CN110486082B - 一种采空区不同材料交替充填的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种采空区不同材料交替充填方法，综合膏体充填和超高水材料充填的优点，在最大限度的保证地面充填效果的基础上，实现降低充填成本，提高充填效率，达到年产百万吨以上的水平。本发明的一种采空区不同材料交替充填方法，其具体实施方案如下：在采空区的同一个充填工作面内利用多个充填包进行充填，多个充填包包括多个膏体充填包和多个超高水材料充填包。

Description

一种采空区不同材料交替充填的方法
技术领域
本发明属于矿山开采技术领域，尤其涉及一种采空区不同材料交替充填的方法。
背景技术
改革开放以来，我国经济增速较快，煤炭需求持续增加，特别是从“十五”后期开始，煤炭工业经历了十年“黄金期”，有力支持了国民经济的高速增长。但长期的高强度煤炭开采也带来了一系列严重的环境问题。据统计，我国煤炭平均开采万吨原煤会造成塌陷土地0.2hm2，每年塌陷土地面积约为5～6万hm2；地下水位下降及水资源破坏，造成矿区水资源枯竭，煤矿开采与加工利用产生的矸石累计堆积量达45亿吨，且每年以1.5～2.0亿吨的数量增长，矸石山自燃产生的有害气体、雨淋溶水等也对环境产生较大的破坏。
因此为了有效开发利用呆滞资源，延长矿井寿命，同时解决生态环境破坏问题，充填采煤技术得到了快速发展。当前已经形成了固体充填、膏体充填和超高水材料充填三种不同形式的充填采煤方式，在不同矿井不同开采条件下的应用都取得了较好的地面控制效果。
三种充填方式中，超高水材料具有速凝早强的特征，前期强度高，可及时支撑顶板，凝结时间及强度可按需调整，材料流动性好，工艺简单，但提高充填体强度时成本增大。膏体材料终凝强度最高，地面控制效果最好，但初期强度低，并且主要的胶结材料为水泥，强度增长缓慢。
在充填设备及工艺上，矸石充填为纯固体干料充填，采用的是胶带输送机运输，而超高水材料充填和膏体充填则具有以下共同的特点：
（1）充填材料运输方式相同。
超高水材料充填和膏体充填均是采用管路输送。膏体材料采用泵送的方式，一条管路。超高水材料充填则采用的是两条管路，A料浆、B料浆可分别泵送或在重力作用下管路自流，在距工作面一定距离时将两种浆液混合后进行充填。
（2）充填工艺基本相同。
充填材料达到预定充填位置后，都是灌入已经固定好的充填包中，固结成形。
（3）工作面主要设备相同。
超高水材料充填和膏体充填的工作面主要设备如采煤机、刮板输送机尤其是液压支架基本相同，两种充填方式的工作面设备可以通用。
（4）膏体制浆设备可用于超高水材料制浆。
膏体材料制浆工艺相对复杂，但也有搅拌的环节，其搅拌设备可用于超高水材料单料的制浆。
当前的充填采煤方式均采用单一材料，不同方式都有自身的优势，同时也存在不同的缺点，在一定程度上限制了其大规模的推广应用。
发明内容
为解决现有技术中采用单一材料，不能充分发挥不同充填方式自身优势的问题，本发明提出了一种采空区不同材料交替充填方法，综合膏体充填和超高水材料充填的优点，在最大限度的保证地面充填效果的基础上，实现降低充填成本，提高充填效率，达到年产百万吨以上的水平。
本发明的一种采空区不同材料交替充填方法，其具体实施方案如下：
一种采空区不同材料交替充填方法，在采空区的同一个充填工作面内利用多个充填包进行充填，多个充填包包括多个膏体充填包和多个超高水材料充填包。
进一步的，采空区的同一个充填工作面的部分区域采用膏体充填包充填，该部分区域满足如下要求：区域有断层地质构造或其他原因导致顶板相对破碎，或区域对应的地面建筑物具有高保护等级。
进一步的，多个膏体充填包形成膏体充填带，多个超高水材料充填包形成超高水材料充填带，膏体充填带与超高水材料充填带均平行于工作面，膏体充填带与超高水材料充填带间隔布置。
进一步的，任意两个相邻膏体充填带之间或没有设置超高水材料充填带或设置有1个或多于1个的超高水材料充填带；任意两个相邻超高水材料充填带之间或没有设置膏体充填带或设置有1个或多于1个的膏体充填带。
进一步的，多个膏体充填包形成膏体充填带，多个超高水材料充填包形成超高水材料充填带，膏体充填带与超高水材料充填带均垂直于工作面，膏体充填带与超高水材料充填带间隔布置。
进一步的，任意两个相邻膏体充填带之间或没有设置超高水材料充填带或设置有1个或多于1个的超高水材料充填带；任意两个相邻超高水材料充填带之间或没有设置膏体充填带或设置有1个或多于1个的膏体充填带。
进一步的，多个充填包形成平行于工作面的横向充填带和垂直于工作面的纵行充填带，在相邻的横向充填带中，膏体充填包沿纵向位置错开。
有益效果：
与当前常规的单一充填采煤方式相比，膏体和超高水材料交替充填形成的高低强度交替充填的方式可以最大限度的结合超高水材料充填和膏体充填的优点，在保证地面充填效果的基础上提高工作面产能。
（1）节省投资建设费用
采用超高水材料和膏体交替充填的方式仅需在地面膏体充填站的基础上进行少量的改造即可，增加一套搅拌系统及充填管路等，与同时建设超高水材料和膏体材料两个充填站相比，可节省投资。
（2）克服了膏体充填早期强度低的缺点
在三种充填方式中，膏体材料的终凝强度最高，但初期强度较低，达到支撑顶板的强度凝结时间较长，影响工作面推进速度。而超高水材料具有速凝早强的特征，可及时支撑顶板。因此，初期可以利用超高水材料充填体对顶板进行支撑，减少顶板的下沉，后期待膏体凝固后，作为主要的支护体支撑顶板。本发明充分利用了超高水材料的速凝早强和膏体材料终凝强度高的特点。
附图说明
图1充填带平行于工作面布置结构示意图
图2充填带垂直于工作面布置结构示意图
图3膏体充填包交错布置与充填工作面结构示意图
图中，1、膏体充填带；2、超高水材料充填带；3、膏体充填包；4、超高水材料充填包；5、液压支架；6、刮板输送机；7、采煤机；8超前支护。
具体实施方式
本发明提出了一种采空区不同材料交替充填方法，综合膏体充填和超高水材料充填的优点，在最大限度的保证地面充填效果的基础上，实现降低充填成本，提高充填效率，达到年产百万吨以上的水平。
本发明的一种采空区不同材料交替充填方法，其具体实施方案如图1-3所示，具体方案如下：
一种采空区不同材料交替充填方法，在采空区的同一个充填工作面内利用多个充填包进行充填，多个充填包包括多个膏体充填包3和多个超高水材料充填包4。
采空区的同一个充填工作面的部分区域采用膏体充填包3充填，该部分区域满足如下要求：区域有断层地质构造或其他原因导致顶板相对破碎，或区域对应的地面建筑物具有高保护等级。
多个膏体充填包3形成膏体充填带1，多个超高水材料充填包4形成超高水材料充填带2，膏体充填带1与超高水材料充填带2均平行于工作面，膏体充填带1与超高水材料充填带2间隔布置。
任意两个相邻膏体充填带1之间或没有设置超高水材料充填带2或设置有1个或多于1个的超高水材料充填带2；任意两个相邻超高水材料充填带2之间或没有设置膏体充填带1或设置有1个或多于1个的膏体充填带1。
多个膏体充填包3形成膏体充填带1，多个超高水材料充填包4形成超高水材料充填带2，膏体充填带1与超高水材料充填带2均垂直于工作面，膏体充填带1与超高水材料充填带2间隔布置。
任意两个相邻膏体充填带1之间或没有设置超高水材料充填带2或设置有1个或多于1个的超高水材料充填带2；任意两个相邻超高水材料充填带2之间或没有设置膏体充填带1或设置有1个或多于1个的膏体充填带1。
多个充填包形成平行于工作面的横向充填带和垂直于工作面的纵行充填带，在相邻的横向充填带中，膏体充填包沿纵向位置错开。
膏体材料和超高水材料充填带的布置参数如材料的强度、配比及充填区域尺寸等根据实际的地质生产条件如地质构造的分布、煤层的产状及顶底板条件、矿压条件及地面建筑物的保护等级确定。
在同一循环中采用膏体材料和超高水材料交替充填时，先进行膏体材料充填。
a) 清理充填空间并挂设充填袋。
b) 对充填袋进行压风充气，使充填袋处于鼓起状态。
c) 将分浆管与注浆袖孔连接并扎紧。
d) 通知地面充填站进行制浆并输送。
e) 地面充填站进行制浆、输送并通知井下作业人员。
f) 打开进入充填袋阀门，进行充填。
g) 充填完毕后，对全部管路进行清洗。
与当前常规的单一充填采煤方式相比，高低强度交替充填的方式可以最大限度的结合超高水材料充填和膏体充填的优点，在保证地面充填效果的基础上提高工作面产能。
（1）节省投资建设费用
采用超高水材料和膏体交替充填的方式仅需在地面膏体充填站的基础上进行少量的改造即可，增加一套搅拌系统及充填管路等，与同时建设超高水材料和膏体材料两个充填站相比，可节省投资。
（2）克服了膏体充填早期强度低的缺点
在三种充填方式中，膏体材料的终凝强度最高，但初期强度较低，达到支撑顶板的强度凝结时间较长，影响工作面推进速度。而超高水材料具有速凝早强的特征，可及时支撑顶板。因此，初期可以利用超高水材料充填体对顶板进行支撑，减少顶板的下沉，后期待膏体凝固后，作为主要的支护体支撑顶板。本发明充分利用了超高水材料的速凝早强和膏体材料终凝强度高的特点。

Claims (9)

1.一种采空区不同材料交替充填方法，其特征在于：在采空区的同一个充填工作面内利用多个充填包进行充填，多个充填包包括多个膏体充填包和多个超高水材料充填包；多个膏体充填包形成膏体充填带，多个超高水材料充填包形成超高水材料充填带，膏体充填带与超高水材料充填带均平行于工作面。
2.根据权利要求1所述的一种采空区不同材料交替充填方法，其特征在于：采空区的同一个充填工作面的部分区域采用膏体充填包充填，该部分区域满足如下要求：区域有断层地质构造或其他原因导致顶板相对破碎，或区域对应的地面建筑物具有高保护等级。
3.根据权利要求1或2所述的一种采空区不同材料交替充填方法，其特征在于：膏体充填带与超高水材料充填带间隔布置。
4.根据权利要求3所述的一种采空区不同材料交替充填方法，其特征在于：任意两个相邻膏体充填带之间或没有设置超高水材料充填带或设置有1个或多于1个的超高水材料充填带；任意两个相邻超高水材料充填带之间或没有设置膏体充填带或设置有1个或多于1个的膏体充填带。
5.一种采空区不同材料交替充填方法，其特征在于：在采空区的同一个充填工作面内利用多个充填包进行充填，多个充填包包括多个膏体充填包和多个超高水材料充填包；多个膏体充填包形成膏体充填带，多个超高水材料充填包形成超高水材料充填带，膏体充填带与超高水材料充填带均垂直于工作面。
6.根据权利要求5所述的一种采空区不同材料交替充填方法，其特征在于：采空区的同一个充填工作面的部分区域采用膏体充填包充填，该部分区域满足如下要求：区域有断层地质构造或其他原因导致顶板相对破碎，或区域对应的地面建筑物具有高保护等级。
7.根据权利要求5或6所述的一种采空区不同材料交替充填方法，其特征在于：膏体充填带与超高水材料充填带间隔布置。
8.根据权利要求7所述的一种采空区不同材料交替充填方法，其特征在于：任意两个相邻膏体充填带之间或没有设置超高水材料充填带或设置有1个或多于1个的超高水材料充填带；任意两个相邻超高水材料充填带之间或没有设置膏体充填带或设置有1个或多于1个的膏体充填带。
9.一种采空区不同材料交替充填方法，其特征在于：在采空区的同一个充填工作面内利用多个充填包进行充填，多个充填包包括多个膏体充填包和多个超高水材料充填包；多个充填包形成平行于工作面的横向充填带和垂直于工作面的纵向充填带，在相邻的横向充填带中，膏体充填包沿纵向位置错开。
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