CN111594168A - 一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，涉及采矿工程回采和地表沉陷防治技术领域。该方法通过加固浆液使岩层和矸石相互配合，利用回采进尺放顶时间差、浆液重力下流和矸石空间裂缝规律，在矸石层内的隔断配置输出管，并在垮落的顶板岩层内注入浆液形成分段排列稳固的支护伪层，配合架设的密闭薄形墙体进行通风；其中第一工作面采用b形开采，后续的工作面采用p形开采；在预留的阶段性巷道初步垮落后利用预留的供液管浇筑巷道悬空空间，形成完整的伪采空层，控制地层沉陷和采场积水。该回采方法减少了工作面的掘进工作量，并可以有效的控制地表沉降，在低成本、高回采率和绿色环保的条件下完成了对矿产资源的开采。

Description

一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法

技术领域

本发明涉及采矿工程回采和地表沉陷防治技术领域，尤其是一种岩矸配合成形的伪采空层支护的避免沉陷的回采方法。

背景技术

随着经济的快速发展，对矿产资源的需求量日趋增大，尤其是煤炭资源的利用。但是地下资源的开采带来众多严重问题，比如地表被破坏，水资源、植被、建筑等受到严重威胁，耕地减少，这严重破坏了大自然与人类的和谐发展。另外在资源开采时受逐渐增大的地应力作用，原有的开采方式造成了较多的安全事故，如冲击地压、老空区积水突水等，造成人员伤亡。较低的回采率还造成了大量的资源浪费，进而可能面临资源枯竭的困境。现有的采煤方法中仍然存在采掘接续紧张、生产成本高的问题，这些严重制约着企业的发展。

采煤方法种类很多，目前常用采煤方法划分为壁式和柱式两大类。壁式采煤法的煤壁较长、工作面的两端巷道分别做入风和回风、运煤和运料用，采出的煤炭平行于煤壁方向运出工作面。柱式采煤法的煤壁短呈方柱形，同时开采的工作面数较多，采出的煤炭垂直于工作面方向运出。对于采空区的处理，一般根据顶板特征、煤层厚度和保护地表的特殊要求等条件进行处理，处理的方法主要有全部垮落法、充填法和煤柱支撑法。

现有的开采方法中大多留设煤柱从而降低了资源的回采利用率，由于充填法成本较高采空区的处理通常选择全部垮落法，而采空区的垮落会造成地表沉陷等问题。留设煤柱支撑采空区的方法会造成煤炭资源浪费，并且伴随有冲击地压危险，煤柱对采空区的支撑效果有限，还存在老空区积水等问题。因此，为提高煤炭资源的利用率、提高企业回采效率、限制地表沉陷保护自然环境、保证高安全性的指标，需要对现有的开采方法和采空区处理方法做进一步的改进。

发明内容

为了减少了工作面的掘进工作量，并可以有效的控制地表沉降，在低成本、高回采率和绿色环保的条件下完成了对矿产资源的开采，防治大面积顶板垮落、冲击地压和老空区突水，本发明提供了一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法。

该方法通过在垮落矸石层内设置输出管，在采空区分阶段的构筑多个拱形胶结矸石结构形成稳定的伪采空层限制沉陷，并且配合薄板形的浆体墙从而保证巷道通风，实现b形回采向p形回采的过渡，提高工作面开采效率。具体技术方案如下。

一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，步骤包括：

步骤一.根据采场的开采范围和煤层赋存情况，确定工作面参数，并计算薄形浆体墙和输出管的配置间距；

步骤二.布置轨道下山、运输下山、回风下山和联巷，沿下山的走向布置第一工作面，开切眼并构建b形工作面并完成工作面通风；

步骤三.工作面开采后方悬顶先利用临时支撑控制悬顶，沿走向在工作面巷道内逐个设置浆体墙模，并向浆体墙模内注浆，形成薄板形的浆体墙；

步骤四.工作面继续回采，在工作面后方强制放顶形成矸石层，钻孔贯穿矸石层安装输出管，输出管向矸石层内注浆，以输出管为顶轴形成拱形支撑段；

步骤五.工作面回采结束，多个拱形支撑段和浆体墙组合形成支护伪层；

步骤六.保留工作面的运输顺槽，相邻工作面布置为p形开采工作面，重复步骤三至步骤五，并通过供液管向废弃的运输顺槽内注浆，胶结巷道内垮落的矸石形成巷内筑体；

步骤七.在巷道内布置局部通风机向下一工作面鼓风，设置风门控制通风风量完成工作面通风；

步骤八.重复步骤三至步骤七直至完成对开采范围内的回采，在采场采空区构筑包括支护伪层和巷内筑体的完整伪采空层。

优选的是，b形工作面通风路径为：轨道下山-b形工作面-运输顺槽-联巷-回风下山。

优选的是，p形工作面通风路径为：轨道下山-新联巷-p形工作面-新运输顺槽-运输顺槽-联巷-回风下山。

还优选的是，临时支撑包括支柱和挡风板，支柱支撑在顶板下方，挡风板长度与工作面相等并沿着平行于工作面的方向布置相对布置。

还优选的是，运输顺槽内布置的浆体墙模的厚度为0.4-0.5m，高度等于工作面开采采高，每个浆体墙模的长度为1-2m；所述轨道下山内布置的浆体墙模的厚度为0.8-1m，高度等于工作面开采采高，每个浆体墙模的长度为1-2m。

还优选的是，轨道下山和运输顺槽内均布置有供液管，供液系统通过供液管送浆，各个输出管分别与供液管相连。

进一步优选的是，输出管上沿两个相对的侧面均匀设置有多个输液孔，输出管埋设在稳定岩体下方的矸石层内。

进一步优选的是，输出管水平放置，输液孔沿输出管轴线在同一水平高度对称放置；工作面沿开采方向均匀的划分为多个分段，每个分段内在分段中部设置输出管，浆液沿输液孔流出后形成对称的拱形胶结矸石块体。

进一步优选的是，局部通风机连接有通风软管，通风软管随工作面推进延伸。

本发明提供的一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，有益效果包括：

(1)该回采方法利用了采空区初步垮落后矸石的分布特征，通过输出管贯通矸石层在重力和管道压力作用下使注浆的浆液呈拱桥形向矸石缝隙扩散，在达到稳固顶板岩层目的的同时还降低了注浆成本，并且各个拱形胶结矸石结构还与浆体墙胶结在一起，保证了其结构的稳定性，还更好的发挥了封堵作用。

(2)该方法中通过浆体墙和锚杆锚索等支护结构联合作用，保证工作面巷道围岩稳定，并保持通风，浆体墙和拱形胶结矸石结构的支撑能力增强，采场内形成的支护伪层结构可以防止采空区沉降并避免采空区积水。

(3)该方法实现了b形开采向p形开采的过渡，并完善了开采过程中的通风路径，减少了安全煤柱的留设，同时还能保证开采安全，降低顶板控制成本，更方便实现机械化采煤。

(4)临时支撑保证了工作面在开切眼及开采初期的通风条件，浆体墙的设置降低了构筑巷旁支护结构的成本，还可以保证巷道较长的服务期限，分段设置可以方便施工；局部通风设备可以随工作面推进延伸，满足通风需要。

另外该方法构造了完整伪采空层，其强有力的整体支撑性，既能保证单一工作面的回采安全，又能限制采场的整体沉陷，还可以避免采场的积水现象，操作简单易实施，工程适用性较强，实现了工作面的安全高效回采，控制采空区沉陷的成本低。

附图说明

图1是岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法的施工步骤示意图；

图2是图1中的A-A截面示意图；

图3是输出管的结构示意图；

图4是浆体墙模结构示意图；

图中：1-回风下山，2-运输下山，3-轨道下山；4-运输顺槽，401-新运输顺槽；5-矸石层，6-输出管；701第一工作面，702第二工作面，703第三工作面，704-第四工作面；8-联巷，9-新鲜风，10-污风，11-采场，12-风门，13-新联巷，14-伪采空层；15-浆体墙，151浆体墙模，152输入孔；16-巷内筑体，17-拱形支撑段，18-局部通风机，19-输液孔，20临时支撑，21供液管。

具体实施方式

结合图1至图4所示，对本发明提供的一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法具体实施方式进行说明。

一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，该方法通过在垮落矸石层内设置输出管，在采空区分阶段的构筑多个拱形胶结矸石结构形成稳定的伪采空层限制沉陷，并且配合薄板形的浆体墙从而保证巷道通风，实现b形回采向p形回采的过渡，提高工作面开采效率。

具体的步骤包括：

步骤一.根据采场的开采范围和煤层赋存情况，确定工作面参数，并计算薄形浆体墙和输出管的配置间距。

其中需要考虑采场的储量、水文地质、工程地质和已施工井巷工程等，开采范围的划分根据煤田实际情况确定，煤层赋存情况包括煤层倾角、厚度等。工作面参数包括采高、回采方向、工作面长度和回采方式等。薄形浆体墙根据埋深和巷道设计使用年限确定厚度，输出管则根据拱形胶结矸石的跨度确定间距。

步骤二.布置轨道下山、运输下山、回风下山和联巷，沿下山的走向布置第一工作面，开切眼并构建b形工作面并完成工作面通风。

其中b形工作面平行于轨道下山开采，其轨道下山和工作面采空区组合的形状类似b形，从下往上开采，该工作面采用上山开采的方式。原设计巷道的轨道下山用于进风，b形工作面通风路径为：新鲜风从轨道下山进入b形工作面，污风先经过运输顺槽，后通过联巷进入回风下山，完成b形工作面的通风。

步骤三.工作面开采后方悬顶先利用临时支撑控制悬顶，沿走向在工作面巷道内逐个设置浆体墙模至工作面的安全距离处，并向浆体墙模内注浆，形成薄板形的浆体墙。

本步骤中工作面包括第一工作面和后续开采的工作面，例如第二工作面、第三工作面和第四工作面等，后续开采的工作面为p形工作面。

其中临时支撑包括支柱和挡风板，支柱支撑在顶板下方，用于控制顶板，挡风板长度与工作面相等并沿着平行于工作面的方向布置相对布置，挡风板能够形成屏障防止串风、漏风保证工作面开切眼初期形成完整的通风回路。

另外，运输顺槽内布置的浆体墙模的厚度为0.4-0.5m，高度等于工作面开采采高，每个浆体墙模的长度为1-2m，通常在运输顺槽内使用1m的浆体墙模。轨道下山内布置的浆体墙模的厚度为0.8-1m，高度等于工作面开采采高，每个浆体墙模的长度为1-2m，一般使用2m的浆体墙模。浆体墙模可以采用中空的木质矩形壳体制作而成，在新运输顺槽内使用相同的浆体墙模。

步骤四.工作面继续回采，在工作面后方强制放顶形成矸石层，钻孔贯穿矸石层安装输出管，输出管向矸石层内注浆，以输出管为顶轴形成拱形支撑段。

其中输出管上沿两个相对的侧面均匀设置有多个输液孔，输出管埋设在稳定岩体下方的矸石层内。输出管可以是壁厚为2mm的铁质材料，在矸石层内可以起到一定的支撑作用，其外侧留有均匀分布的输液孔，其内孔径为40mm，输液孔的孔径为10mm。输出管水平放置，输液孔沿输出管轴线在同一水平高度对称放置；另外输液孔处还可以设置半拱形的导流槽，使浆液从输出管喷出后沿导流槽留下，确保形成拱形胶结矸石结构。工作面沿开采方向均匀的划分为多个分段，各个分段相邻布置，每个分段内在分段中部设置输出管，浆液沿输液孔流出后在自重力和输出压力的影响下形成对称的拱形胶结矸石块体，如图2所示。

采空区垮落后矸石从初步垮落至压实的过程具有一定的时间差，对初步垮落的矸石层注入浆液形成胶结矸石结构，该支护结构可以很好的控制采空区沉陷。

步骤五.工作面回采结束，多个拱形支撑段和浆体墙组合形成支护伪层。

随着每个工作面的回采，按照设定的间距布置输出管，从而依次形成均匀排列的多个拱形支撑段，拱形支撑段在形成的过程中依次和浆体墙胶合在一起，从而组合形成稳定的支护伪层，能够有效的控制采空区沉陷。

步骤六.保留工作面的运输顺槽，相邻工作面布置为p形开采工作面，重复步骤三至步骤五，并通过供液管向废弃的运输顺槽内注浆，胶结巷道内垮落的矸石形成巷内筑体。

具体的是，保留本工作面的运输顺槽，该运输顺槽包括和轨道下山平行的运输顺槽，以及后续开采的工作面的新运输顺槽。后续开采的工作面例如第二工作面、第三工作面和第四工作面等，均采用p形开采。从b形开采到p形开采，工作面搬家方便，保证了工作面的接续。重复步骤三至步骤五，具体是重复浆体墙和拱形支撑段的制作过程，自第二工作面开始开采后工作面推进的长度范围内原有的运输顺槽废弃，巷道内矸石垮落，垮落的矸石通过供液管注浆形成巷内筑体。步骤三至步骤五可以重复一次至第二工作面开采结束；还可以执行步骤六直至开采结束。

轨道下山和运输顺槽内均布置有供液管，供液系统通过供液管送浆，各个输出管分别与供液管相连。供液管中的浆液可以是水泥材料，其输入依靠矿井的供液系统连接下山、顺槽的供液管，供液管可以向浆体墙模内灌入浆液。该供液管和输出管的布置方式操作简便，还可以方便施工。

其中各个p形工作面通风路径为：新鲜风流从轨道下山至新联巷，再经过p形工作面后，污风从新运输顺槽至运输顺槽，再经过联巷回到回风下山。其中新运输顺槽为当前开采工作面的运输顺槽，并且和轨道下山相平行；联巷为连通各个工作面下端头的巷道，新联巷为连通轨道下山和各个工作面的上端头的巷道，联巷和新联巷可以相互平行。

步骤七.在巷道内布置局部通风机向下一工作面鼓风，设置风门控制通风风量完成工作面通风。

当工作面距离轨道下山超过100m时执行步骤七，或者在步骤六的第二工作面开采完成后开始步骤七，其中局部通风机连接有通风软管，通风软管随工作面推进延伸，满足通风需求。本步骤主要是为了保证p形工作面开采的良好通风效果，改善工作面开采环境，并降低生产成本。

步骤八.重复步骤三至步骤七直至完成对开采范围内的回采，在采场采空区构筑包括支护伪层和巷内筑体的完整伪采空层，伪采空层可以有效地限制地层沉陷和采场积水。

在步骤八中，在重复步骤三至步骤七时，步骤六中重复步骤三至步骤五的部分可以不再执行，直接重复步骤三至步骤七。通过步骤七可以满足各个工作面的通风需求，从而改善通风环境。

为保证采场工作面的安全回采，在上述方法实施过程中，均有锚索、锚杆等对下山和顺槽进行支护，从而可以降低风险。开采时通过布置距离较短的工作面走向，使得每个工作面的运输顺槽的服务年限较短，也给开采提供可有利条件。

本方法减少了工作面掘进量，能够在低成本、高回采率、高效率、绿色环保的条件下，实现对矿产资源的安全开采，有利于防沉陷采矿方法的发展与革新。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，其特征在于，步骤包括：

步骤一.根据采场的开采范围和煤层赋存情况，确定工作面参数，并计算薄形浆体墙和输出管的配置间距；

步骤二.布置轨道下山、运输下山、回风下山和联巷，沿下山的走向布置第一工作面，开切眼并构建b形工作面并完成工作面通风；

步骤三.工作面开采后方悬顶先利用临时支撑控制悬顶，沿走向在工作面巷道内逐个设置浆体墙模，并向浆体墙模内注浆，形成薄板形的浆体墙；

步骤四.工作面继续回采，在工作面后方强制放顶形成矸石层，钻孔贯穿矸石层安装输出管，输出管向矸石层内注浆，以输出管为顶轴形成拱形支撑段；

步骤五.工作面回采结束，多个拱形支撑段和浆体墙组合形成支护伪层；

步骤六.保留工作面的运输顺槽，相邻工作面布置为p形开采工作面，重复步骤三至步骤五，并通过供液管向废弃的运输顺槽内注浆，胶结巷道内垮落的矸石形成巷内筑体；

步骤七.在巷道内布置局部通风机向下一工作面鼓风，设置风门控制通风风量完成工作面通风；

步骤八.重复步骤三至步骤七直至完成对开采范围内的回采，在采场采空区构筑包括支护伪层和巷内筑体的完整伪采空层。

2.根据权利要求1所述的一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，其特征在于，所述b形工作面通风路径为：轨道下山-b形工作面-运输顺槽-联巷-回风下山。

3.根据权利要求1所述的一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，其特征在于，所述p形工作面通风路径为：轨道下山-新联巷-p形工作面-新运输顺槽-运输顺槽-联巷-回风下山。

4.根据权利要求1所述的一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，其特征在于，所述临时支撑包括支柱和挡风板，支柱支撑在顶板下方，挡风板长度与工作面相等并沿着平行于工作面的方向布置相对布置。

5.根据权利要求1所述的一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，其特征在于，所述运输顺槽内布置的浆体墙模的厚度为0.4-0.5m，高度等于工作面开采采高，每个浆体墙模的长度为1-2m；所述轨道下山内布置的浆体墙模的厚度为0.8-1m，高度等于工作面开采采高，每个浆体墙模的长度为1-2m。

6.根据权利要求1所述的一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，其特征在于，所述轨道下山和运输顺槽内均布置有供液管，供液系统通过供液管送浆，各个输出管分别与供液管相连。

7.根据权利要求6所述的一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，其特征在于，所述输出管上沿两个相对的侧面均匀设置有多个输液孔，输出管埋设在稳定岩体下方的矸石层内。

8.根据权利要求7所述的一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，其特征在于，所述输出管水平放置，输液孔沿输出管轴线在同一水平高度对称放置；工作面沿开采方向均匀的划分为多个分段，每个分段内在分段中部设置输出管，浆液沿输液孔流出后形成对称的拱形胶结矸石块体。

9.根据权利要求1所述的一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法，其特征在于，所述局部通风机连接有通风软管，通风软管随工作面推进延伸。

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