煤，造成大量煤炭损失；条带开采的缺点是回采率低（一般小于50%）、资源浪费严重，而且巷道掘进率高、生产效率低，制约着煤矿高产高效发展；传统的离层注浆充填，仅在非充分开采时（即开采区域尺寸较小）减沉效果较好，其缺点是无法在相邻多工作面开采时取得理想的减沉率，即注浆充填开采第一个工作面时减沉效果较好，而开采相邻第二个工作面时减沉率有限甚至出现注浆困难从而导致失败的情况；采空区充填在解决部分矿井建筑物下压煤问题的同时也显示出局限与不足之处，例如，充填系统初期投资大、充填体接顶性差、充填材料价格高、充填与采煤干扰大、充填采煤效率低等。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种方法简单、煤炭采出率高、充填与采煤干扰小、充填成本低、沉陷控制效果好的采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法。
技术方案：本发明的采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法，包括如下步骤：
（1）将采区划分为若干个采煤工作面，采煤工作面之间留设隔离煤柱，在保证覆岩主关键层不发生破断的情况下确定采煤工作面的开采宽度l为100～200m，在保证相邻工作面注浆充填开采后隔离煤柱具有足够稳定性的条件下设定隔离煤柱的宽度b为40～80m；
（2）在采煤工作面开采之前，依次在若干个采煤工作面上方的地表向煤层方向施工若干组注浆钻孔，每组注浆钻孔为一个主注浆钻孔和一个辅注浆钻孔，同一个采煤工作面内相邻两组注浆钻孔之间的距离为100～200m；
所述主注浆钻孔的终孔深度位于煤层上方15～40倍煤层采高；
所述辅注浆钻孔的终孔深度位于主注浆钻孔终孔深度上方30～50m处；
（3）按常规开采工艺逐一对所有采煤工作面进行开采，当采煤工作面开采至距主注浆钻孔10～30m时，通过主注浆钻孔向采煤工作面上方岩层中的离层带内注入粉煤灰浆体；当采煤工作面开采至距辅注浆钻孔10～30m时，通过辅注浆钻孔向采煤工作面上方岩层中的离层带内注入粉煤灰浆体，如此循环，直至完成采区隔离注浆充填采煤。
有益效果：本发明适用于建筑物下压煤开采，通过设计合理的采煤工作面宽度，并留设适当的隔离煤柱实现相邻多工作面注浆充填并保证采动覆岩结构的稳定性，减沉率明显增大，解决了以往的离层注浆充填在相邻工作面开采时注浆失败的问题，能够实现相邻多工作面充分采动条件下不迁村采煤；与传统的条带开采相比，采出率大大提高、工作面宽度增加、巷道掘进率降低，能实现工作面高产高效；与采空区膏体充填、矸石充填等全部充填技术相比，充填系统建设周期短、初期投资少、采煤与充填相互干扰少、充填成本低，对“工作面间因构造而必须留设保护煤柱的采区”、“村庄位于采区边界导致部分压煤的采区”、“采区煤层赋存不稳定造成迁村采煤具有经济风险的采区”等条件下不迁村采煤具有更好的适应性。煤炭采出率高（面积采出率达80%）、充填与采煤干扰小、充填系统简单、充填成本低、沉陷控制效果好，能够将煤层开采导致的地表沉陷控制在允许范围之内，并且能够适用于大面积开采。
附图说明
图1 是本发明的采区工作面划分平面示意图；
图2 是本发明的注浆钻孔布置平面示意图；
图3 是本发明的采动覆岩分区隔离注浆充填采煤剖面示意图。
图中：1－采煤工作面；2－隔离煤柱；3－主注浆钻孔；4－辅注浆钻孔；5－地表；6－岩层；7－离层带；8－煤层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述：
本发明的采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法，根据建筑物压煤区域的地质条件，对采区的开采尺寸参数进行设计，通过设计合理的采煤工作面宽度并留设一定宽度的隔离煤柱控制相邻采煤工作面均处于非充分采动状态，充分利用上覆岩层结构的自承载能力，同时在采煤工作面开采过程中从地面施工钻孔向覆岩离层带进行注浆充填形成注浆充填承载体，转移减轻隔离煤柱承担的覆岩载荷，限制采动覆岩结构的弯曲下沉量，减缓地表沉陷。具体做法是：首先将采区划分为若干个采煤工作面1，在采煤工作面1之间留设隔离煤柱2，在保证覆岩主关键层不发生破断的情况下确定采煤工作面1的开采宽度l为100～200m，在保证相邻工作面注浆充填开采后隔离煤柱2具有足够稳定性的条件下设定隔离煤柱2的宽度b为40～80m；在采煤工作面1开采之前，依次在若干个采煤工作面1上方的地表5向煤层8方向施工若干组注浆钻孔，每组注浆钻孔为一个主注浆钻孔3和一个辅注浆钻孔4，同一个采煤工作面1内相邻两组注浆钻孔之间的距离为100～200m；所述主注浆钻孔3的终孔深度位于煤层8上方15～40倍煤层采高；所述辅注浆钻孔4的终孔深度位于主注浆钻孔3 终孔深度上方30～50m处；按常规开采工艺逐一对所有采煤工作面1进行开采，当采煤工作面1开采至距主注浆钻孔10～30m时，通过主注浆钻孔3向采煤工作面1上方岩层6中的离层带7内注入粉煤灰浆体；当采煤工作面1开采至距辅注浆钻孔10～30m时，通过辅注浆钻孔4向采煤工作面1上方岩层6中的离层带7内注入粉煤灰浆体，如此循环，直至完成采区隔离注浆充填采煤。
结合某矿104采区实例作具体说明：
1、划分采煤工作面1和留设隔离煤柱2。根据104采区地层的地质信息，确定覆岩主关键层，并通过地质信息数据计算出主关键层不发生破断时对应的工作面宽度为180m，为安全起见留一定的富裕系数，取采煤工作面1宽度为150m，保证注浆充填后在工作面中部能形成1/3采宽（即50m）的压实区域，此时采煤工作面1开采相当于开采50m并留设50m煤柱，按照极限强度理论，取1.5倍的安全系数可以保证隔离煤柱2具有稳定性，得出隔离煤柱2的宽度为45m。因此，104采区共划分为2个采煤工作面1，编号为1042、1044，中间留设45m宽的隔离煤柱2；
2、施工地面钻孔。开采前，在1044采煤工作面1的上方施工2组地面钻孔，每组地面钻孔为主辅2个注浆钻孔。主注浆钻孔3终孔位置距煤层高度90m，辅注浆孔4终孔位置距煤层高度120m；各注浆钻孔均位于1044采煤工作面1中部，第一组主注浆钻孔3、辅注浆钻孔4距采煤工作面1起始开采位置的距离分别为100m、150m；第二组注浆钻孔距第一组注浆钻孔的距离为150m，即第二组主注浆钻孔3、辅注浆钻孔4距采煤工作面1起始开采位置的距离分别为250m、300m。按照同样的方法，在1042采煤工作面1的上方施工2组地面钻孔，每组地面钻孔为主辅2个注浆钻孔，钻孔位置及深度参数与1044采煤工作面1钻孔相同；
3、用常规的综合机械化采煤工艺开采1044采煤工作面1，开采过程中，当1044采煤工作面1开采至距主或辅注浆钻孔20m时，通过主或辅注浆钻孔向1044采煤工作面1上方岩层6中的离层带7注入粉煤灰浆体；1044采煤工作面1开采完毕后，按照同样的方式完成1042采煤工作面1开采。
Claims (1)
1. 一种采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法，按常规开采工艺逐一对所有采煤工作面(1)进行开采，当采煤工作面(1)开采至距主注浆钻孔(3) 10～30m时，通过主注浆钻孔(3)向采煤工作面(1)上方岩层(6)中的离层带(7)内注入粉煤灰浆体；当采煤工作面(1)开采至距辅注浆钻孔(4)10～30m时，通过辅注浆钻孔(4)向采煤工作面(1)上方岩层(6)中的离层带(7)内注入粉煤灰浆体，如此循环，直至完成采区隔离注浆充填采煤；其特征在于，包括如下步骤：
（1）将采区划分为若干个采煤工作面(1)，采煤工作面(1)之间留设隔离煤柱(2)，在保证覆岩主关键层不发生破断的情况下确定采煤工作面(1)的开采宽度l为100～200m，在保证相邻工作面注浆充填开采后隔离煤柱(2)具有足够稳定性的条件下设定隔离煤柱(2)的宽度b为45m；
（2）在采煤工作面(1)开采之前，依次在若干个采煤工作面(1)上方的地表(5)向煤层(8)方向施工若干组注浆钻孔，每组注浆钻孔为一个主注浆钻孔(3)和一个辅注浆钻孔(4)，同一个采煤工作面(1)内相邻两组注浆钻孔之间的距离为100～200m；
所述主注浆钻孔(3)的终孔深度位于煤层(8)上方15～40倍煤层采高；
所述辅注浆钻孔(4)的终孔深度位于主注浆钻孔(3)终孔深度上方30～50m处。
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