CN103993882A - 一种冒落区注浆充填置换条带煤柱的方法 - Google Patents

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吴春烨
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Abstract

本发明提供了一种冒落区注浆充填置换条带煤柱的方法,采用高水膨胀材料充填料浆,对原条带冒落区进行一次注浆充填;待井下冒落区内的充填体强度达到设定值时,回收条带煤柱;第1个条带煤柱回收后采用充填料浆充填该冒落区,第2个条带煤柱仅回收不再进行充填,第3个条带煤柱和第1个条带煤柱处理方式一致,后续以此类推,最终形成冒落区“矸石与高水膨胀材料”充填体,本发明用于回收建筑物下条带开采所遗留的条带煤柱,通过条带冒落区二次间隔注浆充填,实现了采充分离,并处理了地面粉煤灰,实现煤炭资源的绿色开采。本发明的有益效果是本发明提出的注浆充填方法成本低,生产工序简单。

Description

一种冒落区注浆充填置换条带煤柱的方法
技术领域
[0001] 本发明属于煤炭生产技术领域,涉及一种冒落区注浆充填置换条带煤柱的方法。背景技术
[0002] 我国煤矿“三下”压煤总量约140亿t,其中建筑物下压煤约为90亿t,且主要分布在经济发达、煤炭资源需求量大的东部地区。因地方经济发展的需要,建设用地逐年增加,“三下”压煤问题日益突出,部分矿井已经面临资源枯竭、濒临闭井的严峻形势,如何安全解放开采“三下”压煤已成为保障我国能源安全、提高煤炭资源回收率、延长矿井服务年限的关键。以往我国建筑物下压煤开采的主要技术途径是条带开采方法,条带开采是将被开采的煤层划分为若干条带,采一条,留一条,利用留下的条带煤柱支撑上覆岩层以达到控制地表沉降的目的。该方法已在我国100多个矿区使用,减沉效果良好;但是,条带开采的资源采出率较低,仅为30〜50%,井下遗留的大量条带煤柱成为呆滞资源,造成国有资源的浪费。
[0003]当前回收建筑物下条带煤柱方法主要有3类:第I类是利用矸石充填置换开采条带煤柱,在条带煤柱中开挖巷道,将矸石充填采空区,以矸石作为地下结构的支撑体以达到回收部分煤柱的目的。例如专利申请公开号为CN1963149A的“建筑物下矸石置换条带煤柱的开采方法”在条带煤柱中央集中布置3〜5条矸石充填巷道,先通过巷道开挖掘进采煤,然后在巷道内进行矸石充填,对条带煤柱实施二次部分回收。专利申请公开号为CN102392643A的“一种建筑物下充填开采回收煤柱的方法”在煤柱中开采充填巷道成人字形布置,先进行巷道掘进采煤,再对掘进巷道进行充填,待充填体稳定后对保留煤柱进行掘进开采,完成建筑物下充填开采回收煤柱。第2类是利用膏体充填二次采煤法,如专利申请公开号为CN102261247A的“一种条带逆向膏体充填的二次采煤方法”将煤炭开采区域交替划分为膏体充填条带和回采条带,对划分的膏体充填条带依次进行开采,并对其采空区进行充填,当膏体充填条带中的充填物凝固后再对回采条带进行垮落法开采。第3类是条带冒落区注浆充填减沉开采方法。如李兴尚“建筑物条带开采冒落区注浆充填减沉技术理论研究”提出将粉煤灰充填料注入条带冒落区,利用“冒落矸石与粉煤灰注浆充填体和条带煤柱”共同支撑覆岩,以减少留设煤柱的宽度或者扩大采宽,进一步提高煤炭资源的采出率,此方法只能将资源采出率提高至60〜70%。
[0004] 综上,目前条带开采采出率低,仅为30〜50%,煤炭资源浪费大。巷道式充填置换条带煤柱时巷道掘进成本高,生产工序复杂,回收率有限,煤炭产量低,经济效益不明显;矸石充填则无法充填冒落区;膏体充填中的充填材料流动性差,不适合在原垮落的条带冒落区内充填;超高水材料充填则因充填体强度低而不能有效控制上覆岩层运动。鉴于目前国内进行的充填开采均围绕采空区充填或离层区充填进行。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种冒落区注浆充填置换条带煤柱的方法,解决了现有的充填置换条带煤柱方法成本高,生产工序复杂的问题。
[0006] 本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行:
[0007] 步骤1:采用高水膨胀材料由地表充填站,利用料浆自重,经过充填管道自溜输送至井下条带冒落区,对原条带冒落区进行一次注浆充填,料浆充满冒落矸石堆体的空隙,形成冒落矸石与高水膨胀材料组合而成的充填体;
[0008] 步骤2:根据地面建筑物保护等级、煤层埋深、煤层采高、条带采宽的条件,利用条带煤柱强度计算公式,得出一次充填体保持稳定所需要的强度值,待井下冒落区内的充填体强度达到该值时,回收原条带开采建筑物下压煤资源时所遗留在井下的条带煤柱;
[0009] 步骤3:回收条带煤柱后顶板发生垮落,垮落矸石松散堆积形成冒落区,采用与步骤I所述相同的方法,对冒落区进行二次间隔充填。
[0010] 进一步,高水膨胀材料由粉煤灰、膨胀剂、延缓剂、速凝剂、固化剂和水组成的料浆。
[0011] 进一步,所述二次间隔充填步骤为:回收第一个条带煤柱,采用充填料浆充填该冒落区;回收第二个条带煤柱,对该冒落区不进行充填;回收第三个条带煤柱,采用充填料浆充填该冒落区,以此类推,依次进行回收、充填作业,直至回收井下所有遗留的条带煤柱。
[0012] 本发明的有益效果是本发明提出的注浆充填方法成本低,生产工序简单。
附图说明
[0013] 图1是本发明原条带冒落区进行一次充填示意图;
[0014] 图2是本发明条带煤柱采后冒落区进行二次间隔充填示意图;
[0015] 图3是本发明冒落区充填体与覆岩结构共同作用承载力学模型示意图。
具体实施方式
[0016] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0017] 本发明提供的是一种冒落区充填置换开采条带煤柱的方法。其技术方法是:
[0018] 步骤1:充填材料是由粉煤灰、膨胀剂、延缓剂、速凝剂、固化剂和水组成的料浆;优选专利申请公布号为CN101792291A中的“高水膨胀充填材料”,充填料浆由地表充填站,利用料浆自重,经过充填管道自溜输送至井下条带冒落区,对原条带冒落区进行一次注浆充填,料浆充满冒落矸石堆体的空隙,形成冒落矸石与高水膨胀材料组合而成的充填体,如图1所示。
[0019] 步骤2:根据地面建筑物保护等级、煤层埋深、煤层采高、条带采宽等条件,利用应用成熟的条带煤柱强度计算公式,得出一次充填体保持稳定所需要的强度。待井下冒落区内的充填体强度达到该设定值时,回收原条带开采建筑物下压煤资源时所遗留在井下的条带煤柱。
[0020] 步骤3:回收条带煤柱后顶板发生垮落,垮落矸石松散堆积形成冒落区。采用与步骤I所述相同的方法,即采用高水膨胀材料利用料浆自重,经过充填管道自溜输送至井下条带冒落区,对冒落区进行二次间隔充填。二次间隔充填步骤为:回收第一个条带煤柱,采用充填料浆充填该冒落区;回收第二个条带煤柱,对该冒落区不进行充填;回收第三个条带煤柱,采用充填料浆充填该冒落区。以此类推,依次进行回收、充填作业,直至回收井下所有遗留的条带煤柱。回收条带煤柱后才进行冒落区充填,实现了采充分离。二次间隔充填后形成的冒落矸石与高水膨胀材料组合充填体如图2所示。
[0021] 通过冒落区二次间隔注浆充填,实现了采空分离,避免充填与开采两个环节的相互干扰,实现井下条带开采遗留煤柱的安全回收,并处理了地面粉煤灰,实现煤炭资源的绿色开采。
[0022] 最终形成冒落区“矸石与高水膨胀材料”充填体,与覆岩关键层共同作用支撑上覆岩层的力学模型如图3所示,充填开采保证关键层不破断,有效控制和减小地表沉陷。
[0023] 本发明研究建立冒落区充填体与覆岩结构共同承载力学模型,充填开采能控制覆岩上位关键层不破断,揭示了冒落区充填开采减沉机理,为充填开采参数设计提供了基础。本发明提出的注浆充填方法则围绕条带冒落区进行,即采用高水材料对条带开采冒落区进行充填,浆体的流动性好,能够充满整个条带冒落区,且该充填体具有一定的膨胀性,能够主动支撑顶板,凝固后的充填体强度大,受压变形小;条带冒落区充填置换能够实现采充分离,充填与采煤互不干扰,生产效率高;能够有效的充填置换条带煤柱,采出率达90%以上,减沉率达85%以上;通过二次冒落区间隔充填,还能减少充填总量,能够有效降低充填成本。
[0024] 本发明“冒落区注浆充填置换条带煤柱方法”利用高水膨胀材料充填条带冒落区,待冒落区矸石与高水膨胀材料凝固后形成的充填体强度达到设定值时再回收条带煤柱,并根据承载体强度值对回收条带煤柱采空区实行间隔二次充填,完全回收建筑物下遗留的条带煤柱,资源回收率可达到100%。此种方法解决了已有的回收条带煤柱方法存在的巷道掘进成本高、资源回收率低、充填体强度不足的问题,并能将地面建筑物移动变形值控制在I级损坏范围内,实现采充分离,即解放了建筑物下压煤,又保证了承压水上安全回采,同时减少了粉煤灰侵占耕地、污染环境,实现煤炭资源的绿色开采。
[0025] 以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种冒落区注浆充填置换条带煤柱的方法,其特征在于按照以下步骤进行: 步骤1:采用高水膨胀材料由地表充填站,利用料浆自重,经过充填管道自溜输送至井下条带冒落区,对原条带冒落区进行一次注浆充填,料浆充满冒落矸石堆体的空隙,形成冒落矸石与高水膨胀材料组合而成的充填体; 步骤2:根据地面建筑物保护等级、煤层埋深、煤层采高、条带采宽的条件,利用条带煤柱强度计算公式,得出一次充填体保持稳定所需要的强度值,待井下冒落区内的充填体强度达到该值时,回收原条带开采建筑物下压煤资源时所遗留在井下的条带煤柱; 步骤3:回收条带煤柱后顶板发生垮落,垮落矸石松散堆积形成冒落区,采用与步骤I所述相同的方法,对冒落区进行二次间隔充填。
2.按照权利要求1所述一种冒落区注浆充填置换条带煤柱的方法,其特征在于:所述高水膨胀材料由粉煤灰、膨胀剂、延缓剂、速凝剂、固化剂和水组成的料浆。
3.按照权利要求1所述一种冒落区注浆充填置换条带煤柱的方法,其特征在于:所述二次间隔充填步骤为:回收第一个条带煤柱,采用充填料浆充填该冒落区;回收第二个条带煤柱,对该冒落区不进行充填;回收第三个条带煤柱,采用充填料浆充填该冒落区,以此类推,依次进行回收、充填作业,直至回收井下所有遗留的条带煤柱。
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