CN108222938A - 一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法，沿大倾角煤层工作面布设液压支架、注浆主管路、工作面注浆管路和充填布料管；在大倾角煤层工作面回风巷安设沿空留巷充填模板，沿空留巷注浆管注浆速凝充填材料形成沿空留巷充填体，并在其内埋设采空区注浆管；进行工作面正常采煤作业；在采煤作业后的采空区对工作面中部区域实施注浆充填材料；工作面推进一定距离后，在回风巷向采空区上部区域实施注浆充填材料，直至开采区开采完毕。该方法可实现大倾角煤层安全高效机械化充填开采，具有劳动强度低和安全性高等优点，并可解决废弃物排放、缓解工作面矿压显现、提高“支架‑围岩”系统稳定性、控制岩层移动和地表沉陷问题，提高煤炭产量。

Description

一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法

技术领域

本发明属于一种煤岩层开采领域，涉及一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法。

背景技术

大倾角煤层是指埋藏倾角为35°～55°的煤层，是国内外采矿界公认的难采煤层，约占我国煤炭探明储量的20％和产量的10％，其安全高效开采是我国资源开发中的重大工程问题。大倾角煤层长壁开采过程中，顶板垮落后沿采空区向下滑滚，沿倾斜方向形成下部填实、中部填满且空隙较大、上部填虚并悬空的分区充填特征，造成工作面中上部区域顶板移动变形破坏特征活跃，且顶板与支架的接触及施载特征复杂，由于随倾角增加重力切向分力增大而法向分力减小,造成支架受载不均衡且所受的工作载荷变小，支架滑、倒及架间挤、咬现象加剧，容易造成安全事故。

充填采煤技术不仅可以控制岩层移动和地表沉陷、提高“三下”压煤资源回收率和解决矸石排放问题，还能有效抑制煤层及顶底板动力现象，提高“支架－围岩”系统的稳定性，正逐渐成为我国煤炭绿色开采的核心技术之一，是实现矿区生态和安全生产环境由被动治理向主动防治的重大转变。目前大倾角煤层常用的是矸石自溜充填方法，但该方法受到煤层顶底板条件限制，且工人需要进入工作面后方进行作业，安全性差，存在工人劳动强度大和充填效率低等不利因素，是许多煤矿大倾角煤层充填开采的主要技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于克服现有大倾角煤层充填方法的技术缺陷，基于大倾角煤层开采采空区垮落顶板分区充填特征，提供一种技术可行，安全可靠的大倾角煤层采空区组合注浆充填开采的方法，可实现大倾角煤层安全高效机械化充填开采。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法，包括以下步骤：

1)沿大倾角煤层工作面布设液压支架；沿液压支架底座布置一根工作面注浆管路，工作面注浆管路连接至注浆主管路，在工作面注浆管路上分别布置沿空留巷注浆管，以及在工作面中部区域按照一定的间距分布的多根延伸至大倾角煤层采空区矸石中的充填布料管；

2)大倾角煤层工作面的一侧为工作面回风巷，在工作面回风巷安设好沿空留巷充填模板，沿空留巷注浆管实施注浆速凝充填材料形成沿空留巷充填体；并在沿空留巷充填体内按照一定的间距埋设采空区注浆管；

3)进行工作面的正常采煤作业；

4)在采煤作业后的采空区按照自下而上顺序，通过充填布料管对工作面中部区域实施注浆充填材料；

5)工作面推进一定距离后，通过采空区注浆管在回风巷向采空区上部区域实施注浆充填材料；

6)重复步骤2)-5)，直至开采区开采完毕。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优化的方案：

进一步，所述注浆主管路选用标准的双层耐磨金属管，铺设在回风巷的底板上，在工作面端头到充填布料管的工作面注浆管路使用高压钢丝缠绕胶管，铺设在液压支架底座上，工作面注浆管路与液压支架形成整体移动结构。

进一步，所述沿空留巷注浆管采用特塑钢复合管DN150，出口安设在充填模板上，并通过截止阀控制充填，利用泵输送充填材料进行回风巷注浆充填，形成沿空留巷。

进一步，所述采空区注浆管采用无缝钢管，采空区注浆管一端与注浆主管路相连，采空区注浆管上安装有截止阀。

进一步，所述液压支架为底座连接掩护梁和顶梁构成，底座与顶梁之间设有2根或4根千斤顶，掩护梁为带有倾斜支撑的全密闭式结构，在掩护梁底部设有开孔，充填布料管贯穿所述开孔伸入采空区，并通过密封圈密封。

进一步，所述步骤5)中，充填采煤工作面推进10～20m后，通过采空区上部区域注浆管在回风巷向采空区上部区域实施注浆充填材料。

进一步，所述充填材料采用质量比为62～68％的煤矸石、5～10％的粉煤灰和5～10％的水泥和19～23％的水配成的膏体。

进一步，所述沿空留巷注浆管充填的速凝充填材料为98～99.5％的充填材料与0.5～2％的速凝剂的混合物。

本发明的有益效果是：

本发明的大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法是在液压支架保护的条件下，通过工作面上部区域沿空留巷埋管，中部区域支架拖管对采空区进行注浆充填；本充填方法可实现大倾角煤层安全高效机械化充填开采，具有开采作业人员不进采空区作业、工人劳动强度低和安全性高等优点，并可解决煤矸石/粉煤灰等矿山/电厂废弃物的排放问题，缓解工作面矿压显现，控制岩层移动和地表沉陷，提高“支架－围岩”系统的稳定性。回风巷采用沿空留巷，可作为工作面采用上行式开采方式下一个工作面的运输巷，有利于减少煤柱损失，提高煤炭产量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法平面示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图。

图中：1、充填布料管；2、液压支架；3、截止阀；4、注浆主管路；5、工作面注浆管路；6、沿空留巷注浆管；7、沿空留巷充填体；8、采空区注浆管；9、掩护梁。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明的大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法，包括以下步骤：

步骤a，前期准备：如图1所示，在大倾角煤层工作面布设液压支架2；沿液压支架2底座布置一根工作面注浆管路5，工作面注浆管路5连接至注浆主管路4，在工作面注浆管路5上分别布置沿空留巷注浆管6和充填布料管1；采用4-8m无缝钢管作为充填布料管1，在工作面中部区域按照一定的间距分布多根延伸至大倾角煤层采空区矸石中，并安装截止阀3控制注浆。注浆主管路4选用标准的双层耐磨金属管，铺设在回风巷的底板上，在工作面端头到充填布料管1的工作面注浆管路5使用高压钢丝缠绕胶管，铺设在液压支架2底座上，工作面注浆管路5与液压支架2形成整体移动结构。沿空留巷注浆管6采用特塑钢复合管DN150，出口安设在充填模板上，并通过截止阀3控制充填量，利用泵送充填材料进行回风巷注浆充填，形成沿空留巷。

步骤b，大倾角煤层工作面的一侧为工作面回风巷，在工作面回风巷安设好沿空留巷充填模板，沿空留巷注浆管6实施注浆速凝充填材料形成沿空留巷充填体7，并在沿空留巷充填体7内按照一定的间距埋设采空区注浆管8，见图2所示；采空区注浆管8采用无缝钢管，采空区注浆管8一端与注浆主管路4相连，采空区注浆管8上安装有截止阀。

步骤c，工作面正常采煤、装煤、运煤、移架和推溜。

步骤d，在采煤作业后的采空区按照自下而上顺序，通过充填布料管1对工作面中部区域实施注浆充填材料。

步骤e，充填采煤工作面推进10～20m后，通过采空区上部区域注浆管8在回风巷向采空区上部区域实施注浆充填材料。

步骤f，重复步骤b)-e)，直至开采区开采完毕。

上述充填布料管1和采空区注浆管8充填的充填材料采用质量比为62～68％的煤矸石、5～10％的粉煤灰和5～10％的水泥和19～23％的水配成的膏体。沿空留巷注浆管6充填的速凝充填材料为98～99.5％的充填材料与0.5～2％的速凝剂的混合物。

如图3所示，本方法采用的液压支架2为底座连接掩护梁9和顶梁构成，底座与顶梁之间设有2根或4根千斤顶，掩护梁9为带有倾斜支撑的全密闭式结构，在掩护梁9底部设有开孔，充填布料管1贯穿所述开孔伸入采空区，并在贯穿开孔处通过密封圈密封，该结构可以有效防止浆体溢至支架2造成安全事故。

下面给出不同的实施例来进一步说明本发明。

实施例1

按照上述方式在大倾角煤层工作面布设液压支架2、注浆主管路4、工作面注浆管路5、沿空留巷注浆管6、充填布料管1和埋设采空区注浆管8；利用泵送速凝充填材料进行回风巷注浆充填，形成沿空留巷。

速凝充填材料为63％的煤矸石、10％的粉煤灰、8％的水泥19％的水配成的膏体，取99.5％的膏体与0.5％的安徽巢湖速凝剂总厂的8880型速凝剂混合得到。

然后进行工作面正常采煤、装煤、运煤、移架和推溜。在采煤作业后的采空区按照自下而上顺序，通过充填布料管1对工作面中部区域实施注浆充填材料。充填材料为63％的煤矸石、10％的粉煤灰、8％的水泥19％的水配成的膏体。

充填采煤工作面推进10m后，通过采空区上部区域注浆管8在回风巷向采空区上部区域实施注浆，直至开采区开采完毕。

实施例2

按照上述方式在大倾角煤层工作面布设液压支架2、注浆主管路4、工作面注浆管路5、沿空留巷注浆管6、充填布料管1和埋设采空区注浆管8；利用泵送速凝充填材料进行回风巷注浆充填，形成沿空留巷。

速凝充填材料为62％的煤矸石、5％的粉煤灰、10％的水泥23％的水配成的膏体，取98％的膏体与2％的南京工业大学LSA液体速凝剂混合得到。

然后进行工作面正常采煤、装煤、运煤、移架和推溜。在采煤作业后的采空区按照自下而上顺序，通过充填布料管1对工作面中部区域实施注浆充填材料。充填材料为62％的煤矸石、5％的粉煤灰、10％的水泥23％的水配成的膏体。

充填采煤工作面推进15m后，通过采空区上部区域注浆管8在回风巷向采空区上部区域实施注浆，直至开采区开采完毕。

实施例3

按照上述方式在大倾角煤层工作面布设液压支架2、注浆主管路4、工作面注浆管路5、沿空留巷注浆管6、充填布料管1和埋设采空区注浆管8；利用泵送速凝充填材料进行回风巷注浆充填，形成沿空留巷。

速凝充填材料为68％的煤矸石、5％的粉煤灰、5％的水泥22％的水配成的膏体，取99％的膏体与1％的南京工业大学LSA液体速凝剂混合得到。

然后进行工作面正常采煤、装煤、运煤、移架和推溜。在采煤作业后的采空区按照自下而上顺序，通过充填布料管1对工作面中部区域实施注浆充填材料。充填材料为68％的煤矸石、5％的粉煤灰、5％的水泥22％的水配成的膏体。

充填采煤工作面推进20m后，通过采空区上部区域注浆管8在回风巷向采空区上部区域实施注浆，直至开采区开采完毕。

本发明方法解决了大倾角煤层长壁开采过程中工作面中上部区域顶板移动变形破坏特征活跃，以及支架受载不均衡易造成安全事故的现象，该充填采煤技术可以有效控制岩层移动和地表沉陷，有效抑制煤层及顶底板动力现象，提高“支架-围岩”系统的稳定性，安全性高，为一种大倾角煤层采空区充填开采的有效方法。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)沿大倾角煤层工作面布设液压支架；沿液压支架底座布置一根工作面注浆管路，工作面注浆管路连接至注浆主管路，在工作面注浆管路上分别布置沿空留巷注浆管，以及在工作面中部区域按照一定的间距分布的多根延伸至大倾角煤层采空区矸石中的充填布料管；

2)大倾角煤层工作面的一侧为工作面回风巷，在工作面回风巷安设好沿空留巷充填模板，沿空留巷注浆管实施注浆速凝充填材料形成沿空留巷充填体，并在沿空留巷充填体内按照一定的间距埋设采空区注浆管；

3)进行工作面的正常采煤作业；

4)在采煤作业后的采空区按照自下而上顺序，通过充填布料管对工作面中部区域实施注浆充填材料；

5)工作面推进一定距离后，通过采空区注浆管在回风巷向采空区上部区域实施注浆充填材料；

6)重复步骤2)-5)，直至开采区开采完毕。

2.根据权利要求1所述的一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法，其特征在于，所述注浆主管路选用标准的双层耐磨金属管，铺设在回风巷的底板上，在工作面端头到充填布料管的工作面注浆管路使用高压钢丝缠绕胶管，铺设在液压支架底座上，工作面注浆管路与液压支架形成整体移动结构。

3.根据权利要求1所述的一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法，其特征在于，所述沿空留巷注浆管采用特塑钢复合管DN150，出口安设在充填模板上，并通过截止阀控制充填，利用泵送充填材料进行回风巷注浆充填，形成沿空留巷。

4.根据权利要求1所述的一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法，其特征在于，所述采空区注浆管采用无缝钢管，采空区注浆管一端与注浆主管路相连，采空区注浆管上安装有截止阀。

5.根据权利要求1所述的一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法，其特征在于，所述液压支架为底座连接掩护梁和顶梁构成，底座与顶梁之间设有2根或4根千斤顶，掩护梁为带有倾斜支撑的全密闭式结构，在掩护梁底部设有开孔，充填布料管贯穿所述开孔伸入采空区，并通过密封圈密封。

6.根据权利要求1所述的一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法，其特征在于，所述步骤5)中，充填采煤工作面推进10～20m后，通过采空区上部区域注浆管在回风巷向采空区上部区域实施注浆充填材料。

7.根据权利要求1所述的一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法，其特征在于，所述充填材料采用质量比为62～68％的煤矸石、5～10％的粉煤灰和5～10％的水泥和19～23％的水配成的膏体。

8.根据权利要求7所述的一种大倾角煤层采空区组合注浆充填开采方法，其特征在于，所述沿空留巷注浆管充填的速凝充填材料为98～99.5％的充填材料与0.5～2％的速凝剂的混合物。