CN110295904B - 一种孤岛工作面注浆充填的采煤方法及其沉降观测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种孤岛工作面注浆充填的采煤方法及其沉降观测装置，通过1)收集资料；2)勘察；3)一级注浆；4)钻孔；5)二级注浆完成采煤，对注浆充填技术进行革新，通过有限量的注浆充填将孤岛采煤工作面塌陷范围严格控制在采煤工作面正上方或一定范围内，而采面外部的耕地不被影响，实现注浆充填投入与耕地保护收益之间的均衡；对于农田与土地保护，本发明从采煤方法上做了质的改变，不再是等待采煤后进行塌陷区的综合治理，而是在采煤的同时注浆充填，对土地和地面其他设施进行保护，防止地表沉降形成破坏。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，具体为一种孤岛工作面注浆充填的采煤方法及其沉降观测装置。
背景技术
中国中西部地区以河南省西部地区为代表。多数处于平原地带，开采方法以长壁垮落法为主，当地表有村庄以及其他需要保护的建筑物时，则需考虑保护性开采法来减小覆岩的破坏变形从而达到保护地表建筑物的目的，但该地区地表极浅，基岩段较厚且存在巨厚支撑岩层，煤炭开采后短期内地表沉降显现不明显，但随着采动影响加剧，可能会造成巨厚岩层破断，造成地面下沉加剧，损坏地面建筑物及耕地破坏。对于采煤形成的塌陷区综合治理，有效的方法有：首先，传统的采煤沉陷区充填方法是将沉陷区的表土剥离后大面积地堆放，当按照设计标高完成粉煤灰或煤矸石的填充后，再将剥离的表土回填；其次，水产养殖复垦；最后，煤矸石、粉煤灰充填覆土。
然而现有技术中存在一些缺陷：第一，采煤沉陷区的充填复垦治理，改变了土壤的酸碱性，对农作物的生长造成不利影响；第二，采煤沉陷区进行充填复垦之后，会在很大程度上破坏土壤结构，导致充填复垦后的土壤过于贫瘠；第三，破坏水资源循环，煤矿开采过程中，会对地下水和地表水循环模式造成不良影响，减少地表水资源；第四，复垦时间难把握，当复垦工作的开始时间太超前时，未来可能发生的情况对复垦工作会造成很大的影响，导致之前所做的工作努力全部白费；为此我们提供一种孤岛工作面注浆充填的采煤方法及其沉降观测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种孤岛工作面注浆充填的采煤方法，操作步骤如下：
1)收集资料：收集采煤工作面地质资料，对工作面区域内地层岩性、构造以及水文地质等资料做详细分析。
2)勘察：根据地层岩性，构造水文地质资料以及设计钻孔结构。
3)一级注浆：在采煤工作面开采之前，在孤岛采煤工作面两侧的注浆充填控制区域上方向煤层采空区方向施工若干个钻孔并实行注浆充填，使之形成墩柱支撑。同时建立地面移动沉降观测系统。
4)钻孔：在采煤工作面开采之前，依次在采煤工作面的注浆充填控制区域上方向煤层方向施工若干个钻孔。
5)二级注浆：工作面开始采煤时，距离钻孔50～100m开始注浆。工作面采煤回采结束后继续注浆，直至地面沉降稳定。
一种孤岛工作面注浆充填的沉降观测装置,包括支撑架、定位架、支撑板、驱动电机与测量架，所述支撑架的上端固定有定位架，支撑架的下端设有支撑板，支撑板的上端固定有下料筒，下料筒上固定有驱动电机，定位架的内部活动插设有测量架；
所述驱动电机的输出端设有下料辊，下料辊转动设置在下料筒的内部，下料辊的表面开设有对称分布的下料槽，支撑架的一侧固定有放置架，放置架的下端与下料筒相连通设置；
所述定位架的一端螺纹插设有丝杆，丝杆的末端螺纹插设在测量架的内部，测量架的一端固定有测量杆，测量杆的一侧活动设有定位杆，定位杆的末端垂直有垫板；测量杆的一侧设有测量板，定位杆的末端设有指示块，指示块的末端指向测量板的表面。
优选的，所述支撑架的下端分别焊接有第一支撑块与第二支撑块，第一支撑块的一端与支撑板的表面垂直连接，第二支撑块的一端与下料筒的表面焊接。
优选的，所述定位架的表面贯穿开设有对称分布的滑槽，测量架的末端设有滑块，滑块的一端贯穿滑槽，丝杆的末端焊接有把手。
优选的，所述支撑板的表面焊接有出料架，下料筒的表面贯穿开设有进料口与出料口，出料架的一端正对出料口。
优选的，所述下料槽的截面宽度大于进料口与出料口的截面宽度，且下料辊表面与下料筒的内壁相切。
优选的，所述放置架的上端转动设有盖板，盖板的一端设有卡扣，卡扣与放置架扣合连接。
优选的，所述测量杆的一侧设有插槽，插槽为截面形状为“T”形的开槽，定位杆的一端设有插杆，插杆的截面形状与插槽保持一致，插杆的一端插设在插槽的内部。
本发明的有益效果：
1、对注浆充填技术进行革新，通过有限量的注浆充填将孤岛采煤工作面塌陷范围严格控制在采煤工作面正上方或一定范围内，而采面外部的耕地不被影响，实现注浆充填投入与耕地保护收益之间的均衡；
2、对于农田与土地保护，本发明从采煤方法上做了质的改变，不再是等待采煤后进行塌陷区的综合治理，而是在采煤的同时注浆充填，对土地和地面其他设施进行保护，防止地表沉降形成破坏；
3、可以做到在注浆时正常采煤，不影响井下生产；采煤区域内地质环境以及生态环境维持在允许范围内；附带区域范围内，地面相关设施可以同时得到有效保护；
4、放置架的内部可储放有测量用记录杆，记录杆可用于在不同时间段内，记录注浆填充过程中采煤工作面下降的距离，并将其标记起来，方便观察。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明流程示意图；
图2是本发明结构示意图；
图3是本发明定位架剖视示意图；
图4是本发明放置架示意图；
图5是本发明测量杆与定位杆连接结构示意图。
图中：1支撑架、11第一支撑块、12第二支撑块、2定位架、21滑槽、22丝杆、23把手、3支撑板、31出料架、32下料筒、33放置架、331盖板、332卡扣、4驱动电机、41下料辊、411下料槽、5测量架、51滑块、52测量杆、521测量板、522插槽、53定位杆、531垫板、532插杆、533指示块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种孤岛工作面注浆充填的采煤方法，操作步骤如下：
1收集资料：收集采煤工作面地质资料，对工作面区域内地层岩性、构造以及水文地质等资料做详细分析，包括根据地质资料以及采取相邻或相近工作面的实际测量，分别计算出冒落带、导水裂隙带、以及弯曲下沉带的高度；分析采煤区工作面附近构造，主要以断层为主。
2勘察：根据地层岩性，构造水文地质资料以及设计钻孔结构；孤岛工作面两侧向下延伸至采空区煤层顶板冒落带之上、导水裂隙带发育最高点之下；孤岛工作面内向下延伸至煤层顶板离层带区域，钻孔的数目与注浆的浆液扩散半径与采煤区工作面推进长度、以及地面钻探条件有关。
3一级注浆：在采煤工作面开采之前，在孤岛采煤工作面两侧的注浆充填控制区域上方向煤层采空区方向施工若干个钻孔并实行注浆充填，使之形成墩柱支撑。同时建立地面移动沉降观测系统；沉降观测系统按一定规律布置，沿着水平采煤区工作面布设横向线，沿垂直采煤区工作面布设纵向线，布设观测点6间距为15～30m，根据具体情况可适当调节，且布设的横向线与纵向线对称分布，使观测点6具备连续观测的条件。
4钻孔：在采煤工作面开采之前，依次在采煤工作面的注浆充填控制区域上方向煤层方向施工若干个钻孔。
5二级注浆：工作面开始采煤时，距离钻孔50～100m开始注浆。工作面采煤回采结束后继续注浆，直至地面沉降稳定。
对注浆充填技术进行革新，通过有限量的注浆充填将孤岛采煤工作面塌陷范围严格控制在采煤工作面正上方或一定范围内，而采面外部的耕地不被影响，实现注浆充填投入与耕地保护收益之间的均衡。
如图2所示，一种孤岛工作面注浆充填的沉降观测装置,包括支撑架1、定位架2、支撑板3、驱动电机4与测量架5，支撑架1的上端固定有定位架2，定位架2与支撑架1形成截面形状为“L”形的结构，支撑架1的下端设有支撑板3，支撑板3的上端固定有下料筒32，下料筒32上固定有驱动电机4，定位架2的内部活动插设有测量架5；
如图4所示，驱动电机4的输出端设有下料辊41，下料辊41转动设置在下料筒32的内部，下料辊41的表面开设有对称分布的下料槽411，支撑架1的一侧固定有放置架33，放置架33的下端与下料筒32相连通设置；放置架33的内部可储放有测量用记录杆，记录杆可用于在不同时间段内，记录注浆填充过程中采煤工作面下降的距离，并将其标记起来，方便观察，放置架33上的记录杆位于下料筒32的内部，在驱动电机4的带动下，下料辊41进行转动直至记录杆下落至下料槽411的内部；
如图3所示，定位架2的一端螺纹插设有丝杆22，丝杆22的末端螺纹插设在测量架5的内部，测量架5的一端固定有测量杆52，测量杆52的一侧活动设有定位杆53，定位杆53的末端垂直有垫板531；测量杆52的一侧设有测量板521，定位杆53的末端设有指示块533，指示块533的末端指向测量板521的表面；转动丝杆22，丝杆22带动测量架5进行移动，方便根据地形来调整垫板531的位置，避免由于地面不平整导致测量有误差的情况；定位杆53可沿着测量杆52进行移动，同时定位杆53下降的位置可而通过指示块533指在测量板521上的位置来观察数据，方便后续进行记录。
如图2所示，支撑架1的下端分别焊接有第一支撑块11与第二支撑块12，第一支撑块11的一端与支撑板3的表面垂直连接，第二支撑块12的一端与下料筒32的表面焊接。
如图3所示，定位架2的表面贯穿开设有对称分布的滑槽21，测量架5的末端设有滑块51，滑块51的一端贯穿滑槽21，丝杆22的末端焊接有把手23；工作人员可通过转动把手23，同时测量架5上的滑块51滑动在定位架2上，使得丝杆22旋转并带动测量架5进行前后移动。
如图4所示，支撑板3的表面焊接有出料架31，下料筒32的表面贯穿开设有进料口与出料口，出料架31的一端正对出料口。
下料槽411的截面宽度大于进料口与出料口的截面宽度，且下料辊41表面与下料筒32的内壁相切；下料辊41与下料筒32相切，避免之间存在细缝，导致记录杆在下落后不卡在下料槽411的内部；方便下料辊41能顺利地带动记录杆移动。
放置架33的上端转动设有盖板331，盖板331的一端设有卡扣332，卡扣332与放置架33扣合连接；当记录杆不够时，打开盖板331，将记录杆以此存放在放置架33的内部。
如图5所示，测量杆52的一侧设有插槽522，插槽522为截面形状为“T”形的开槽，定位杆53的一端设有插杆532，插杆532的截面形状与插槽522保持一致，插杆532的一端插设在插槽522的内部；方便定位杆53沿着测量杆进行移动。
本申请所提供的控制方法，从采煤方法上做了质的改变，不再是等待采煤后进行塌陷区的综合治理，而是在采煤的同时注浆充填，对土地和地面其他设施进行保护，防止地表沉降形成破坏。
使用时，放置架33上的记录杆位于下料筒32的内部，在驱动电机4的带动下，下料辊41进行转动直至记录杆下落至下料槽411的内部；丝杆22带动测量架5进行移动，方便根据地形来调整垫板531的位置，避免由于地面不平整导致测量有误差的情况；定位杆53可沿着测量杆52进行移动，同时定位杆53下降的位置可而通过指示块533指在测量板521上的位置来观察数据，方便后续进行记录。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
Claims (7)
1.一种孤岛工作面注浆充填的采煤方法，其特征在于，操作步骤如下：
1)收集资料：收集采煤工作面地质资料，对工作面区域内地层岩性、构造以及水文地质资料做详细分析；
2)勘察：根据地层岩性，构造水文地质资料以及设计钻孔结构；
3)一级注浆：在采煤工作面开采之前，在孤岛采煤工作面两侧的注浆充填控制区域上方向煤层采空区方向施工若干个钻孔并实行注浆充填，使之形成墩柱支撑，同时建立地面移动沉降观测系统；
4)钻孔：在采煤工作面开采之前，依次在采煤工作面的注浆充填控制区域上方向煤层方向施工若干个钻孔；
5)二级注浆：工作面开始采煤时，距离钻孔50～100m开始注浆，工作面采煤回采结束后继续注浆，直至地面沉降稳定；
所述地面移动沉降观测系统包括支撑架(1)、定位架(2)、支撑板(3)、驱动电机(4)与测量架(5)，其特征在于，所述支撑架(1)的上端固定有定位架(2)，支撑架(1)的下端设有支撑板(3)，支撑板(3)的上端固定有下料筒(32)，下料筒(32)上固定有驱动电机(4)，定位架(2)的内部活动插设有测量架(5)；
所述驱动电机(4)的输出端设有下料辊(41)，下料辊(41)转动设置在下料筒(32)的内部，下料辊(41)的表面开设有对称分布的下料槽(411)，支撑架(1)的一侧固定有放置架(33)，放置架(33)的下端与下料筒(32)相连通设置；
所述定位架(2)的一端螺纹插设有丝杆(22)，丝杆(22)的末端螺纹插设在测量架(5)的内部，测量架(5)的一端固定有测量杆(52)，测量杆(52)的一侧活动设有定位杆(53)，定位杆(53)的末端垂直有垫板(531)；测量杆(52)的一侧设有测量板(521)，定位杆(53)的末端设有指示块(533)，指示块(533)的末端指向测量板(521)的表面。
2.根据权利要求1所述的孤岛工作面注浆充填的采煤方法,其特征在于，所述支撑架(1)的下端分别焊接有第一支撑块(11)与第二支撑块(12)，第一支撑块(11)的一端与支撑板(3)的表面垂直连接，第二支撑块(12)的一端与下料筒(32)的表面焊接。
3.根据权利要求1所述的孤岛工作面注浆充填的采煤方法,其特征在于，所述定位架(2)的表面贯穿开设有对称分布的滑槽(21)，测量架(5)的末端设有滑块(51)，滑块(51)的一端贯穿滑槽(21)，丝杆(22)的末端焊接有把手(23)。
4.根据权利要求1所述的孤岛工作面注浆充填的采煤方法,其特征在于，所述支撑板(3)的表面焊接有出料架(31)，下料筒(32)的表面贯穿开设有进料口与出料口，出料架(31)的一端正对出料口。
5.根据权利要求4所述的孤岛工作面注浆充填的采煤方法,其特征在于，所述下料槽(411)的截面宽度大于进料口与出料口的截面宽度，且下料辊(41)表面与下料筒(32)的内壁相切。
6.根据权利要求1所述的孤岛工作面注浆充填的采煤方法,其特征在于，所述放置架(33)的上端转动设有盖板(331)，盖板(331)的一端设有卡扣(332)，卡扣(332)与放置架(33)扣合连接。
7.根据权利要求1所述的孤岛工作面注浆充填的采煤方法,其特征在于，所述测量杆(52)的一侧设有插槽(522)，插槽(522)为截面形状为“T”形的开槽，定位杆(53)的一端设有插杆(532)，插杆(532)的截面形状与插槽(522)保持一致，插杆(532)的一端插设在插槽(522)的内部。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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