CN109944634B - 一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构及其充填方法 - Google Patents
一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构及其充填方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构及其充填方法，针对薄、中厚或厚煤层长壁工作面采空区，采用从顶板或底板灌注胶结充填材料的方法进行充填，充填工作与采煤工作同步配合进行，最终实现整个煤层采空区的充填。本发明可以安全高效的充填多种煤层条件的长壁工作面采空区，包括薄煤层工作面、大采高工作面和放顶煤工作面。该方法不仅可以通过充填采空区控制岩层移动和矿压显现，而且可以处理矿山废弃物，为绿色矿山的建立提供重要的技术支持，具有系统简单、布置灵活、高效安全等优点，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构及其充填方法，属于矿山充填开采科学研究领域。
背景技术
近些年来，建设绿色矿山、发展绿色矿业成为中国矿业领域的发展目标和迫切需求，充填开采作为一种绿色开采技术，是实现该目标的重要技术手段之一。充填开采技术的种类有很多，从材料的角度可以分为固体直接充填和胶结充填两大类，其中胶结充填由于其系统布置相对灵活，输送技术成熟等优点被广泛应用。胶结充填是矿山充填开采技术将尾矿、矸石、粉煤灰等固体废弃物掺入适量的胶凝材料，加水混合搅拌制成胶结充填料浆，再通过泵送或自流的方式沿管路将充填料浆输送到采空区进行充填作业，然后使料浆在采空区中凝固，形成具有一定强度和整体性的充填体。胶结充填体对覆岩起到一定的支撑作用，可以减缓顶板下沉从而减弱顶板岩层破坏，进行采空区充填后，工作面矿山压力显现不明显，工作面安全系数高，采空区上方地表的沉陷较小，是一种有效的岩层控制手段。
就煤矿长壁工作面采空区充填开采而言，目前仅在采高2m～4m左右的工作面取得了较大的发展，在采高过小或者过大时，由于充填空间难以维护，并没有可靠的充填方法。特别是大采高工作面或者放顶煤工作面，由于开采过后所形成的采空空间巨大，按照目前已有的采空区充填技术思路，无法实现这种条件下的充填开采作业。然而，目前小于2m的薄煤层和大于4m厚煤层开采占整个煤炭产能的50％左右，因此研究一种能够实现薄煤层工作面、大采高工作面和放顶煤工作面的安全高效充填开采技术已成为亟需解决的问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构及其充填方法，能够安全高效地充填包括大采高和放顶煤工作面等在内的各种长壁工作面采空区。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构，在长壁工作面的顶板和/或底板位置沿工作面推进方向设置有中空结构的充填巷，分别为顶板充填巷、底板充填巷；所述充填巷均匀间隔开设若干充填钻孔，分别对应为顶板充填钻孔、底板充填钻孔；所述充填钻孔垂直设置，终孔位置连通至采空区；在充填巷内和充填钻孔内布置有充填管路，充填管路与矿井充填系统连接。
进一步的，所述的充填管路安设于顶底板充填巷内，通过固定螺栓和固定抱箍固定于巷道顶板、两帮或底板；充填管路通过混凝土浇筑安装于充填钻孔内。
进一步的，所述的长壁工作面包含大采高工作面和放顶煤工作面。
进一步的，所述的顶板充填巷位于工作面垮落带以上，垂直距离Xr不小于5m；所述的底板充填巷位于工作面底板破坏带以下，垂直距离Xf不小于5m。
进一步的，所述的顶板充填钻孔位于顶板充填巷内部，由底板垂直向下，终孔位置位于工作面垮落带中间；所述的底板充填钻孔位于底板充填巷内部，由顶板垂直向上，终孔位置位于长壁工作面内。
进一步的，所述顶板充填钻孔、底板充填钻孔均沿充填巷道走向布置，其间距不大于25m；所述充填钻孔为圆形，孔径不小于150mm。
进一步的，所述的顶板充填巷、底板充填巷的条数由长壁工作面斜长确定，至多每50m工作面斜长配套一条顶板充填巷和/或底板充填巷。
进一步的，根据长壁工作面的具体情况布置充填巷，包括：仅布置顶板充填巷，仅布置底板充填巷，同时布置顶板充填巷、底板充填巷。
上述的煤层顶底板灌注式采空区充填结构的充填方法，针对薄、中厚或厚煤层长壁工作面采空区，采用从顶板或底板灌注胶结充填材料的方法进行充填，充填工作与采煤工作同步配合进行，最终实现整个厚煤层采空区的充填。
具体的充填方法按照下列步骤进行：长壁工作面开采前施工顶板充填巷和/或底板充填巷，并分别在充填巷内施工顶板充填钻孔和/或底板充填钻孔，在充填巷内和充填钻孔内布置充填管路，充填管路与矿井充填系统连接；长壁工作面开采后滞后于采煤工作面不超过周期来压步距的距离开始充填，充填点随工作面的推进前移，充填速率与工作面回采速率相匹配；待长壁工作面回采结束，其采空区充填也相应结束。
有益效果：本发明提供的采用煤层顶底板灌注式采空区充填结构及其充填方法，可以安全高效的充填多种煤层条件的长壁工作面采空区，包括薄煤层工作面、大采高工作面和放顶煤工作面，尤其适用于大采高和放顶煤工作面，其他充填方法很难做到。该方法不仅可以通过充填采空区控制岩层移动和矿压显现，而且可以处理矿山废弃物，为绿色矿山的建立提供重要的技术支持；为我国煤矿大采高和放顶煤工作面采空区充填提供了一条新途径，该方法具有系统简单、布置灵活、高效安全等优点，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明煤层顶底板灌注式采空区充填方法同时布置顶底板充填巷示意图。
图2是本发明煤层顶底板灌注式采空区充填方法仅布置顶板充填巷示意图。
图3是本发明煤层顶底板灌注式采空区充填方法仅布置底板充填巷示意图。
图4是本发明充填管路沿巷道底板敷设安装固定示意图。
图5是本发明充填管路沿巷道两帮敷设安装固定示意图。
图6是本发明充填管路沿巷道顶板敷设安装固定示意图。
图7是本发明充填钻孔内充填管路安装固定示意图。
图中附图标记的含义：
1—长壁工作面；2—工作面垮落带；3—顶板充填巷；4—顶板充填钻孔；5—工作面底板破坏带；6—底板充填巷；7—底板充填钻孔；8—充填管路；9—固定螺栓；10—固定抱箍；11—混凝土浇筑；Xr—顶板充填巷距工作面垮落带垂直距离；Xf—底板充填巷距工作面底板破坏带垂直距离。
具体实施方式
一种煤层顶底板灌注式采空区充填方法，针对薄、中厚或厚煤层长壁工作面采空区，采用从顶板或底板灌注胶结充填材料的方法进行充填，充填工作与采煤工作同步配合进行，最终实现整个厚煤层采空区的充填。
前述的一种煤层顶底板灌注式采空区充填方法，所述的长壁工作面包含大采高工作面和放顶煤工作面。
前述的一种煤层顶底板灌注式采空区充填方法，所述的充填方法按照下列步骤进行：长壁工作面(1)开采前施工顶板充填巷(3)和/或底板充填巷(6)，并分别在巷内施工顶板充填钻孔(4)和/或底板充填钻孔(7)，在巷内和钻孔内布置充填管路，管路与矿井充填系统连接；长壁工作面(1)开采后滞后于采煤工作面不超过工作面周期来压步距开始充填，充填点随工作面的推进前移，充填速率与工作面回采速率相匹配；待长壁工作面(1)回采结束，其采空区充填也相应结束。
前述的一种煤层顶底板灌注式采空区充填方法，所述的顶板充填巷(3)位于工作面垮落带(2)以上，垂直距离Xr，顶板充填巷(3)沿长壁工作面(1)推进方向布置，要求Xr不小于5m；所述的底板充填巷(6)位于工作面底板破坏带(5)以下，垂直距离Xf，底板充填巷(6)沿长壁工作面(1)推进方向布置，要求Xf不小于5m。
前述的一种煤层顶底板灌注式采空区充填方法，所述的顶板充填钻孔(4)位于顶板充填巷(3)内部，由底板垂直向下，终孔位置位于工作面垮落带(2)中间；所述的底板充填钻孔(7)位于底板充填巷(6)内部，由顶板垂直向上，终孔位置位于长壁工作面(1)内；顶板充填钻孔(4)和底板充填钻孔(7)均沿充填巷道走向布置，其相邻钻孔的间距不大于25m。
前述的一种煤层顶底板灌注式采空区充填方法，所述的顶板充填巷(3)和底板充填巷(6)的条数由长壁工作面斜长确定，至多每50m长壁工作面长度配套一条顶板充填巷(3)和/或底板充填巷(6)，例如长壁工作面长度100m，则布置两条顶板充填巷(3)和/或底板充填巷(6)；顶板充填巷(3)或底板充填巷(6)在倾斜方向上将工作面(1)等分布置，间距不大于50m。
前述的一种煤层顶底板灌注式采空区充填方法，所述的顶板充填巷(3)或底板充填巷(6)不一定同时布置，根据长壁工作面(1)的具体情况，可以仅布置顶板充填巷(3)(如图2(a)(b)所示)，可以仅布置底板充填巷(6)(如图3(a)(b)所示)，也可以同时布置(如图1(a)(b)所示)。
充填管路(8)安设于顶底板充填巷内，通过固定螺栓(9)和固定抱箍(10)固定于巷道顶板(如图6所示)、两帮(如图5所示)或底板(如图4所示)；充填管路(8)通过混凝土浇筑(11)安装于充填钻孔内，如图7所示。
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例：
如图2所示，本发明的煤层顶底板灌注式采空区充填方法，实施步骤如下：
长壁工作面(1)开采前施工顶板充填巷(3)，并在巷内施工顶板充填钻孔(4)，在巷内和钻孔内布置充填管路，管路与矿井充填系统连接。
长壁工作面长度为100m，布置两条顶板充填巷(3)，间距为50m，水平方向上，均匀分布于工作面斜长方向上；垂直方向上，顶板充填巷(3)位于工作面垮落带(2)以上，垂直距离为5m，顶板充填巷(3)的走向沿长壁工作面(1)推进方向布置。
顶板充填钻孔(4)位于顶板充填巷(3)内部，由底板垂直向下，终孔位置位于工作面垮落带(2)中间，顶板充填钻孔(4)沿顶板充填巷(3)的走向布置，其间距为25m。
安设两台充填泵分别连接位于在两条顶板充填巷(3)内的充填管路，长壁工作面(1)开采后滞后于采煤工作面一定距离开始充填，充填点随工作面的推进前移，充填速率与工作面回采速率相匹配；待长壁工作面(1)回采结束，其采空区充填也相应结束。
常规的顶板充填巷通常是作为一个补充充填措施，主要充填来源是布置于工作面内部的充填管路。本发明方案则采取的是不设置工作面内部的充填管路，全部充填路径来源于顶板或者底板充填巷，这样使得充填工作与采煤工作同步配合进行，最终实现整个厚煤层采空区的充填。尤其解决了由于采高过大或者过小无法从工作面内部进行充填的情况，填补了放顶煤工作面或超大采高工作面充填技术的空白。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构，其特征在于，在长壁工作面（1）的顶板和底板位置沿工作面推进方向设置有中空结构的充填巷，分别为顶板充填巷（3）、底板充填巷（6）；所述充填巷均匀间隔开设若干充填钻孔，分别对应为顶板充填钻孔（4）、底板充填钻孔（7）；所述充填钻孔垂直设置，终孔位置连通至采空区；在充填巷内和充填钻孔内布置有充填管路（8），充填管路（8）与矿井充填系统连接；所述的长壁工作面包含大采高工作面和放顶煤工作面；所述的顶板充填巷（3）、底板充填巷（6）的条数由长壁工作面斜长确定，至多每50m工作面斜长配套一条顶板充填巷（3）和底板充填巷（6）；
所述的充填管路（8）安设于顶底板充填巷内，通过固定螺栓（9）和固定抱箍（10）固定于巷道顶板、两帮或底板；充填管路（8）通过混凝土浇筑（11）安装于充填钻孔内；
所述的顶板充填巷（3）位于工作面垮落带（2）以上，垂直距离Xr不小于5m；所述的底板充填巷（6）位于工作面底板破坏带（5）以下，垂直距离Xf不小于5m；
所述的顶板充填钻孔（4）位于顶板充填巷（3）内部，由底板垂直向下，终孔位置位于工作面垮落带（2）中间；所述的底板充填钻孔（7）位于底板充填巷（6）内部，由顶板垂直向上，终孔位置位于长壁工作面（1）内；
该煤层顶底板灌注式采空区充填结构的充填方法，针对薄、中厚或厚煤层长壁工作面采空区，采用从顶板或底板灌注胶结充填材料的方法进行充填，充填工作与采煤工作同步配合进行，最终实现整个厚煤层采空区的充填，按照下列步骤进行：长壁工作面（1）开采前施工顶板充填巷（3）和底板充填巷（6），并分别在充填巷内施工顶板充填钻孔（4）和底板充填钻孔（7），在充填巷内和充填钻孔内布置充填管路，充填管路与矿井充填系统连接；长壁工作面（1）开采后滞后于采煤工作面不超过周期来压步距的距离开始充填，充填点随工作面的推进前移，充填速率与工作面回采速率相匹配；待长壁工作面（1）回采结束，其采空区充填也相应结束。
2.根据权利要求1所述的一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构，其特征在于，所述顶板充填钻孔（4）、底板充填钻孔（7）均沿充填巷道走向布置，其间距不大于25m；所述充填钻孔为圆形，孔径不小于150mm。
3.根据权利要求1所述的一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构，其特征在于，根据长壁工作面（1）的具体情况布置充填巷，包括：仅布置顶板充填巷（3），仅布置底板充填巷（6），同时布置顶板充填巷（3）、底板充填巷（6）。
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