CN111677506A - 治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法及装置，涉及煤矿技术领域，可以通过合理的注浆材料和工艺充满房柱式采空区，增强采空区煤柱的稳定性，进而保证煤矿开采的安全性。其中方法包括：依据煤矿开采参数确定下层煤房柱式采空区的超前治理距离；根据所述超前治理距离对所述下层煤房柱式采空区进行注浆处理；若判定注浆处理后的所述下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则启动上层煤开采流程；在判定所述上层煤开采结束后，利用回采设备回收所述下层煤房柱式采空区内的遗留煤柱。本申请适用于针对下层煤为房柱式采空区时的煤矿开采过程。
Description
技术领域
本申请涉及煤矿技术领域，尤其涉及到一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法及装置。
背景技术
由于历史原因，蒙陕地区下组煤(一般为5煤)存在大量的房柱式采空区，遗留煤柱的稳定性不仅影响采空区整体稳定和安全，易导致矿震等灾害发生，同时造成上方浅部煤层面临登空开采问题。蒙陕地区煤层整体偏厚，层间距偏小，而且受政策和安全形势影响，登空开采实施难度较大；同时下组煤厚度大、煤质好，房柱式开采回收率低，因此采空区遗留煤柱资源量较为可观，具有较高的回收价值。
发明内容
本申请提供了一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法及装置，能够通过合理的注浆材料和工艺充满房柱式采空区，增强采空区煤柱稳定性，进而保证煤矿开采的安全性。
根据本申请的一个方面，提供了一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法，其中方法包括：
依据煤矿开采参数确定下层煤房柱式采空区的超前治理距离；
根据所述超前治理距离对所述下层煤房柱式采空区进行注浆处理；
若判定注浆处理后的所述下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则启动上层煤开采流程；
在判定所述上层煤开采结束后，利用回采设备回收所述下层煤房柱式采空区内的遗留煤柱。
优选地，所述依据煤矿开采参数确定下层煤房柱式采空区的超前治理距离，具体包括：
提取各个煤矿开采参数对应的第一参数值；
基于所述第一参数值以及第一计算公式计算下层煤房柱式采空区的超前治理距离；
所述第一计算公式的特征描述为：
Lc＝Ly+Lb，Ly＝H*tanα，其中，Lc为所述超前治理距离，Ly为所述岩层移动安全距离，Lb为上层煤开采的保护范围，H为煤层间距，α为岩层移动角。
优选地，所述根据所述超前治理距离对所述下层煤房柱式采空区进行注浆处理，具体包括：
基于所述超前治理距离，并结合下层煤的煤层倾角、下层煤房柱式采空区范围、现有巷道分布以及上层煤正常工作面布置方式，匹配对应的治理分区规则；
依据所述治理分区规则将所述下层煤房柱式采空区划分为多个治理单元；
按照各个所述治理单元的治理顺序，依次对所述治理单元进行注浆处理。
优选地，所述对所述治理单元进行注浆操作，具体包括：
将所述治理单元对应煤层倾角最大的一端确定为帷幕墙边界；
利用第一注浆材料在所述帷幕墙边界处搭建帷幕墙；
在所述帷幕墙封堵区域内执行注浆操作。
优选地，所述帷幕墙的搭建宽度为10-20m，强度为3-5MPa，所述第一注浆材料为水泥、粉煤灰、煤粉及固废的混合体，其中水灰比为1:1～1:1.2，水泥含量占固体材料的20％～30％。
优选地，所述在所述帷幕墙封堵区域内进行注浆操作，具体包括：
在帷幕墙封堵区域内，利用定向钻头从墙体一端沿所述帷幕墙走向定向钻进，并实时判定所述定向钻头当前所处的煤层状态；
若判定所述煤层状态为煤柱，则继续向前钻进；
若判定所述煤层状态为煤房，则暂停钻进流程，通过管路将第二注浆材料定向注入所述煤房中，在所述煤房达到预设注浆压力时继续钻进。
优选地，所述第二注浆材料为水泥、粉煤灰、煤粉及固废的混合体，其中水灰比为1:0.8～1:1.2，水泥含量占固体材料10％～20％。
优选地，所述若判定注浆处理后的所述下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则启动上层煤开采流程，具体包括：
利用检测设备检测所述治理单元中各个煤房的注浆充满率以及第二注浆材料结石体的强度；
若判定所述注浆充满率大于第一预设阈值，且所述强度大于第二预设阈值，则确定所述下层煤房柱式采空区符合预设治理标准；
若确定所述下层煤房柱式采空区符合所述预设治理标准，则对所述超前治理距离内的上层煤进行开采；
若监测所述煤柱和/或所述上覆岩层的稳定性小于第三预设阈值，则控制暂停所述上层煤的开采流程。
优选地，所述在判定所述上层煤开采结束后，利用回采设备回收所述下层煤房柱式采空区内的遗留煤柱，具体包括：
确定长壁开采工作面；
在所述长壁开采工作面处安装包括采煤机和液压支架的回采设备，利用所述回采设备长壁开采回收所述治理单元中的遗留煤柱。
根据本申请的另一个方面，提供了一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于依据煤矿开采参数确定下层煤房柱式采空区的超前治理距离；
处理模块，用于根据所述超前治理距离对所述下层煤房柱式采空区进行注浆处理；
开采模块，用于若判定注浆处理后的所述下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则启动上层煤开采流程；
回收模块，用于在判定所述上层煤开采结束后，利用回采设备回收所述下层煤房柱式采空区内的遗留煤柱。
优选地，确定模块，具体用于提取各个煤矿开采参数对应的第一参数值；
基于所述第一参数值以及第一计算公式计算下层煤房柱式采空区的超前治理距离；
所述第一计算公式的特征描述为：
Lc＝Ly+Lb，Ly＝H*tanα，其中，Lc为所述超前治理距离，Ly为所述岩层移动安全距离，Lb为上层煤开采的保护范围，H为煤层间距，α为岩层移动角。
优选地，处理模块，具体用于基于所述超前治理距离，并结合下层煤的煤层倾角、下层煤房柱式采空区范围、现有巷道分布以及上层煤正常工作面布置方式，匹配对应的治理分区规则；
依据所述治理分区规则将所述下层煤房柱式采空区划分为多个治理单元；
按照各个所述治理单元的治理顺序，依次对所述治理单元进行注浆处理。
优选地，处理模块，具体用于将所述治理单元对应煤层倾角最大的一端确定为帷幕墙边界；
利用第一注浆材料在所述帷幕墙边界处搭建帷幕墙；
在所述帷幕墙封堵区域内执行注浆操作。
优选地，所述帷幕墙的搭建宽度为10-20m，强度为3-5MPa，所述第一注浆材料为水泥、粉煤灰、煤粉及固废的混合体，其中水灰比为1:1～1:1.2，水泥含量占固体材料的20％～30％。
优选地，处理模块，具体用于在帷幕墙封堵区域内，利用定向钻头从墙体一端沿所述帷幕墙走向定向钻进，并实时判定所述定向钻头当前所处的煤层状态；
若判定所述煤层状态为煤柱，则继续向前钻进；
若判定所述煤层状态为煤房，则暂停钻进流程，通过管路将第二注浆材料定向注入所述煤房中，在所述煤房达到预设注浆压力时继续钻进。
优选地，所述第二注浆材料为水泥、粉煤灰、煤粉及固废的混合体，其中水灰比为1:0.8～1:1.2，水泥含量占固体材料10％～20％。
优选地，开采模块，具体用于利用检测设备检测所述治理单元中各个煤房的注浆充满率以及第二注浆材料结石体的强度；
若判定所述注浆充满率大于第一预设阈值，且所述强度大于第二预设阈值，则确定所述下层煤房柱式采空区符合预设治理标准；
若确定所述下层煤房柱式采空区符合所述预设治理标准，则对所述超前治理距离内的上层煤进行开采；
若监测所述煤柱和/或所述上覆岩层的稳定性小于第三预设阈值，则控制暂停所述上层煤的开采流程。
优选地，回收模块，具体用于确定长壁开采工作面；
在所述长壁开采工作面处安装包括采煤机和液压支架的回采设备，利用所述回采设备长壁开采回收所述治理单元中的遗留煤柱。
借由上述技术方案，本申请提供的治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法，与目前直接开采的方式相比，本申请可先计算出下层煤房柱式采空区的超前治理距离，并依据超前治理距离对下层煤房柱式采空区进行注浆处理，在判定注浆处理后的下层煤房柱式采空区符合预设治理标准时，才启动上层煤开采流程。通过上述方法，可增强采空区煤柱的稳定性，进而保证煤矿开采的安全性。并且在本申请中，待上层煤开采完成后，可通过长壁综采的方法对下层煤房柱式采空区遗留煤柱进行安全高效回收，可避免对煤矿资源的浪费。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本地申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例提供的治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法的流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的另一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法的流程示意图；
图3示出了本申请实施例提供的一种下层煤房柱式采空区超前治理示意图；
图4示出了本申请实施例提供的一种下层煤房柱式采空区治理单元划分示意图；
图5示出了本申请实施例提供的一种治理单元中帷幕墙的搭建示意图；
图6示出了本申请实施例提供的一种房柱式采空区治理单元帷幕墙前进式注浆示意图；
图7示出了本申请实施例提供的一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的装置的结构示意图；
图8示出了本申请实施例提供的另一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的装置的结构示意图。
具体实施方式
下文将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
本实施例提供了一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法，如图1所示，该方法包括：
101、依据煤矿开采参数确定下层煤房柱式采空区的超前治理距离。
对于本实施例，在具体的应用场景中，为了避免下层煤房柱式采空区煤柱失稳诱发上层煤回采的安全问题，可首先根据矿区岩移规律、煤层间距、地层岩性与结构、埋深、煤厚、倾角等，确定出下层煤房柱式采空区超前治理范围。
102、根据超前治理距离对下层煤房柱式采空区进行注浆处理。
对于本实施例，在具体的应用场景中，在确定超前治理距离后，可对超前治理距离之后的下层煤房柱式采空区进行注浆处理，即对下层煤房柱式采空区中的空区进行注浆，进而形成封闭的煤层结构。
103、若判定注浆处理后的下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则启动上层煤开采流程。
其中，预设治理标准为超前治理范围、房柱式采空区充满率和注浆结石体强度均满足上层煤开采的安全性要求。
104、在判定上层煤开采结束后，利用回采设备回收下层煤房柱式采空区内的遗留煤柱。
对于本实施例，在具体的应用场景中，需要说明的是，上层煤的开采可在下层煤房柱式采空区全部治理结束后进行，也可与下层煤房柱式采空区治理同步进行，但应保证下层煤房柱式采空区超前治理范围应满足上述预设治理标准。
本实施例提供的一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法，可先计算出下层煤房柱式采空区的超前治理距离，并依据超前治理距离对下层煤房柱式采空区进行注浆处理，在判定注浆处理后的下层煤房柱式采空区符合预设治理标准时，才启动上层煤开采流程。通过上述方法，可增强采空区煤柱的稳定性，进而保证煤矿开采的安全性。并且在本申请中，待上层煤开采完成后，可通过长壁综采的方法对下层煤房柱式采空区遗留煤柱进行安全高效回收，可避免对煤矿资源的浪费。
进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了说明上述实施例的具体实施过程，本实施例提供了另一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法，如图2所示，该方法包括：
201、提取各个煤矿开采参数对应的第一参数值。
其中，煤矿开采参数可包括岩层移动安全距离、上层煤开采的保护范围、煤层间距、岩层移动角等。
202、基于第一参数值以及第一计算公式计算下层煤房柱式采空区的超前治理距离。
对于本实施例，在具体的应用场景中，下层煤房柱式采空区超前治理示意图可如图3所示，超前治理距离为已治理房柱式采空区33与上覆岩层中正回采工作面31的距离差，在下覆岩层中，在超前治理距离之后即为待治理的下层煤房柱式采空区34。
其中，第一计算公式的特征描述为：
Lc＝Ly+Lb，Ly＝H*tanα，其中，Lc为所述超前治理距离，Ly为所述岩层移动安全距离，Lb为上层煤开采的保护范围，根据经验系数，Lb可取30m，H为煤层间距，α为岩层移动角。
203、基于超前治理距离，并结合下层煤的煤层倾角、下层煤房柱式采空区范围、现有巷道分布以及上层煤正常工作面布置方式，匹配对应的治理分区规则。
需要说明的是，在具体的应用场景中，不同下层煤的煤层倾角、下层煤房柱式采空区范围、现有巷道分布以及不同的上层煤正常工作面布置方式，均会对应不同的治理分区规则，故在本实施例中，可根据采集到的下层煤的煤层倾角、下层煤房柱式采空区范围、现有巷道分布以及上层煤正常工作面布置方式，匹配对应的治理分区规则，以便将下层煤房柱式采空区划分为多个治理单元。
204、依据治理分区规则将下层煤房柱式采空区划分为多个治理单元。
对于本实施例，在具体的应用场景中，当确定出治理分区规则后，可按照分区规则将下层煤房柱式采空区划分为多个治理单元，如图4所示，可将下层煤房柱式采空区依次划分为A、B、C、D、E、F等多个治理单元，每个治理单元均包含一定数量的采空区煤柱342以及采空区煤房343，并且每个治理单元均配置有对应的治理顺序，其中，治理顺序可根据实际应用场景进行设定，如可设定多个治理单元同时进行注浆处理，或可设定各个治理单元按照分布顺序依次进行注浆处理等。
205、按照各个治理单元的治理顺序，依次对治理单元进行注浆处理。
对于本实施例，在具体的应用场景中，基于图4所示的实例，若将下层煤房柱式采空区依次划分为治理单元A、B、C、D、E、F后，可按照对应的治理顺序对各个治理单元进行注浆处理。
相应的，在对治理单元进行注浆操作时，实施例步骤205具体可以包括：将治理单元对应煤层倾角最大的一端确定为帷幕墙边界；利用第一注浆材料在帷幕墙边界处搭建帷幕墙；在帷幕墙封堵区域内执行注浆操作。
其中，根据经验系数，帷幕墙的搭建宽度可优选为10-20m，强度可优选为3-5MPa，第一注浆材料可为水泥、粉煤灰、煤粉及固废的混合体，其中水灰比可优选为1:1～1:1.2，水泥含量可占固体材料的20％～30％。
对于本实施例，在具体的应用场景中，如图5所示，在治理单元中搭建帷幕墙时，可在帷幕墙边界处，沿墙体走向布置2-3排定向钻孔，沿煤层顶部钻进，以前进式注浆方法施工，遇到空区即注入第一注浆材料，每注满一个煤房继续钻进和注浆，直至在帷幕墙边界处生成与外围实体煤341接合的帷幕墙344。
相应的，在帷幕墙封堵区域内进行注浆操作时，具体可以包括：在帷幕墙封堵区域内，利用定向钻头从墙体一端沿帷幕墙走向定向钻进，并实时判定定向钻头当前所处的煤层状态；若判定煤层状态为煤柱，则继续向前钻进；若判定煤层状态为煤房，则暂停钻进流程，通过管路将第二注浆材料定向注入煤房中，在煤房达到预设注浆压力时继续钻进。
其中，根据经验系数，第二注浆材料可为水泥、粉煤灰、煤粉及固废的混合体，其中水灰比可优选为1:0.8～1:1.2，水泥含量可占固体材料10％～20％。
对于本实施例，在具体的应用场景中，如图6所示，房柱式采空区治理单元帷幕墙前进式注浆过程可为，在治理单元内，根据治理范围、煤柱留设情况、采出率、顶板垮落等情况，选择适宜的钻孔间距、孔径、孔深进行定向钻孔布置，沿煤层顶部钻进，以前进式注浆方法施工，遇到空区即注入第二注浆材料，通过不断钻进和注浆，直至达到治理单元边界。
206、若判定注浆处理后的下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则启动上层煤开采流程。
在具体的应用场景中，实施例步骤206具体可以包括：利用检测设备检测治理单元中各个煤房的注浆充满率以及第二注浆材料结石体的强度；若判定注浆充满率大于第一预设阈值，且强度大于第二预设阈值，则确定下层煤房柱式采空区符合预设治理标准；若确定下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则对超前治理距离内的上层煤进行开采；若监测煤柱和/或上覆岩层的稳定性小于第三预设阈值，则暂停上层煤的开采流程。
其中，第一预设阈值和第二预设阈值可根据实际应用场景进行数值设定，根据经验系数，第一预设阈值可为90％，第二预设阈值可为1-2MPa；第二注浆材料结石体为第二注浆材料对应凝固状态下的结石体，在将第二注浆材料注入煤房后，需要对第二注浆材料的凝固状态进行判定，当判定第二注浆材料结石体的强度大于第二预设阈值时，即可确定第二注浆材料结石体达到预设强度标准。
对于本实施例，在具体的应用场景中，可通过交叉、交替、多次循环注浆的方式，并在高处补打定向钻孔放水、补浆，最终使浆液逐步接顶并达到注浆压力，实现治理单元注满，待帷幕墙范围内浆液凝固后，形成封闭治理单元。待治理单元内浆液凝固后，在治理单元内可利用定向钻施工检测钻孔并取芯，采用钻孔窥视等方法检测注浆充满率、浆液与煤柱胶结情况，通过岩石力学测试测试注浆材料结石体强度。经检测下层煤房柱式采空区超前治理范围、房柱式采空区充满率和注浆材料结石体强度满足设计要求时，即可进行上部煤层开采。治理结束后，可利用微震监测系统、矿压监测系统，对治理区域的煤柱及上覆岩层稳定性进行监测，为上层煤的回采与煤柱回收提供预测预警。
207、在判定上层煤开采结束后，利用回采设备回收下层煤房柱式采空区内的遗留煤柱。
在具体的应用场景中，实施例步骤207具体可以包括：确定长壁开采工作面；在长壁开采工作面处安装包括采煤机和液压支架的回采设备，利用回采设备长壁开采回收治理单元中的遗留煤柱。
通过上述治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法，可先计算出下层煤房柱式采空区的超前治理距离，并依据超前治理距离对下层煤房柱式采空区进行注浆处理，在判定注浆处理后的下层煤房柱式采空区符合预设治理标准时，才启动上层煤开采流程。通过上述方法，可增强采空区煤柱的稳定性，进而保证煤矿开采的安全性。并且在本申请中，待上层煤开采完成后，可通过长壁综采的方法对下层煤房柱式采空区遗留煤柱进行安全高效回收，可避免对煤矿资源的浪费。
进一步地，作为图1和图2所示方法的具体体现，本申请实施例提供了一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的装置，如图7所示，该装置包括：确定模块41、处理模块42、开采模块43、回收模块44。
确定模块41，用于依据煤矿开采参数确定下层煤房柱式采空区的超前治理距离；
处理模块42，用于根据超前治理距离对下层煤房柱式采空区进行注浆处理；
开采模块43，用于若判定注浆处理后的下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则启动上层煤开采流程；
回收模块44，用于在判定上层煤开采结束后，利用回采设备回收下层煤房柱式采空区内的遗留煤柱。
在具体的应用场景中，为了确定出下层煤房柱式采空区的超前治理距离，如图8所示，确定模块41，包括：提取单元411、计算单元412；
提取单元411，可用于提取各个煤矿开采参数对应的第一参数值；
计算单元412，可用于基于第一参数值以及第一计算公式计算下层煤房柱式采空区的超前治理距离；
其中，第一计算公式的特征描述为：
Lc＝Ly+Lb，Ly＝H*tanα，其中，Lc为超前治理距离，Ly为岩层移动安全距离，Lb为上层煤开采的保护范围，H为煤层间距，α为岩层移动角。
相应的，为了对下层煤房柱式采空区进行注浆处理，如图8所示，处理模块42，包括：匹配单元421、划分单元422、注浆单元423；
匹配单元421，可用于基于超前治理距离，并结合下层煤的煤层倾角、下层煤房柱式采空区范围、现有巷道分布以及上层煤正常工作面布置方式，匹配对应的治理分区规则；
划分单元422，可用于依据治理分区规则将下层煤房柱式采空区划分为多个治理单元；
注浆单元423，可用于按照各个治理单元的治理顺序，依次对治理单元进行注浆处理。
在具体的应用场景中，注浆单元423，具体可用于将治理单元对应煤层倾角最大的一端确定为帷幕墙边界；利用第一注浆材料在帷幕墙边界处搭建帷幕墙；在帷幕墙封堵区域内执行注浆操作。
其中，帷幕墙的搭建宽度为10-20m，强度为3-5MPa，第一注浆材料为水泥、粉煤灰、煤粉及固废的混合体，其中水灰比为1:1～1:1.2，水泥含量占固体材料的20％～30％。
在具体的应用场景中，为了实现在帷幕墙封堵区域内进行注浆操作，注浆单元423，具体可用于在帷幕墙封堵区域内，利用定向钻头从墙体一端沿帷幕墙走向定向钻进，并实时判定定向钻头当前所处的煤层状态；若判定煤层状态为煤柱，则继续向前钻进；若判定煤层状态为煤房，则暂停钻进流程，通过管路将第二注浆材料定向注入煤房中，在煤房达到预设注浆压力时继续钻进。
其中，第二注浆材料为水泥、粉煤灰、煤粉及固废的混合体，其中水灰比为1:0.8～1:1.2，水泥含量占固体材料10％～20％。
在具体的应用场净重，为了在判定注浆处理后的下层煤房柱式采空区符合预设治理标准时，启动上层煤开采流程，如图8所示，开采模块43，包括：检测单元431、确定单元432、开采单元433、控制单元434；
检测单元431，可用于利用检测设备检测治理单元中各个煤房的注浆充满率以及第二注浆材料结石体的强度；
确定单元432，可用于若判定注浆充满率大于第一预设阈值，且强度大于第二预设阈值，则确定下层煤房柱式采空区符合预设治理标准；
开采单元433，可用于若确定下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则对超前治理距离内的上层煤进行开采；
控制单元434，可用于若监测煤柱和/或上覆岩层的稳定性小于第三预设阈值，则控制暂停上层煤的开采流程。
相应的，为了在在判定上层煤开采结束后，利用回采设备回收下层煤房柱式采空区内的遗留煤柱，如图8所示，回收模块44，包括：确定单元441、回收单元442；
确定单元441，可用于确定长壁开采工作面；
回收单元442，可用于在长壁开采工作面处安装包括采煤机和液压支架的回采设备，利用回采设备长壁开采回收治理单元中的遗留煤柱。
需要说明的是，本实施例提供的一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的装置所涉及各功能单元的其它相应描述，可以参考图1至图2中的对应描述，在此不再赘述。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，与目前现有技术相比，本申请可先计算出下层煤房柱式采空区的超前治理距离，并依据超前治理距离对下层煤房柱式采空区进行注浆处理，在判定注浆处理后的下层煤房柱式采空区符合预设治理标准时，才启动上层煤开采流程。通过上述方法，可增强采空区煤柱的稳定性，进而保证煤矿开采的安全性。并且在本申请中，待上层煤开采完成后，可通过长壁综采的方法对下层煤房柱式采空区遗留煤柱进行安全高效回收，可避免对煤矿资源的浪费。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法，其特征在于，包括：
依据煤矿开采参数确定下层煤房柱式采空区的超前治理距离；
根据所述超前治理距离对所述下层煤房柱式采空区进行注浆处理；
若判定注浆处理后的所述下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则启动上层煤开采流程；
在判定所述上层煤开采结束后，利用回采设备回收所述下层煤房柱式采空区内的遗留煤柱。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据煤矿开采参数确定下层煤房柱式采空区的超前治理距离，具体包括：
提取各个煤矿开采参数对应的第一参数值；
基于所述第一参数值以及第一计算公式计算下层煤房柱式采空区的超前治理距离；
所述第一计算公式的特征描述为：
Lc＝Ly+Lb，Ly＝H*tanα，其中，Lc为所述超前治理距离，Ly为所述岩层移动安全距离，Lb为上层煤开采的保护范围，H为煤层间距，α为岩层移动角。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述超前治理距离对所述下层煤房柱式采空区进行注浆处理，具体包括：
基于所述超前治理距离，并结合下层煤的煤层倾角、下层煤房柱式采空区范围、现有巷道分布以及上层煤正常工作面布置方式，匹配对应的治理分区规则；
依据所述治理分区规则将所述下层煤房柱式采空区划分为多个治理单元；
按照各个所述治理单元的治理顺序，依次对所述治理单元进行注浆处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述治理单元进行注浆操作，具体包括：
将所述治理单元对应煤层倾角最大的一端确定为帷幕墙边界；
利用第一注浆材料在所述帷幕墙边界处搭建帷幕墙；
在所述帷幕墙封堵区域内执行注浆操作。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述帷幕墙的搭建宽度为10-20m，强度为3-5MPa，所述第一注浆材料为水泥、粉煤灰、煤粉及固废的混合体，其中水灰比为1:1～1:1.2，水泥含量占固体材料的20％～30％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述帷幕墙封堵区域内执行注浆操作，具体包括：
在帷幕墙封堵区域内，利用定向钻头从墙体一端沿所述帷幕墙走向定向钻进，并实时判定所述定向钻头当前所处的煤层状态；
若判定所述煤层状态为煤柱，则继续向前钻进；
若判定所述煤层状态为煤房，则暂停钻进流程，通过管路将第二注浆材料定向注入所述煤房中，在所述煤房达到预设注浆压力时继续钻进。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二注浆材料为水泥、粉煤灰、煤粉及固废的混合体，其中水灰比为1:0.8～1:1.2，水泥含量占固体材料10％～20％。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述若判定注浆处理后的所述下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则启动上层煤开采流程，具体包括：
利用检测设备检测所述治理单元中各个煤房的注浆充满率以及第二注浆材料结石体的强度；
若判定所述注浆充满率大于第一预设阈值，且所述强度大于第二预设阈值，则确定所述下层煤房柱式采空区符合预设治理标准；
若确定所述下层煤房柱式采空区符合所述预设治理标准，则对所述超前治理距离内的上层煤进行开采；
若监测所述煤柱和/或所述上覆岩层的稳定性小于第三预设阈值，则控制暂停所述上层煤的开采流程。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在判定所述上层煤开采结束后，利用回采设备回收所述下层煤房柱式采空区内的遗留煤柱，具体包括：
确定长壁开采工作面；
在所述长壁开采工作面处安装包括采煤机和液压支架的回采设备，利用所述回采设备长壁开采回收所述治理单元中的遗留煤柱。
10.一种治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于依据煤矿开采参数确定下层煤房柱式采空区的超前治理距离；
处理模块，用于根据所述超前治理距离对所述下层煤房柱式采空区进行注浆处理；
开采模块，用于若判定注浆处理后的所述下层煤房柱式采空区符合预设治理标准，则启动上层煤开采流程；
回收模块，用于在判定所述上层煤开采结束后，利用回采设备回收所述下层煤房柱式采空区内的遗留煤柱。
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| CN202010454366.1A CN111677506B (zh) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | 治理房柱式采空区实现上行开采并回收煤柱的方法及装置 |
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