CN109519218B - 利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法，该方法首先将风积沙吹填于由钢丝网箱和土工布构成的四周密闭上方敞开的待填充网箱，并振动压实，形成风积沙干式填充网箱承载体。风积沙由于钢丝网箱和土工布提供的侧向约束，将具备相应的纵向承载能力。待风积沙干式填充网箱承载体充满采空区后，上覆岩层的移动和变形将得到有效控制。该利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法，在不消耗水资源的前提下，充填利用了风积沙的承载能力，克服了风积沙因其流动性而至接顶不实的问题，保证了风积沙充填体对采空区覆岩的支撑效果，减小了采动裂隙和地表沉降对干旱矿区地下水资源和地表植被造成的影响和破坏。

Description

利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法
技术领域
本发明涉及一种井工煤矿采空区处理方法，尤其是一种利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法。
背景技术
我国西北煤炭资源多分布于干旱、半干旱的沙漠或戈壁地区，水资源匮乏，生态环境异常脆弱。传统的垮落法处理采空区产生的采动裂隙和地表沉降会对当地地下水资源和地表植被造成严重的破坏。充填开采是减小采动裂隙和地表沉陷的有效途径，而充填材料是影响充填开采整体技术经济性的重要因素。目前采空区充填材料主要有煤柱、矸石、膏体材料、高水材料和混凝土材料。留煤柱法不仅造成煤炭资源浪费，而且还会引起应力集中、煤炭自燃及矿井火灾。矸石充填受限于矸石产量的制约，不能在规模化矿井中普及和应用。膏体材料、高水材料和混凝土等充填材料本身成本较高，而且其充填过程中会消耗大量的水资源，不适合在干旱、半干旱的沙漠或戈壁矿区应用。风积沙是沙漠、戈壁矿区丰富的原材料，利用风积沙充填采空区可以有效降低采矿成本。已有的关于风积沙充填的研究多是将其作为膏体材料的混合料开展的，属于水资源消耗型湿式充填法。中国矿业大学“西部沙漠化矿区浅埋煤层的风积沙空场充填法”提出了一种风积沙整体灌注的干式充填法，侧重于风积沙由地表到井下采空区的运输，对于风积沙在采空区的承载性能考虑较少，使风积沙充填体对覆岩的支撑效果得不到有效保证。
发明内容
为了减小干旱、半干旱的沙漠或戈壁矿区采矿活动对地下水资源及地表植被破坏，降低充填成本和充填耗水量，提高充填体对采空区覆岩的支撑效果，本发明提出了利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法，该方法既可以充分利用沙漠、戈壁矿区丰富的风积沙材料，有效降低充填成本，又可以避免水资源的消耗，充分发挥风积沙的承载性能，保证充填体对采空区覆岩的支撑效果。
本发明解决其技术问题采用的技术方案为：
①在地面预制钢丝网箱，网箱长度为一次充填长度（一般为工作面一天的推进距离）的1/2；网箱宽度为1-3 m；网箱高度为工作面采高的1/3-1/2；
②将预制钢丝网箱沿工作面长度方向在采空区内待充填区域排列（网箱长边沿工作面推进方向），用铁丝对相邻钢丝网箱棱边进行搭接，确保搭接处抗拉强度不低于钢丝网抗拉强度的80%；
③在钢丝网箱内铺设土工布构成四周密闭上方敞开的待充填网箱；
④用矿车或胶带输送机将下放至开采水平的风积沙运至位于工作面出口处的移动充填站；
⑤用吹填设备将移动充填站内的风积沙通过管路吹填到待充填网箱内；
⑥对充填网箱内的风积沙进行压实，压实后的风积沙由于钢丝网箱提供的侧向约束而具有相应的纵向承载能力；
⑦待第一层网箱充填压、实完毕后，以第一层风积沙填充网箱承载体为工作平台，进行第二层网箱的铺设、填充和压实工作，以此类推，直到风积沙填充网箱承载体接顶为止。
所述①中钢丝网箱所用钢丝可选热镀锌丝、高尔凡丝、高镀锌丝、PVC丝和热镀锌+包塑丝，钢丝直径可选2.0-4.0 mm；钢丝网孔形状可选正六边形、菱形和正方形；钢丝网孔面积可选9.0 cm2、16.0 cm2、25.0 cm2、36.0 cm2、49.0 cm2；钢丝种类、直径、网孔形状、网孔面积可根据不同的网箱强度要求选择。
所述②中相邻钢丝网箱包括上下相邻、左右相邻和前后相邻，相邻钢丝网箱棱边搭接选用直径4.0-6.0 mm的铁丝。
所述⑥中钢丝网箱内风积沙压实方式为振动压实方式，振动频率为30-50Hz，压实后风积的干密度应不小于最大干密度的70%-90%，具体数值由采空区覆岩稳定性控制要求而定。
所述⑦中最上层的钢丝网箱要充分接顶，保证风积沙干式填充网箱承载体对采空区覆岩的有效支撑。
本发明的有益效应是，该利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法通过钢丝网箱和土工布提供的侧向约束，克服了因风积沙的流动性而至接顶不实的问题，有效提升了风积沙的承载能力，保证了风积沙充填体对采空区覆岩的支撑效果，减小了采动裂隙和地表沉降对地下水资源和地表植被造成的影响和破坏。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法中的风积沙干式填充网箱承载体。
图2为利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法的施工俯视图。
图3为利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法的施工侧视图（图2中Ⅰ-Ⅰ位置）。
图4为利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法的施工侧面图（图2中Ⅱ-Ⅱ位置）。
图中，1. 钢丝网箱，2. 钢丝网，3. 土工布，4. 网箱棱边，5. 风积沙，6. 煤体，7.工作面，8. 吹填管路，9. 移动充填站，10. 待充填网箱，11. 风积沙干式填充网箱承载体，11-1. 下层风积沙干式填充网箱承载体，11-2. 上层风积沙干式填充网箱承载体，12. 覆岩。
具体实施方法
在图中，该利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法的操作步骤为：
① 在地面预制钢丝网箱1，网箱长度为一次充填长度（一般为工作面7一天的推进距离）的1/2；网箱宽度为1-3 m；网箱高度为工作面7采高的1/3-1/2；
② 将预制钢丝网箱1沿工作面7长度方向在采空区内待充填区域排列（网箱1长边沿工作面7推进方向），用铁丝对相邻钢丝网箱棱边4进行搭接，确保搭接处抗拉强度不低于钢丝网2抗拉强度的80%；
③ 在钢丝网箱1内铺设土工布3构成四周密闭上方敞开的待充填网箱10；
④ 用矿车或胶带输送机将下放至开采水平的风积沙运至位于工作面7出口处的移动充填站9；
⑤ 用吹填设备将移动充填站9内的风积沙通过管路8吹填到待充填网箱10内；
⑥ 对充填网箱内的风积沙5进行压实，压实后的风积沙由于钢丝网2和土工布3提供的侧向约束而具有相应的纵向承载能力；
⑦ 待第一层网箱充填压、实完毕后，以第一层风积沙充填网箱承载体11-1为工作平台，进行第二层网箱的铺设、填充和压实工作，以此类推，直到风积沙填充网箱承载体11-2接触覆岩12为止。
所述①中钢丝网箱1所用钢丝可选热镀锌丝、高尔凡丝、高镀锌丝、PVC丝和热镀锌+包塑丝，钢丝直径可选2.0-4.0 mm；钢丝网孔形状可选正六边形、菱形和正方形；钢丝网孔面积可选9.0 cm2、16.0 cm2、25.0 cm2、36.0 cm2、49.0 cm2；钢丝种类、直径、网孔形状、网孔面积可根据不同的网箱强度要求选择。
所述②中相邻钢丝网箱包括上下相邻、左右相邻和前后相邻，相邻钢丝网箱棱边4搭接选用直径4.0-6.0 mm的铁丝。
所述⑥中钢丝网箱1内风积沙5压实方式为振动压实方式，振动频率为30-50Hz，压实后风积的干密度应不小于最大干密度的70%-90%，具体数值由采空区覆岩稳定性控制要求而定。
所述⑦中最上层的钢丝网箱11-2要充分接顶，保证风积沙干式填充网箱承载体11对采空区覆岩12的有效支撑。

Claims (3)

1.一种利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法，其特征在于：步骤如下：
在地面预制钢丝网箱(1)，钢丝网箱(1)的长度为一次充填长度即工作面(7)一天的推进距离的1/2；钢丝网箱(1)的宽度为1-3m；钢丝网箱(1)的高度为工作面采高的1/3-1/2；将钢丝网箱(1)沿工作面(7)长度方向在采空区内待充填区域排列，钢丝网箱(1)的长边沿工作面(7)推进方向，用铁丝对相邻的钢丝网箱(1)的棱边(4)进行搭接，多个钢丝网箱(1)相邻，相邻的钢丝网箱(1)的棱边(4)搭接选用直径4.0-6.0mm的铁丝，确保搭接处抗拉强度不低于钢丝网抗拉强度的80％；在钢丝网箱(1)内铺设土工布(3)构成四周密闭上方敞开的待充填网箱(10)；用矿车或胶带输送机将下放至开采水平的风积沙运至位于工作面(7)出口处的移动充填站(9)；用吹填设备将移动充填站(9)内的风积沙通过管路(8)吹填到待充填网箱(10)内；对充填网箱内的风积沙(5)进行压实，钢丝网箱(1)内风积沙(5)压实方式为振动压实方式，振动频率为30-50Hz，压实后风积的干密度应是最大干密度的70％-90％，具体数值由采空区覆岩稳定性控制要求而定，压实后的风积沙由于钢丝网(2)和土工布(3)提供的侧向约束而具有相应的纵向承载能力；待第一层网箱充填、压实完毕后，以下层风积沙充填网箱承载体(11-1)为工作平台，进行第二层网箱的铺设、填充和压实工作，以此类推，直到上层风积沙填充网箱承载体(11-2)接触覆岩(12)为止。
2.根据权利要求1所述利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法；其特征是：所述钢丝网箱(1)所用钢丝(2)选用热镀锌丝或高尔凡丝，钢丝直径选用2.0-4.0mm；钢丝网孔形状选用正六边形或菱形或正方形；钢丝网孔面积选用9.0cm2或16.0cm2或25.0cm2或36.0cm2或49.0cm2；钢丝种类、直径、网孔形状、网孔面积根据不同的网箱强度要求选择。
3.根据权利要求1所述利用风积沙干式填充网箱承载体充填采空区的方法；其特征是：所述上层风积沙填充网箱承载体(11-2)要充分接顶，保证风积沙干式填充网箱承载体(11)对采空区覆岩(12)的有效支撑。
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