CN105332733A - 普采工作面采空区泵送胶结材料的条带充填方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种普采工作面采空区泵送胶结材料的条带充填方法，首先在采空区内沿推进方向设计条带充填体，在确定的条带充填体位置按照见七充四的原则施工第一条充填小条带，以此类推，沿工作面倾斜方向由下往上依次完成一个个充填小段，最后在上巷的下帮位置垒砌上端矸石墙进行封闭，以防矸石浆外溢，形成第一条充填小条带；再按照第一条充填小条带的施工步骤，继续施工第二条充填小条带，以此类推，直至接近条带充填体的设计宽度。本发明具有充填施工过程中，以及条带充填完成后，巷道安全性好、条带成形质量好，施工效率高、充填成本低等有益效果。

Description

普采工作面采空区泵送胶结材料的条带充填方法

技术领域

本发明涉及一种条带充填方法，尤其涉及一种普采工作面采空区泵送胶结材料条带充填方法。

背景技术

采空区矸石充填开采技术是将井下产生的废弃矸石料进行加工后充填到采煤后形成的采空区内，用以支撑上覆岩层，减少岩层垮落和变形的一种采煤方法。充填开采技术属于矿区绿色开采技术的一种，对于控制覆岩沉降、保护地表土地与水资源，解决矿区矸石环境污染等问题具有非常重要的作用。

当前的充填开采技术大多是用矸石料将采空区全部充满，然而该种充填方法存在以下不足，限制了其在矿山企业的大范围应用，主要包括：

(1)矸石需求量大，充填工艺复杂：采空区全部充填需要大量的矸石，然而一个矿井的井下矸石产量有限，有时无法满足充填需求，若再将地面矸石山的矸石运至井下充填，势必会使井下充填工艺更加复杂，充填成本增加。

(2)充填成本高，对生产影响较大：采空区全部充填，充填工作占用的时间较长，势必会严重影响工作面的采煤效率，对生产影响较大，同时充填成本也会相对提高。

为了克服上述充填方法的不足，专利申请号201410698265.3、公开号CN104453995A公开了“采空区矸石膏体条带充填方法”，其工艺步骤为：①首先将底分层一个循环采空区用隔离墙分成若干条带充填区和不充填区，②在每个充填区吊挂充填袋，③向充填袋内泵送矸石膏体；其中，每个不充填区的宽度为4.5m，每个充填区的宽度≥15m；上述的隔离墙为采用密集点柱、板梁和戗棚打设的临时墙，密集点柱的柱距为400㎜，待充填袋内的矸石膏体自立后，将打设隔离墙的点柱、板梁和戗棚回收，进入下一循环；每一循环充填的长度为2.4m。该技术的主要不足是其构筑的为走向条带充填体，此种充填方式需要随工作面的推进而持续构筑每个充填条带，使得在工作面推进期间充填与回采工作会一直互相影响，效率较低；同时该技术采用隔离墙和充填袋的充填施工方式，对采空区的充填密实度不高，充填膏体支撑能力有限，墙体施工复杂。而且该技术方法充填≥15m，留4.5m，充填率较高，达到77％左右，无法很好体现条带充填的优势。

同时对于普通机械化采煤工作面(简称普采工作面)来说，由于采用单体液压支柱支护顶板，因此大多将固体矸石料直接由抛矸机等设备充填采空区，用以支撑顶板和消化井下矸石。然而此种充填方式存在的主要问题是，固体矸石块体之间存在较大的空隙，充填体早期强度较低，只有经过上覆岩层的下沉压实至一定程度后才能够起到支撑顶板的作用，因此往往不能有效控制上覆岩层的下沉量，对覆岩的控制效果较差。

发明内容

鉴于上述技术的不足，本发明提供了一种普采工作面采空区条带充填的方法；条带充填的原理就是构筑一定宽度的充填体，利用条带充填体来支撑上覆顶板，保证覆岩顶板不发生大面积的下沉变形，从而达到控制开采沉陷、保护矿区环境的目的。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种普采工作面采空区泵送胶结材料的条带充填方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，采空区充填前，首先根据矿压理论计算和充填体力学性能实验数据，在采空区内沿推进方向设计条带充填体，确定条带充填体宽度a与不充填区域宽度b；

第二步，在井下工作面附近布置充填胶结料制备设备和输送泵，铺设输送管路至工作面采空区；充填胶结料制备设备包括矸石破碎设备和搅拌混合设备；充填胶结料组分包括粉碎矸石、水泥、粉煤灰、水、添加剂如早强剂、脱水剂，按常规比例配合后，搅拌混合均匀，备用；

第三步，在计算确定的宽度线内，施工第一条充填小条带

所谓充填小条带是将条带充填体设计的宽度上分成若干条小宽度的充填体进行施工，施工步骤包括：

步骤1，设计充填小条带的宽度；充填小条带的宽度根据“见七充四”的原则选取，即当工作面推采达到第七排支柱控顶时，充填后四排支柱间的三个柱距空间，形成一个小条带；若工作面支柱排距为c，则上述充填小条带的宽度即为3c；所述的第七排支柱是指从煤壁开始为第一排，至采空区方向依次类推到第七排支柱；

设计充填小段的长度；所谓充填小段是将每个充填小条带沿工作面倾斜方向，即充填小条带的长度方向划分为若干个一定长度的充填体；

步骤2，随工作面向前推采，施工第一个充填小段；首先在下巷的上帮垒砌一定支撑力的一段矸石墙，该矸石墙称为下端矸石墙；该矸石墙的宽度为充填小条带的宽度，倾向长度以3～4m为宜；

步骤3，在第四排工作面支柱靠采空区侧挂竹笆；

步骤4，将第一个充填小段的工作面支柱进行回柱，回柱后形成充填空间；回柱后的工作面支柱依次向前方工作面移动，重新支护开采出的工作面；

步骤5，为防止充填时矸石浆向上流淌，在第一个充填小段的上端头垒砌一定厚度的分段矸石墙；

步骤6，上述工作完成后，进行第一个充填小段的充填工作，充填时的充填管路敷设在第五排与第六排支柱的空档中心处，高度不低于1.0m；将充填钢管深入充填区内，直至将本小段充填完成；

步骤7，以此类推，随着工作面的推进，沿工作面倾斜方向由下往上依次完成一个个充填小段，并在上巷的下帮位置垒砌上端矸石墙进行封闭，以防矸石浆外溢形成第一条充填小条带；

第四步，条带充填体的施工

按照第一条充填小条带的施工步骤，继续施工第二条充填小条带，以此类推，直至接近条带充填体的设计宽度a，充填工作停止，再在该条带充填体与采空区临界面上垒砌一定厚度的整体矸石墙，最终形成宽度为a的条带充填体。

进一步，所述工作面支柱为单体液压支柱。

进一步，在步骤1中所述的充填小段的长度以易于将充填浆液充满充实为原则，设计为8～10m为宜。

进一步，在步骤3中，为防止矸石浆外溢，在竹笆内侧敷设塑料带。

本发明的方法，其主导思想就是在工作面后方采空区内，充一条，留一条，利用条带充填体对上覆岩层进行支撑，控制顶板下沉和地表沉陷。其中整个条带充填体在施工过程中，沿工作面走向方向分成若干个小条带，每个小条带沿工作面倾斜方向分成若干个小段，如此按从小到大的范围，逐步充填，最终达到宽度为a的条带充填体。这种条带充填体的构筑方式，相比于传统的采空区一次全部充填方式，可以保证充填体能够更加密实地充填采空区，因为工作面沿倾斜方向上的长度一般在100--200m左右，长度较长，若从工作面上巷直接向下巷方向输送充填料浆，一方面矸石浆容易外溢，同时浆液在流淌过程中容易发生堵塞和堆积，无法保证较密实的充填效果。而采用本发明技术方案中的充填小段--充填小条带--条带充填体的施工工艺方法，可以保证条带充填体整体完整性较好，且充填接顶密实，孔隙率低，能够对上覆顶板进行更加有效的支撑。

由于充填料为矸石胶结材料，采用泵送管路充填的方式进行。相比于采空区全部充填，这种充填方法属于部分充填的范畴，能够根据井下矸石产生量的大小灵活调整，同时部分充填也降低了充填工作需要的时间，简化了充填工艺，对工作面的采煤工作影响程度降低；另一方面，相对于全部充填来说这种条带充填方法也使充填成本得到了有效控制。充填材料为矸石胶结料，是将固体矸石料破碎后与水泥、水等混合制成一定浓度的充填浆液，由管路充填至采空区，通过控制充填配比，可以使浆液在采空区内短时间凝结，达到一定的早期强度，尽快对顶板进行支撑，能够更加有效地控制上覆岩层的下沉变形。

同时，本发明中的技术方案施工过程更加安全可靠，每个小段充填时仅拆除该小段内的单体液压支柱，空顶面积较小，不会发生大面积的顶板垮落事故，且该小段很快能够充填接顶，对顶板进行支撑。相比于传统的工作面一次充填方式来说，减小了采空区内的空顶面积，顶板的下沉始终处于稳定可控的状态，保证了施工过程中人员和设备的安全。

相对于“采空区矸石膏体条带充填方法”，本技术方案以倾向条带代替其走向条带，在不充填区域，工作面是连续推采而不需要进行充填工作的，使得充填和回采工作相互影响更小，效率更高；同时本方案矸石墙的构筑和充填小段--充填小条带—充填条带的施工方式使得采空区条带充填体更加密实，支撑能力更高，施工工艺更加简单一些。

综上所述，本发明相对于现有技术，具有充填施工过程中，以及条带充填完成后，巷道安全性好、条带成形质量好，施工效率高、充填成本低等有益效果。

附图说明

图1为本发明采空区条带充填平面设计示意图；

图2为本发明采空区条带充填工艺布置图；

图3为图2的A-A剖面放大图。

图中，1、条带充填体，2、不充填区域，3、整体矸石墙，4、上巷，5、充填管路，6、工作面支柱，7、上端矸石墙，8、充填小段，9、分段矸石墙，10、输送管路，11、下端矸石墙，12、竹笆，13、下巷。

具体实施方式

下面结合实例和附图与对本发明具体实施例作进一步的详细说明。

实施例实例：某煤矿普采工作面长180m，工作面采用单体液压支柱支护顶板，支柱排距c＝1.0m，最大控顶距为七排支柱宽度，即7m。

如图1、图2、图3所示，一种普采工作面采空区泵送胶结材料的条带充填方法，包括以下步骤：

第一步，采空区充填前，先在采空区内沿推进方向设计条带充填体1，根据覆岩顶板情况，通过矿压理论计算及充填体力学性能实验，确定条带充填体1宽度a与不充填区域2宽度b；a＝30m、b＝15m,如图1所示；

第二步，在井下工作面附近布置充填胶结料制备设备和输送泵，铺设输送管路10至工作面采空区；充填胶结料制备设备包括矸石破碎设备和搅拌混合设备；充填胶结料组分包括粉碎矸石、水泥、粉煤灰、水、添加剂如早强剂、脱水剂，按常规比例配合后，搅拌混合均匀，备用。

第三步，如图2图3所示，在计算确定的宽度线内，施工第一条充填小条带：

所谓充填小条带是将条带充填体设计的宽度上分成若干条小宽度的充填体进行施工，施工步骤包括：

步骤1，设计充填小条带的宽度和充填小段8的长度；充填小条带的宽度根据“见七充四”的原则选取，即当工作面推采达到第七排支柱控顶时，充填后四排支柱间的三个柱距空间，形成一个小条带；工作面支柱排距为c＝1.0m，则上述充填小条带的宽度即为3c＝3.0m，以30m的条带充填体计算，将其分为10个充填小条带；所述的第七排支柱是指从煤壁开始为第一排，至采空区方向依次类推到第七排支柱；

设计充填小段8的长度；所谓充填小段8是将每个充填小条带沿工作面倾斜方向，即充填小条带的长度方向划分为若干个一定长度的充填体，以10m左右为宜，以180m的工作面倾向长度计算，将每个充填小条带沿倾斜方向划分为18个充填小段；

步骤2，随工作面向前推采，施工第一个充填小段8；首先在下巷13的上帮垒砌一定支撑力的一段矸石墙，该矸石墙称为下端矸石墙11；该矸石墙的宽度为充填小条带的宽度，即3m，倾向长度以到达第三行工作面支柱6为宜；

步骤3，在第四排工作面支柱6靠采空区侧挂竹笆12；

步骤4，将第一个充填小段的工作面支柱6进行回柱，回柱后形成充填空间；回柱后的工作面支柱6依次向前方工作面移动，重新支护开采出的工作面；

步骤5，为防止充填时矸石浆向上流淌，在第一个充填小段8的上端头垒砌一定厚度的分段矸石墙9；

步骤6，上述工作完成后，进行第一个充填小段8的充填工作，充填时的充填管路10敷设在第五排与第六排支柱的空档中心处，高度不低于1.0m；将充填管路10钢管深入充填区内，直至将本充填小段充填完成；

步骤7，以此类推，随着工作面的推进，沿工作面倾斜方向由下往上依次完成18个充填小段8，并在上巷4的下帮位置垒砌上端矸石墙7进行封闭，以防矸石浆外溢，形成第一条充填小条带；

第四步，条带充填体的施工

按照第一条充填小条带的施工步骤，继续施工第二条充填小条带，以此类推，直至完成第十条充填小条带，达到条带充填体1的设计宽度a＝30m，充填工作停止，再在该条带充填体1与采空区临界面上垒砌一定厚度的整体矸石墙3，最终形成宽度为a＝30米的条带充填体1。

进一步，所述工作面支柱6为单体液压支柱。

进一步，在步骤1中所述的充填小段8的长度以易于将充填浆液充满充实为原则，设计为8～10m为宜。

进一步，在步骤3中，为防止矸石浆外溢，在竹笆12内侧敷设塑料带。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (4)

1.一种普采工作面采空区泵送胶结材料的条带充填方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，采空区充填前，首先通过计算，在采空区内沿推进方向设计条带充填体，确定条带充填体宽度a与不充填区域宽度b；

第二步，在井下工作面附近布置充填胶结料制备设备和输送泵，铺设输送管路至工作面采空区；

第三步，在计算确定的条带充填体位置，施工第一条充填小条带

所谓充填小条带是将条带充填体设计的宽度上分成多多条小宽度的充填体进行施工，施工步骤包括：

步骤1，设计充填小条带的宽度；充填小条带的宽度根据见七充四的原则选取，即当工作面推采达到第七排支柱控顶时，充填后四排支柱间的三个柱距空间，形成一个小条带；若工作面支柱排距为c，则上述充填小条带的宽度即为3c；所述的第七排支柱是指从煤壁开始为第一排，至采空区方向依次类推到第七排支柱；

设计充填小段的长度；所谓充填小段是将每个充填小条带沿工作面倾斜方向，即充填小条带的长度方向划分为多个长度的充填体；

步骤2，随工作面向前推采，施工第一个充填小段；首先在下巷的上帮垒砌具有支撑力的一段矸石墙，该矸石墙称为下端矸石墙；该矸石墙的宽度为充填小条带的宽度，倾向长度为3～4m；

步骤3，在第四排工作面支柱靠采空区侧挂竹笆；

步骤4，将第一个充填小段的工作面支柱进行回柱，回柱后形成充填空间；

步骤5，在第一个充填小段的上端头垒砌分段矸石墙；

步骤6，上述工作完成后，进行第一个充填小段的充填工作，充填时的充填管路敷设在第五排与第六排支柱的空档中心处，高度不低于1.0m；将充填钢管深入充填区内，直至将本小段充填完成；

步骤7，以此类推，沿工作面倾斜方向由下往上依次完成一个个充填小段，最后在上巷的下帮位置垒砌上端矸石墙进行封闭，以防矸石浆外溢，形成第一条充填小条带；

第四步，条带充填体的施工

按照第一条充填小条带的施工步骤，继续施工第二条充填小条带，以此类推，直至接近条带充填体的设计宽度a，充填工作停止，再在该条带充填体与采空区临界面上垒砌整体矸石墙，最终形成宽度为a的条带充填体。

2.如权利要求1所述的条带充填方法，其特征在于，所述工作面支柱为单体液压支柱。

3.如权利要求1所述的条带充填方法，其特征在于，在步骤1所述的充填小段的长度设计为8～10m。

4.如权利要求1所述的条带充填方法，其特征在于，在步骤3竹笆的内侧敷设塑料带。