CN109026140B - 一种用条带与固体填充采煤技术人造隔水地层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用条带与固体填充采煤技术人造隔水地层的方法，在矿区各种煤柱及煤柱周边区域交叉布置条带综采和条带固体充填采煤工作面，控制采动覆岩处于非充分垮落状态，使条带综采采空区形成稳定的空穴用于地下储水；利用采动裂隙渗流通道和人工建造汇水通道向采空区汇集地而降水；应用矿区自然无污染的固体物作为充填材料，符合地下储水层的环境保护要求。本发明方法既回收各种煤柱资源，又有效解决了缺水矿区水资源的储存和保护利用问题，还能合理处理矿区的固体废弃物；该方法技术工艺简单，实施方便，经济和社会效益良好，具有广泛的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种用条带与固体填充采煤技术人造隔水地层的方法，尤其适用于缺水煤矿的矿区，属于煤矿开采技术领域。
背景技术
我国14个大型煤炭基地，除云贵、两淮和蒙东基地外，11个基地都严重缺水，尤其是西北地区，占全国煤炭资源75％，而水资源仅为20％左右，降水大多沿地表径流很快流失，少部分地表水很快蒸发掉。现代化矿区大多采用长壁垮落式开采，采空区很快被垮落覆岩压实，而缺水矿区的煤层覆岩中大多没有有效含水层，无法形成储水空间，开采后的矿区地面降水流失更为严重，矿区缺水问题会更加突出；同时为了使煤矿区域内的地面建筑、交通道路免受井下开采工作的影响，开采过程中会在这些区域留设大量的保护煤柱，从而造成大量煤炭资源无法回收。
发明内容
为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种用条带与固体填充采煤技术人造隔水地层的方法，不仅可以高效回收保护煤柱的资源、控制采动覆岩处于非充分垮落状态，还可永久保留稳定的采空区空穴用于储存矿区水资源，形成地下水库。
为了解决上述问题，本发明一种用条带与固体填充采煤技术人造隔水地层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.在矿区各类保护煤柱以及保护煤柱周边区域交替布置条带综采工作面和条带固体充填工作面；
b.按照a步骤中的布置区域同时施工条带综采区域作业以及条带固体充填区域作业，并在工作面推进过程中实施沿空留巷，作为相邻工作面的回风巷道和充填物料运输巷道或煤炭运输巷道；
c.在条带固体充填区域作业面推进的同时实施固体密实充填工艺；
d.在采区上部低洼区人工建造集水池并在集水池与地下条带综采区域所形成储水空间之间建立钻孔通道；
e、确定地下储水层的储水容积：V＝d×l×h×η×n
式中，V为人造储水地层容积；l为工作面推进长度；d为综采工作面条带宽度；h为采高；η为综采工作面顶板下沉系数；n为综采工作面条带数量。
条带固体充填区域与条带综采区域交替布置，因此即可以利用固体充填区域的固体充填物实现对地面建筑的支撑保护，同时两个条带固体充填区域之间的条带综采区域可以形成储水空间；在采区上部低洼区人工建造集水池有利于收集地表水，并通过钻孔通道形成若干汇水通道使集水池中的水流可以储存在地下储水空间，同时地面其他区域的水流可以通过采动裂隙形成的渗流通道向人造储水地层储水。这种方法不仅可以使地下的采煤区实现无煤柱开采，同时可以在采空区形成若干地下储水层，为缺水区域的矿区提供稳定的地下水库。
进一步的，首采面和收尾面均为条带综采工作面；条带综采工作面和条带固体充填工作面实行跳隔同时作业，即条带综采工作面和条带固体充填工作面在同一采区相隔若干个条带面而同时作业。
两个工作面间隔一定距离进行作业，从而避免开动矿压对作业进行的影响，提高了作业的安全系数。
两种工作面的宽度由采深、采高、岩层结构特征、充填体特性以及地表沉陷控制指标来确定，并遵守“三下”采煤岩层移动控制设计规范要求。
通过合理选择条带综采工作面和条带固体充填采煤工作面的宽度，控制采动覆岩处于非充分垮落状态，并满足地面沉陷控制指标要求，确保形成稳定的采空区空穴用于地下储水，即形成人造储水地层或称地下水库。
为满足地下储水层环境保护的要求，选择矿区无污染的开拓矸石、风积沙、黄土或它们的混合物作为条带固体充填区域的固体充填物质。
本发明的有益效果如下：(1)、通过在采空区形成人造储水地层，形成地下水库，汇集地表降水，保护缺水矿区水资源，净化达标后可以供矿区使用；(2)通过无煤柱开采实现安全高效回收煤炭资源，提高资源回收率；(3)可以合理处置利用矿区固体废弃物，保护矿区环境；本发明技术方法简单，推广应用前景好，社会、经济、环境效益良好。
附图说明
图1是本发明实施例中条带综采工作面和条带固体充填采煤工作面布置与开采顺序示意图；
图2是采空区状态以及人造储水地层蓄水示意图。
图中：1、人工降水集水池；2、条带综采采空区域；3、采动裂隙；4、钻孔通道；5、煤层；6、条带固体充填区域。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。
某矿在矿井保护煤柱及周边区域布置条带综采与条带固体充填采煤工作面，既可回收煤柱资源，又可构建人造储水地层，为矿区储存地表降水资源，从而解决矿区严重缺水问题，还可合理处置矿区固体废弃物。
该采区为长1000m，宽490m的长方形区域。煤层埋深600m，设定采高为3.2m。
一种用条带与固体填充采煤技术人造隔水地层的方法，包括以下步骤：
a、在矿区各类保护煤柱以及保护煤柱周边区域交替布置条带综采工作面和条带固体充填工作面；两种工作面的宽度由采深、采高、岩层结构特征、充填体特性以及地表沉陷控制指标来确定，并遵守“三下”采煤岩层移动控制设计规范要求。
通过合理选择条带综采工作面和条带固体充填采煤工作面的宽度，控制采动覆岩处于非充分垮落状态，并满足地面沉陷控制指标要求，确保形成稳定的采空区空穴用于地下储水，即形成人造储水地层或称地下水库。
本实施例根据该采区的覆岩地质构造和地表沉陷控制指标等情况，同时考虑生产工艺及效率等需求使工作面沿该区域长边方向推进，即工作面推进长度为1000m，条带综采工作面的宽度为40m，条带固体充填采煤工作面的宽度为50m，共布置6个条带综采工作面A1、A2、A3、A4、A5、A6和5个条带固体充填采煤工作面B1、B2、B3、B4、B5。
b、按照a步骤中的布置区域同时施工条带综采区域作业以及条带固体充填区域作业，并在工作面推进过程中实施沿空留巷，作为相邻工作面的回风巷道和充填物料运输巷道或煤炭运输巷道；
考虑到矿压控制要求和生产效率等因素，条带综采工作面和条带固体充填工作面在该采区要进行同时生产作业，条带综采工作面和条带固体充填工作面实行跳隔同时作业，即两个工作面在同一采区相隔若干个条带面而同时作业。如图1所示，A1为条带综采的第一个工作面，布置在整个采区的首采位置，B1为条带固体充填采煤工作面，与A1相隔4个条带面同时作业；当A1作业完成后，一直接替的是A2，同时，与B1作业完成后与之接替的是B2，直至所有工作面作业完成，在该采区最后收尾的是条带综采工作面，即A6工作面。
c、在条带固体充填区域6作业面推进的同时实施固体密实充填工艺；为满足地下储水层环境保护的要求，选择矿区无污染的开拓矸石、风积沙、黄土或它们的混合物作为条带固体充填区域6的固体充填物质。
如图2所示，d、一部分地面降水和浅表水会经过采动裂隙3和岩层孔隙渗流进入地下的储水空穴中，但为了高效汇集矿区降水水资源，在采区上部低洼区人工建造集水池1并在集水池与地下条带综采采空区域2所形成储水空间之间建立钻孔通道4；通过钻孔通道4形成的人工汇水通道和采动裂隙3形成的渗流通道，两种途径向人造储水地层储水。
e、确定地下储水层的储水容积：V＝d×l×h×η×n
根据矿压与岩层移动观测得到，条带综采工作面的顶板下沉系数η为0.7。因而人造储水地层的储水容积为5.76×105m3。
Claims (4)
1.一种用条带与固体填充采煤技术人造隔水地层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.在矿区各类保护煤柱以及保护煤柱周边区域交替布置条带综采工作面和条带固体充填工作面；
b.按照a步骤布置区域同时施工条带综采区域作业以及条带固体充填区域作业，并在工作面推进过程中实施沿空留巷，作为相邻工作面的回风巷道和充填物料运输巷道或煤炭运输巷道；
c.在条带固体充填区域作业面推进的同时实施固体密实充填工艺；
d.在采区上部低洼区人工建造集水池并在集水池与地下条带综采区域所形成储水空间之间建立钻孔通道；
e、确定地下储水层的储水容积：V＝d×l×h×η×n
式中，V为人造储水地层容积；l为工作面推进长度；d为综采工作面条带宽度；h为采高；η为综采工作面顶板下沉系数；n为综采工作面条带数量。
2.根据权利要求1所述的用条带与固体填充采煤技术人造隔水地层的方法，其特征在于，首采面和收尾面均为条带综采面；条带综采工作面和条带固体充填工作面实行跳隔同时作业，即条带综采工作面和条带固体充填工作面在同一采区相隔若干个条带面而同时作业。
3.根据权利要求1所述的用条带与固体填充采煤技术人造隔水地层的方法，其特征在于，两种工作面的宽度由采深、采高、岩层结构特征、充填体特性以及地表沉陷控制指标来确定，并遵守“三下”采煤岩层移动控制设计规范要求。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的用条带与固体填充采煤技术人造隔水地层的方法，其特征在于，选择矿区无污染的开拓矸石、风积沙、黄土或它们的混合物作为条带固体充填区域的固体充填物质。
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