CN104775816B - 切眼侧局部压煤覆岩隔离注浆充填不迁村开采方法 - Google Patents

Abstract

一种切眼侧局部压煤覆岩隔离注浆充填不迁村开采方法，根据矿井地质信息和村庄地理位置，确定工作面切眼侧保护煤柱边界线与切眼的距离、工作面走向充分采动距，比较二者大小以确定覆岩隔离注浆充填控制区域。在该控制区域向煤层方向施工若干个注浆钻孔，其终孔深度为煤层上方15～40倍采高；当采煤工作面开采至距注浆钻孔10～30m时，通过注浆钻孔向采煤工作面上方岩层中的离层内注入粉煤灰浆体，直至工作面开采出注浆充填控制区域，完成切眼侧注浆充填采煤。适用于切眼侧局部压煤开采，减少切眼侧压煤损失，提高采出率，与全工作面覆岩隔离注浆充填开采相比，充填量少、充填成本低、沉陷控制效果好，能够实现切眼侧压煤条件下不迁村开采。

Description

切眼侧局部压煤覆岩隔离注浆充填不迁村开采方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿开采沉陷的控制方法，尤其是一种适用于建筑物下压煤的切眼侧局部压煤覆岩隔离注浆充填不迁村开采方法。

背景技术

我国多数煤矿不同程度地存在着建筑物压煤的问题，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。解决好建筑物下采煤的问题不仅仅是经济问题，也是社会问题，涉及煤炭开采和农业生产、农民生活和工农关系及其他社会稳定等问题。近年来，在采煤工业界，逐渐发展起了采空区充填开采（如矸石充填、膏体充填、高水材料充填等）、采动覆岩隔离注浆充填开采等方法，在解放建筑物下压煤开采中起到了十分积极作用。如专利ZL201210164929.9公开了一种采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法，涉及对整个采区划分采煤工作面和隔离煤柱，从采煤工作面上方的地表施工多组垂直向煤层方向的注浆钻孔，在回采过程中利用钻孔对采动形成的覆岩离层区实施高压注浆充填，从而有限制上覆岩层变形、有效控制地表沉陷能够实现煤矿充分采动条件下的不迁村采煤。这一技术虽然能够有效控制地表沉陷，但是它需要对整个开采区域的采动覆岩均实施注浆充填，因而充填材料用量较大，与之相应也增加了总的充填成本。在实践中，有大量的建筑物压煤属于切眼侧局部压煤，即开采区域内采煤工作面并不是全部被地表建筑物所压覆，而是仅切眼一侧被压覆，也就是说，建筑物压煤范围仅占整个开采区域的一部分。对于这类切眼侧局部压煤采区而言，按照专利ZL201210164929.9所公开的技术，仍然需要对整个开采区域实施覆岩隔离注浆充填，显然充填范围与充填量较之实际沉陷控制与建筑物保护需求而言远远偏大，使得充填成本增加。因此，对于切眼侧局部压煤采区而言，有必要形成与之相应的切眼侧局部压煤覆岩隔离注浆充填开采方法，以便于准确地确定整个开采区域内的注浆充填控制范围、注浆充填钻孔布置方法，从而在有效保护地面建筑物的同时，提高注浆充填与采煤效率并节省注浆充填材料用量和充填成本。

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，提供一种充填范围小、科学合理、充填成本低、沉陷控制效果好的切眼侧局部压煤覆岩隔离注浆充填不迁村开采方法。

技术方案：本发明的切眼侧局部压煤隔离注浆充填不迁村开采方法，将采区划分为若干个采煤工作面，依次在若干个采煤工作面的注浆充填控制区域上方的地表向煤层方向施工若干组地面注浆钻孔，并在采煤工作面之间留设隔离煤柱；包括如下步骤：

a.根据矿井地质信息和地面建筑物地理位置，判断地面建筑物和采煤工作面切眼的相对位置关系，由垂直剖面法确定地面建筑物保护煤柱边界线，并计算出地面建筑物保护煤柱边界线沿采煤工作面走向与切眼的间距，即压煤间距x；

b.按照采煤工作面走向充分采动距y计算方法，即地表达到充分采动时采煤工作面沿走向的开采距离，利用公式y=2h/tanψ₁+2H/tanψ₂，计算出采煤工作面走向的充分采动距y，式中：ψ₁为松散层充分采动角、h为松散层厚度、ψ₂为基岩充分采动角、H为基岩厚度；

c.根据压煤间距x与采煤工作面走向充分采动距y之间的关系，确定采煤工作面的注浆充填控制区域：

若压煤间距x<充分采动距y，则注浆充填控制区域在采煤工作面走向的压煤间距x范围之内；

若压煤间距x>充分采动距y，则注浆充填控制区域在采煤工作面走向的充分采动距y范围之内；

d.按照覆岩隔离注浆充填采煤工作面的钻孔布置方法布置地面注浆钻孔，其中距采煤工作面切眼最远的一组注浆钻孔布置在注浆充填控制区域边界线附近；

e.按照常规方法开采采煤工作面，并通过注浆钻孔对采煤工作面上方的覆岩实施注浆充填，直至完成距采煤工作面切眼最远一组注浆钻孔的注浆充填；

f.继续采煤工作面的开采，直至该工作面开采结束；

g.继续下一采煤工作面作业，重复步骤d、e和f，直至完成整个采区切眼侧覆岩隔离注浆充填采煤。

所述的每组注浆钻孔分为主、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内注入粉煤灰浆体，直至完成采区覆岩隔离注浆充填采煤。

有益效果：由于采用了上述技术方案，对于切眼侧局部压煤采区，本发明不需要对整个开采区域实施覆岩隔离注浆充填，仅需要对注浆充填控制区域实施覆岩注浆充填即可，弥补了传统覆岩隔离注浆充填开采方法不能因地制宜确定注浆充填控制区域的不足，因而能够在有效保护地面建筑物的同时，提高注浆充填与采煤的效率，并且能够极大地节省注浆充填材料用量、减小注浆充填成本。因而，本发明对于建筑物位于采煤工作面切眼侧的局部压煤采区具有更强的适应性。

附图说明

图1是本发明的采煤工作面注浆充填控制区域及钻孔布置实施例一平面示意图；

图2是本发明的采煤工作面注浆充填控制区域实施例一剖面示意图；

图3是本发明的采煤工作面注浆充填控制区域及钻孔布置实施例二平面示意图；

图4是本发明的采煤工作面注浆充填控制区域实施例二剖面示意图。

图中：1－采煤工作面；2－隔离煤柱；3－地面建筑物保护煤柱边界线；4－走向充分采动边界线；5－注浆钻孔；6－地面建筑物；7－地面建筑物围护带边界；8－地表；9－基岩顶界面；10－煤层；11－采煤工作面切眼。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的2个实施例作进一步描述：

本发明的切眼侧局部压煤隔离注浆充填不迁村开采方法，其步骤如下：

a．按常规方法将采区划分为若干个采煤工作面1，并在采煤工作面1之间留设隔离煤柱2；

b．根据矿井地质信息和地面建筑物6地理位置，判断地面建筑物6和采煤工作面切眼11的相对位置关系，并确定地面建筑物围护带边界7，再由垂直剖面法方法确定地面建筑物6保护煤柱边界，并计算出地面建筑物保护煤柱边界线3沿采煤工作面1走向与切眼的间距x；

c．按照采煤工作面1走向充分采动距y计算方法，即地表8达到充分采动时采煤工作面1开采至走向充分采动边界线4所在位置，利用公式y=2h/tanψ₁+2H/tanψ₂，计算出采煤工作面1走向的充分采动距y，式中：ψ₁为松散层充分采动角，h为松散层厚度，即地表8与基岩顶界面9之间的垂直距离，ψ₂为基岩充分采动角，H为基岩厚度，即基岩顶界面9与煤层10之间的垂直距离；

d．根据压煤间距x与采煤工作面1走向充分采动距y之间的关系，确定采煤工作面1的注浆充填控制区域：

若压煤间距x<充分采动距y，则注浆充填控制区域在采煤工作面1走向的压煤间距x范围之内；

若压煤间距x>充分采动距y，则注浆充填控制区域在采煤工作面1走向的充分采动距y范围之内；

e．在采煤工作面1开采之前，按照隔离注浆充填采煤工作面1的钻孔布置方法依次在采煤工作面1的注浆充填控制区域上方的地表8向煤层10方向施工若干组注浆钻孔5，每组注浆钻孔5分为主、辅2个注浆钻孔，主注浆钻孔的终孔深度位于煤层8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，其中距采煤工作面切眼11最远的一组注浆钻孔5布置在注浆充填控制区域边界线附近；

f．按照常规方法开采采煤工作面1，当采煤工作面1开采至距主或辅注浆钻孔10～30m时，通过主或辅注浆钻孔5向采煤工作面1上方岩层中的离层内注入粉煤灰浆体，直至完成距采煤工作面切眼11最远一组注浆钻孔5的注浆；

g.继续采煤工作面1的开采，直至开采结束；

h.继续下一采煤工作面的作业，重复步骤e、f和g，直至完成整个采区切眼侧覆岩隔离注浆充填采煤。

实施例1、以某矿36采区为例，如图1和图2所示，压煤间距x<充分采动距y

1、划分工作面及留设隔离煤柱，将36采区划分为3个工作面，分别为364,366，368工作面，工作面间留设40m隔离煤柱；

2、计算建筑物保护煤柱边界线沿采煤工作面走向方向与切眼的间距。36采区地面建筑物为一个村庄，位于工作面切眼外侧50m，建筑物围护带宽度为10m，根据采区地质信息，松散层移动φ、岩层移动角δ₀分别为45°、83.8°，按照中国《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定的垂直剖面法计算出保护煤柱边界线位置，计算出地面村庄保护煤柱边界线沿采煤工作面走向方向与切眼的间距即压煤间距x为277m；

3、确定走向充分采动距。36采区松散层厚度250m，松散层充分采动角为83°，基岩厚度为250m，基岩充分采动角为53°，按照公式y=2h/tanψ₁+2H/tanψ₂计算出走向充分采动距y为438m；

4、确定366工作面注浆充填控制区域。因建筑物保护煤柱边界线沿采煤工作面走向与切眼的距离x小于走向充分采动距y，从而确定控制区域为建筑物保护煤柱边界线以内到采煤工作面切眼的277m范围；

5、注浆钻孔布置及注浆充填。根据控制区域，确定工作面共布置2组注浆钻孔，其中第2组钻孔布置在距保护煤柱边界线10m。当工作面推进至距离第1组钻孔10m时开始对覆岩实施注浆充填，直至第2组钻孔注浆充填结束；

6、继续完成366工作面回采，直至该工作面开采结束；

7、依次继续364、362工作面的作业，重复步骤4、5、6，完成36采区的切眼侧局部压煤覆岩隔离注浆充填开采。

实施例2、以某煤矿76采区为例，如图3和图4所示，压煤间距x>充分采动距y

1、划分工作面及留设隔离煤柱。将76采区划分为3个工作面，分别为766,764，762工作面，工作面间留设40m隔离煤柱；

2、计算建筑物保护煤柱边界线沿采煤工作面走向与切眼的间距即压煤间距。76采区地面建筑物为村庄，位于采煤工作面切眼外侧10m，建筑物围护带宽度为10m，根据采区地质信息，松散层移动φ、岩层移动角δ₀分别为45°、74.9°，按照中国《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定的垂直剖面法计算出保护煤柱边界线，计算得出地面村庄保护煤柱边界线沿采煤工作面走向与切眼的间距即压煤间距x为377m；

3、确定走向充分采动距。76采区松散层厚度h为350m，松散层充分采动角ψ₁为83°，基岩厚度H为100m，岩层充分采动角ψ₂为53°，按照公式y=2h/tanψ₁+2H/tanψ₂计算出走向充分采动距y为237m；

4、确定766工作面注浆充填控制区域。因走向充分采动距y小于建筑物保护煤柱边界线沿采煤工作面走向与切眼的距离x，从而确定控制区域为走向采动边界与切眼以内的237m范围；

5、注浆钻孔布置及注浆充填。根据控制区域，确定工作面共布置2组注浆钻孔，其中第2组钻孔布置在距走向充分采动边界线10m。当工作面推进至距第1组钻孔10m时开始对覆岩实施注浆充填，直至第2组钻孔注浆充填结束；

6、继续完成766工作面回采，直至开采结束；

7、依次继续764、762工作面的作业，重复步骤4、5、6，完成76采区的切眼侧覆岩隔离注浆充填开采。

Claims (3)

1.一种切眼侧局部压煤覆岩隔离注浆充填不迁村开采方法，将采区划分为若干个采煤工作面（1），依次在若干个采煤工作面（1）的注浆充填控制区域上方的地表（8）向煤层（10）方向施工若干组注浆钻孔（5），并在采煤工作面（1）之间留设隔离煤柱（2）；其特征在于包括如下步骤：

a．根据矿井地质信息和地面建筑物（6）地理位置，判断地面建筑物（6）和采煤工作面切眼（11）的相对位置关系，由垂直剖面法确定地面建筑物保护煤柱边界线（3），并计算出地面建筑物保护煤柱边界线（3）沿采煤工作面（1）走向与采煤工作面切眼（11）的间距，即压煤间距x；

b．按照采煤工作面（1）走向充分采动距y计算方法，即地表（8）达到充分采动时采煤工作面（1）沿走向的开采距离，利用公式y=2h/tanψ₁+2H/tanψ₂，计算出采煤工作面走向的充分采动距y，式中：ψ₁为松散层充分采动角、h为松散层厚度、ψ₂为基岩充分采动角、H为基岩厚度；

c．根据压煤间距x与采煤工作面（1）走向充分采动距y之间的关系，确定采煤工作面（1）的注浆充填控制区域：

若压煤间距x<充分采动距y，则注浆充填控制区域在采煤工作面（1）走向的压煤间距x范围之内；

若压煤间距x>充分采动距y，则注浆充填控制区域在采煤工作面（1）走向的充分采动距y范围之内；

d．按照覆岩隔离注浆充填采煤工作面的钻孔布置方法布置地面注浆钻孔（5），其中距采煤工作面切眼（11）最远的一组注浆钻孔（5）布置在注浆充填控制区域边界线附近；

e．按照常规方法开采采煤工作面（1），并通过注浆钻孔（5）对采煤工作面（1）上方的覆岩实施注浆充填，直至完成距采煤工作面切眼（11）最远一组注浆钻孔（5）的注浆充填；

f.继续采煤工作面(1)的开采，直至该工作面开采结束；

g.继续下一采煤工作面作业，重复步骤d、e和f，直至完成整个采区切眼侧覆岩隔离注浆充填采煤。

2.根据权利要求1所述的一种切眼侧局部压煤覆岩隔离注浆充填不迁村开采方法，其特征在于：所述的注浆钻孔（5）分为主、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。

3.根据权利要求1或2所述的一种切眼侧局部压煤覆岩隔离注浆充填不迁村开采方法，其特征在于：当采煤工作面（1）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（1）上方岩层中的离层内注入粉煤灰浆体，直至完成采区覆岩隔离注浆充填采煤。