CN103924976B - 一种露天复采过残煤区的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种露天复采过残煤区的方法，解决了露天复采过程中原破坏空间垮塌，积水和残煤氧化自燃的问题。该方法在开采接近原煤层开采形成的采空区和巷道等破坏区时，采用物探和钻探结合的方法，详细查明破坏区的分布，在此基础上，利用钻孔、排水、填充等手段对采空破坏区和巷道产生的遗留空间进行提前处理，在监测破坏空间被充实后再进行开采。该方法利用廉价的材料，解决了工作面通过破坏区时设备的倾倒陷落，采空区水增加，煤炭氧化、自燃等问题，为矿山安全经济开采提供了保障。

Description

一种露天复采过残煤区的方法

技术领域

本发明涉及一种煤炭开采领域，尤其是涉及一种露天复采过残煤区的方法。

背景技术

残煤复采是煤炭开采的重要方面。由于技术、经济原因，早期的煤炭采出率20％～30％左右，大量的残煤遗留在地下。当前，资源枯竭，能源供需紧张，需要对这部分残煤进行复采。煤矿的残煤复采有多种形式，露天复采残煤具有回收率高、安全、经济的特点，是开采浅部残煤的重要方法。

与整装煤田露天开采相比，露天复采要面临诸多问题，尤其是在开采残煤区时。残煤区主要有原巷道和采空区组成，残煤区条件复杂，围岩破碎，同时含有大量的积水和有害气体，也存大量未压实的空间。露天复采剥离和采煤面临以下问题，其技术难点在于：

在露天复采剥离过程中，原煤层开采产生的裂隙，会沟通剥离台阶。裂隙沟通地表后，一方面会造成降水进入残煤区，增加残煤区积水量，给安全开采带来威胁；另一方面可能造成空气进入残煤区，造成煤层氧化、自燃。

露天复采时采场接近残煤区时，如果不采取处理措施，大量采空区的积水、有害气体突然涌出，机械设备和爆破施工可以引燃涌出的有害可燃气体引起爆炸，给设备和工作人员造成威胁，并且容易因台阶突然垮塌、边坡滑落，造成台阶上进行剥离工作的机械设备陷落、倾倒，严重威胁着生产安全。

对于露天复采过采空区，现有的处理方式为大硐室装药爆破，提前使得采空区完全垮落，再进行开采。但是这种技术装药量大，即使采用干扰减震技术，爆破时，震撼范围也达到数公里，对地表建筑物有破坏作用，同时，爆炸引起的煤岩块飞落远，容易对周边地面构筑物或人造成危险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种露天复采过残煤区的方法，利用廉价的材料，解决了露天复采残煤工作面通过原巷道遗留空间时，台阶突然垮塌，造成钻孔和剥离设备倾倒陷落的问题；解决了降水和地表水通过剥离部分覆盖层后露出的原煤层开采造成的裂隙渗入采空区，增加采空区水量的问题；解决了排水后空气通过裂隙残煤区引起残煤氧化、自燃的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种露天复采过残煤区的方法，包括以下步骤：

S1、探明空区和巷道的分布情况和存在状态；

S2、封闭剥离台阶上部裂隙，在剥离覆盖层形成台阶时，对台阶上部由采空区造成的上部裂隙进行浅孔注浆封闭，注浆孔深1.5～3m，水灰比为1∶(0.7～0.9)；

S3、采煤过程中采用物探和钻探的手段探测采空区或巷道大体位置，在开采位置距离采空区或者巷道1～2个采煤采掘带宽度，在煤壁下部打水平钻孔进行排水，钻孔间距为5～20m，钻孔直径为50～80cm；

S4、排水之后，在巷道和采空区破坏区上部台阶上打注浆孔并进行注浆充实作业，注浆骨料由剥离物破碎制成混合骨料，混合骨料的粒径范围为，水灰比范围1∶(0.5～0.8)；同时适量添加胶结材料，控制材料配比，做成利于在空间和裂隙中运移的浆体材料。

S5、采用先物探监测充实效果后，对疑问区域进行钻孔录像补充监测的方法监测充实效果，钻孔录像所用的监测钻孔应由一组位于煤层上部的水平钻孔和台阶上的垂直钻孔共同组成；

S6、对未充实区域进行按照步骤S4的作业方法和材料配比进行补充充实，按照步骤S5采用钻孔录像监测充实效果；

S7、检查充实后进行开采，开采充填区域时实行煤炭和矸石的分采、分运；

S8重复上述步骤S1-S7直至通过开采境界内所有残煤区。

所述S2步骤中的浅孔注浆封闭采用地上注浆封闭裂隙的方式，防止水渗入采空区和煤炭氧化、自燃。

所述S3步骤中的钻孔提前布置在煤层靠近煤层底板位置，钻孔为水平孔，填充钻孔布置在煤层上方台阶上，采用垂直钻孔的方式布置。

所述步骤S4中注浆充实时充填材料中应加入适量膨胀性材料，减小充填量。

所述S2步骤中注浆的浆体为水泥浆和黄泥浆组成的混合浆体，黄泥浆的比例小于等于浆体总量的30％，充填材料固结为弱胶结，强度和密度较低，利于采煤和煤炭的分离洗选

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明通过研究原有地质资料和开采资料，判定采空区和巷道的大体分布，在开采接近原煤层开采形成的采空区和巷道等破坏区时，采用物探和钻探结合的方法，详细查明破坏区的分布，在此基础上，利用钻孔、排水、填充等手段对采空破坏区和巷道产生的遗留空间进行提前处理，在监测破坏空间被充实后再进行常规开采。

本发明中，充填巷道产生的遗留空间可以防止在开采过程中重型机械设备的倾倒、陷落及爆破采煤引爆有害可燃气体，保证着设备和人员的安全。注浆封闭采空区垮落带造成的裂隙，防止降水和地表水渗入采空区增加采空区水量，也可防止排水后空气进入残煤区造成煤炭的氧化和自燃，在保证矿山生产安全。注浆浆体采用水泥浆和黄泥浆组成的混合浆体，充填材料采用剥离物作为骨料，减少了水泥和砂子的用量降低了成本，黄泥浆的掺入和混合骨料的使用使充填材料固结后为弱胶结低密度低强度材料，减小充填量的同时有利于采煤及煤炭分离洗选。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为露天复采残采区赋存示意图；

图2为露天复采过残采区方法示意图；

图3为钻孔布置及充填示意图。

其中：1-复采煤层；2-采空区；3-巷道；4-煤壁；5-排水钻孔；6-台阶；7-注浆孔充填孔；8-注浆泵；9-检测钻孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本具体实施一种露天复采过残煤区的方法，包括以下步骤：

首先探明空区和巷道的分布情况和存在状态；如图1所示，根据原有地质资料和技术资料及补充勘探等手段查明复采煤层1中的采空区2和巷道3破坏区的大致范围和存在状态，在接近这部分破坏区时利用物探和钻探的方法探明采空区2和巷道3的准确位置。在接近原煤层开采形成的破坏区的时候，需要提前采用物探和钻探的方法查明采空区和巷道的分布情况和存在状态。

对剥离出采空区造成的上部裂隙先进行注浆封闭；先对原巷道产生的遗留空间排水然后进行注浆填充，充实遗留空间。对剥离出采空区造成的上部裂隙采用地上注浆封闭裂隙的方式，防止水渗入采空区和煤炭氧化、自燃，同时也防止采空区内的有害气体进入大气，污染环境。

通过在煤壁下部打水平钻孔的方式排水；如图2-3所示，在工作面接近采空区2和巷道3时，在复采工作面煤壁4的底部提前钻排水钻孔5进行排水。排水和充填通过钻孔的方式实现，排水钻孔提前布置在煤层靠近煤层底板位置，钻孔为水平孔，填充钻孔布置在煤层上方台阶上，采用垂直钻孔的方式布置。

在巷道和采空区破坏区上部台阶上打注浆孔并注浆；如图2-3所示，排水完成后，在台阶6上布置垂直方向的注浆孔充填孔7，利用粉碎后的台阶6剥离物作为骨料添加适量的水泥、外加剂配成料浆，利用注浆泵8对巷道和采空区形成的空间充填和封闭。充填材料采用粉碎后的剥离物作为骨料，同时适量添加胶结材料，胶结材料为水泥和干土配成的水泥浆和黄泥浆的混合浆体，调节材料配比，做成利于在空间和裂隙中运移的浆体材料。使用时充填材料中加入适量膨胀性材料，减小充填量，降低成本。充填材料固结后应为弱胶结，强度和密度较低，利于采煤和煤炭的分离洗选。

采用先物探监测充实效果，后对疑问区域进行钻孔录像补充监测的方法监测充实效果，钻孔录像所用的监测钻孔应由一组位于煤层上部的水平钻孔和台阶上的垂直钻孔共同组成。

对未充实区域进行补充充实作业，检查充实后进行开采；如图2-3所示，充实封闭巷道和采空区形成的空间后，钻检测钻孔9后利用钻孔录像仪并结合物探技术对充实密闭情况进行检查，在检查巷道和采空区形成的空间充实后在进行开采，开采填区域时实行煤炭和矸石的分采、分运。监测充填效果的方法为物探和钻孔录像结合的方法。

本发明中，充填巷道产生的遗留空间可以防止在开采过程中重型机械设备的倾倒、陷落及爆破采煤引爆有害可燃气体，保证着设备和人员的安全。注浆封闭采空区垮落带造成的裂隙，防止降水和地表水渗入采空区增加老空水量，也可防止排水后空气进入残煤区造成煤炭的氧化和自燃，在保证矿山生产安全。充填材料采用剥离物作为骨料降低了成本，通过控制材料的配比使充填材料固结后为弱胶结低密度低强度材料，减小充填量的同时有利于采煤及煤炭分离洗选。

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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种露天复采过残煤区的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、探明采空区和巷道的分布情况和存在状态；

S2、封闭剥离台阶上部裂隙，在剥离覆盖层形成台阶时，对台阶上部由采空区造成的上部裂隙进行浅孔注浆封闭，注浆孔深1.5～3m，水灰比为1∶(0.7～0.9)；

S3、采煤过程中采用物探和钻探的手段探测采空区或巷道大体位置，在开采位置距离采空区或者巷道1～2个采煤采掘带宽度，在煤壁下部打水平钻孔进行排水，钻孔间距为5～20m，钻孔直径为50～80cm；

S4、排水之后，在巷道和采空区破坏区上部台阶上打注浆孔并进行注浆充实作业，注浆骨料由剥离物破碎制成混合骨料，混合骨料的粒径范围为：水灰比范围为1∶(0.5～0.8)；

S5、采用先物探监测充实效果后，对疑问区域进行钻孔录像补充监测的方法监测充实效果，钻孔录像所用的监测钻孔应由一组位于煤层上部的水平钻孔和台阶上的垂直钻孔共同组成；

S6、对未充实区域进行按照步骤S4的作业方法和材料配比进行补充充实，按照步骤S5采用钻孔录像监测充实效果；

S7、检查充实后进行开采，开采充填区域时实行煤炭和矸石的分采、分运；

S8重复上述步骤S1-S7直至通过开采境界内所有残煤区。

2.根据权利要求1所述的一种露天复采过残煤区的方法，其特征在于，所述S2步骤中的浅孔注浆封闭采用地上注浆封闭裂隙的方式，防止水渗入采空区和煤炭氧化、自燃。

3.根据权利要求1所述的一种露天复采过残煤区的方法，其特征在于，所述S3步骤中的钻孔提前布置在煤层靠近煤层底板位置，钻孔为水平孔，填充钻孔布置在煤层上方台阶上，采用垂直钻孔的方式布置；

充填材料采用粉碎后的剥离物作为骨料，同时适量添加胶结材料，控制材料配比，做成利于在空间和裂隙中运移的浆体材料。

4.根据权利要求1所述的一种露天复采过残煤区的方法，其特征在于，所述步骤S4中注浆充实时充填材料中应加入适量膨胀性材料，减小充填量。

5.根据权利要求1所述的一种露天复采过残煤区的方法，其特征在于，所述S2步骤中注浆的浆体为水泥浆和黄泥浆组成的混合浆体，黄泥浆的比例小于等于浆体总量的30％，充填材料固结为弱胶结，强度和密度较低，利于采煤和煤炭的分离洗选。