CN113586053A - 三位一体沿空留巷矸石充填采矿法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及三位一体矸石充填方法，包括传统的矸石充填系统，以及间隔布置的弹性气囊，弹性气囊可以快速充填于矸石充填体与采空区顶板之间，尽快形成接顶，避免了接顶不及时造成的顶板、地表下沉，同时弹性气囊还可以对矸石充填体产生压缩作用，进一步减小矸石充填体的残余下沉；在此基础上，在间隔布置的弹性气囊之间设置有注砂系统，注砂系统可以使得前期矸石充填时，减小小粒径矸石的使用量，解决了矸石这种干式充填方法扬尘的问题，同时后期注入的细砂可以填充于矸石颗粒之间的空隙，减小残余压缩造成的下沉。此外，上述充填系统依托于沿空留巷，沿空留巷实现了无煤柱开采，极大的提高了回采率，而沿空留巷挡墙又为充填系统提供支撑。

Description

三位一体沿空留巷矸石充填采矿法
技术领域
本发明属于矿山充填开采领域，具体涉及一种三位一体沿空留巷矸石充填采矿法。
背景技术
煤矿开采后会产生大量的矸石，建筑物施工过程中也会产生大量的建筑物固体废弃物，矸石与建筑物固体废弃物通常通过堆积形式赋存于地面，占地面积大，污染水源，产生有害气体，其处理一直是难题。
煤矿开采后会产生地表下沉，在一些重要的建构筑物下压煤时，煤层无法直接开采，否则造成地表沉陷会破坏地面建构筑物，但是若不进行煤层的开采，又会浪费大量的自然资源，造成矿井接替困难，针对这一问题，充填开采应运而生，比如矸石充填开采即是一种煤矿中常用的充填采矿技术，其充填材料主要来源于矸石以及建筑物固体废弃物。但是矸石充填开采的弊端在于接顶困难，矸石充填体与采空区顶板总是有一些残存的空隙无法充填，且矸石经后期压缩后，会导致采空区顶板进一步下沉，造成充填效果不理想，这一直阻碍矸石充填开采大量推广。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明研究了一种三位一体沿空留巷矸石充填采矿法，包括如下步骤：
S1，修缮上一工作面的沿空留巷作为本工作面的回风巷道，同时掘进本工作面的运输巷道，开切眼以连通回风巷道与运输巷道；
S2，在切眼内布置回采设备，回采设备主要包括采煤机、刮板输送机和矸石充填液压支架；
S3，布置矸石充填系统，矸石充填系统中的矸石充填管路位于回风巷道内，矸石充填管路输送的矸石通过矸石充填液压支架填充于采空区内，形成第一位充填系统；
S4，布置弹性气囊充填系统，在弹性气囊靠近运输巷道的一端设置有充气支管、注浆支管、出气支管，充气支管、注浆支管分别与布置在运输巷道内的充气管路、第一注浆管路连接，形成第二位充填系统；
优选的，在充气支管上设置有气体流量计、充气阀门；在注浆支管上设置有浆液流量计、注浆阀门，在出气支管上设置有压力计、气体流量计和放气阀门，采空区顶板上设置有沉降监测点，矸石充填体内设置有压缩量监测点。
S5，布置细砂充填系统，细砂充填系统包含布置于运输巷道内的注砂管路和第二注浆管路，注砂管路和第二注浆管路皆与细砂充填尾管连接，沿细砂充填尾管轴向布置有一排出砂口，形成第三位充填系统；
S6，进行矿体回采，同时在运输巷道施工沿空留巷挡墙，高度直达采空区顶板，并在顶部留设充气支管、注浆支管、出气支管、细砂充填尾管安装孔；
S7，利用矸石充填系统进行矸石充填，减小或者不使用细微颗粒矸石；
S8，在矸石充填体与采空区顶板之间的间隙内沿工作面倾向间隔布置弹性气囊，向弹性气囊内充气，使弹性气囊足以支撑采空区顶板不下沉，当矸石充填体几乎不再压缩时，停止充气；通过注浆支管进行注浆，注浆的同时通过放气支管进行放气，保持注浆量和放气量持平；
优选的，弹性气囊间隔距离为回采步距的整数N倍。
优选的，弹性气囊中的注浆体采用高浓度。
S9，在相邻的两个弹性气囊之间安装有细砂充填尾管，细砂充填尾管一端支撑于上一工作面沿空留巷挡墙上，另一端支撑于本工作面沿空留巷挡墙上，并通过轴承与沿空留巷挡墙上的安装孔连接；将细砂充填尾管与注砂管路连接，注入细砂，弹性气囊中的注浆体固化后，继续注入细砂，细砂充填于弹性气囊之间；当注入的细砂量达到一定极限时；将第二注浆管路与细砂充填尾管连接，进行注浆，对矸石充填体进行固化，同时充填接顶；
由于第三位充填系统滞后回采工作面的回采区域一定距离，因此注入细砂不会造成工作面的扬尘，同时还可以填充矸石充填体间的空隙，减小后期残余压缩量。
优选的，注细砂时，出砂口朝下；注入细砂的顶面接近出砂口时，改为注浆，初期出砂口朝下，且注入稀浆，之后注入浓浆，并使得出砂口逐渐旋转，直至朝上，注浆体接顶。
S10，循环S6-S9，直至采完、充完本工作面。
优选的，回采工作面采用仰斜布置。
本发明的有益技术效果为：本发明针对矸石充填开采时接顶困难的难题，提出了三位一体矸石充填方法，包括传统的矸石充填系统，以及间隔布置的弹性气囊，弹性气囊可以快速充气，从而快速充填于矸石充填体与采空区顶板之间，尽快形成接顶，避免了接顶不及时造成的顶板、地表下沉，同时弹性气囊还可以对矸石充填体产生压缩作用，进一步减小矸石充填体的残余下沉，后期弹性气囊还可以置换为注浆充填体以形成最终的支撑；在此基础上，在间隔布置的弹性气囊之间设置有注砂系统，注砂系统可以使得前期矸石充填时，减小小粒径矸石的使用量，解决了矸石这种干式充填方法扬尘的问题，避免工人患尘肺病，同时后期注入的细砂可以填充于矸石颗粒之间的空隙，减小残余压缩造成的下沉。此外，上述充填系统依托于沿空留巷，沿空留巷实现了无煤柱开采，极大的提高了回采率，而沿空留巷挡墙又为充填系统提供支撑。
附图说明
图1是本发明三位一体沿空留巷矸石充填采矿法的俯视图；
图2是本发明沿空留巷墙体正视图(自运输巷道向回风巷道方向视图)；
图中，上一工作面的沿空留巷/回风巷道1，待回采矿体2、上一工作面沿空留巷挡墙3、运输巷道4、切眼5、回采区域6、弹性气囊7、充气支管8、注浆支管9、出气支管10、细砂充填尾管11、本工作面沿空留巷挡墙12。
具体实施方式
如图1-2所示，一种三位一体沿空留巷矸石充填采矿法，包括如下步骤：
S1，修缮上一工作面的沿空留巷作为本工作面的回风巷道1，回风巷道1一侧为本工作面待回采矿体2，另一侧为上一工作面沿空留巷挡墙3；同时掘进本工作面的运输巷道4，开切眼5，连通回风巷道1与运输巷道4；
S2，在切眼5内布置回采设备，回采设备主要包括采煤机、刮板输送机和矸石充填液压支架；回采设备随着工作面的推进不断前移，以图1中为例，回采设备当前位于回采区域6；
S3，布置矸石充填系统，矸石充填系统中的矸石充填管路位于回风巷道内，矸石充填管路输送的矸石通过矸石充填液压支架填充于采空区内，矸石制备系统可设置于井下也可设置于地面，如此形成第一位充填系统；
S4，布置弹性气囊充填系统，弹性气囊充填系统包含弹性气囊7，在弹性气囊7靠近运输巷道的一端设置有充气支管8、注浆支管9、出气支管10，充气支管8、注浆支管9分别与布置在运输巷道4内的充气管路、第一注浆管路连接，如此形成第二位充填系统；
优选的，在充气支管8上设置有气体流量计、充气阀门；在注浆支管9上设置有浆液流量计、注浆阀门，在出气支管10上设置有压力计、气体流量计和放气阀门，采空区顶板上设置有沉降监测点，矸石充填体内设置有压缩量监测点；
S5，布置细砂充填系统，细砂充填系统包含布置于运输巷道4内的注砂管路和第二注浆管路，注砂管路和第二注浆管路皆与细砂充填尾管11连接，细砂充填尾管11上沿其轴向布置有一排出砂口，如此形成第三位充填系统；
S6，进行本工作面内的待回采矿体2的回采工作，同时在运输巷道4靠近采空区侧施工本工作面沿空留巷挡墙12，本工作面沿空留巷挡墙12的高度直达采空区顶板；并在弹性气囊7对应位置留设充气支管8、注浆支管9、出气支管10安装孔，在细砂充填尾管11对应位置也留设安装孔；
S7，利用矸石充填系统进行矸石充填，矸石充填一般采用多种粒径的矸石颗粒进行充填，以提高充填体的密实性；在本案的矸石充填过程中减小或者不使用细微颗粒矸石(微小粒径的矸石)，降低矸石充填过程中的扬尘，所述细微颗粒可以理解为在矸石充填过程中可以扬起的颗粒；
S8，在矸石充填体与采空区顶板之间的间隙内(矸石充填无法接顶位置)沿工作面倾向(平行于切眼)间隔布置弹性气囊7，间隔距离为回采步距的整数N倍(如3倍、4倍)；向弹性气囊内充气，使弹性气囊足以支撑采空区顶板不下沉，避免由于矸石充填体不接顶而造成采空区顶板下沉，进而造成地表下沉；弹性气囊内持续充气，直至矸石充填体几乎不再压缩时，停止充气并关闭充气阀门；通过注浆支管进行注浆，注浆的同时通过放气支管进行放气，保持注浆量和放气量持平，即要保证弹性气囊内的压力不变；
优选的，弹性气囊中的注浆体采用高浓度。
S9，在相邻的两个弹性气囊7之间安装有细砂充填尾管11，细砂充填尾管一端支撑于上一工作面沿空留巷挡墙3上，另一端支撑于本工作面沿空留巷挡墙12上，并通过轴承与沿空留巷挡墙上的安装孔连接；将细砂充填尾管11与注砂管路连接，注入细砂，细砂可以充填进入矸石充填颗粒之间空隙；弹性气囊中的注浆体固化后，继续注入细砂，细砂充填于弹性气囊之间；
由于第三位充填系统滞后回采工作面的回采区域6一定距离，因此注入细砂不会造成工作面的扬尘，同时还可以填充矸石充填体间的空隙，减小后期残余压缩量；
当注入的细砂量达到一定极限时；将第二注浆管路与细砂充填尾管11连接，进行注浆，对矸石充填体进行固化，同时充填接顶。
优选的，注细砂时，出砂口朝下；注入细砂的顶面接近出砂口时，改为注浆，初期出砂口朝下，且注入稀浆，之后注入浓浆，并使得出砂口逐渐旋转，直至朝上，注浆体接顶。初期注入稀浆可以提高浆液扩散范围，弥补细砂没有充填的空隙，空隙充填完后，注入浓浆以形成接顶。
S10，循环S6-S9，直至采完、充完本工作面。
优选的，回采工作面采用仰斜布置。

Claims (5)

1.三位一体沿空留巷矸石充填采矿法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，修缮上一工作面的沿空留巷作为本工作面的回风巷道，同时掘进本工作面的运输巷道，开切眼以连通回风巷道与运输巷道；
S2，在切眼内布置回采设备，回采设备主要包括采煤机、刮板输送机和矸石充填液压支架；
S3，布置矸石充填系统，矸石充填系统中的矸石充填管路位于回风巷道内，矸石充填管路输送的矸石通过矸石充填液压支架填充于采空区内，形成第一位充填系统；
S4，布置弹性气囊充填系统，在弹性气囊靠近运输巷道的一端设置有充气支管、注浆支管、出气支管，充气支管、注浆支管分别与布置在运输巷道内的充气管路、第一注浆管路连接，形成第二位充填系统；
S5，布置细砂充填系统，细砂充填系统包含布置于运输巷道内的注砂管路和第二注浆管路，注砂管路和第二注浆管路皆与细砂充填尾管连接，沿细砂充填尾管轴向布置有一排出砂口，形成第三位充填系统；
S6，进行矿体回采，同时在运输巷道施工沿空留巷挡墙，高度直达采空区顶板，并在顶部留设充气支管、注浆支管、出气支管、细砂充填尾管安装孔；
S7，利用矸石充填系统进行矸石充填，减小或者不使用细微颗粒矸石；
S8，在矸石充填体与采空区顶板之间的间隙内沿工作面倾向间隔布置弹性气囊，向弹性气囊内充气，使弹性气囊足以支撑采空区顶板不下沉，当矸石充填体几乎不再压缩时，停止充气；通过注浆支管进行注浆，注浆的同时通过放气支管进行放气，保持注浆量和放气量持平；
S9，在相邻的两个弹性气囊之间安装有细砂充填尾管，细砂充填尾管一端支撑于上一工作面沿空留巷挡墙上，另一端支撑于本工作面沿空留巷挡墙上，并通过轴承与沿空留巷挡墙上的安装孔连接；将细砂充填尾管与注砂管路连接，注入细砂，弹性气囊中的注浆体固化后，继续注入细砂，细砂充填于弹性气囊之间；当注入的细砂量达到一定极限时；将第二注浆管路与细砂充填尾管连接，进行注浆，对矸石充填体进行固化，同时充填接顶；
S10，循环S6-S9，直至采完、充完本工作面。
2.根据权利要求1所述的采矿法，其特征在于，在充气支管上设置有气体流量计、充气阀门；在注浆支管上设置有浆液流量计、注浆阀门，在出气支管上设置有压力计、气体流量计和放气阀门，采空区顶板上设置有沉降监测点，矸石充填体内设置有压缩量监测点。
3.根据权利要求1所述的采矿法，其特征在于，步骤S8中，弹性气囊间隔距离为回采步距的整数N倍；弹性气囊中的注浆体采用高浓度。
4.根据权利要求1所述的采矿法，其特征在于，步骤S9中，注细砂时，出砂口朝下；注入细砂的顶面接近出砂口时，改为注浆，初期出砂口朝下，且注入稀浆，之后注入浓浆，并使得出砂口逐渐旋转，直至朝上，注浆体接顶。
5.根据权利要求1所述的采矿法，其特征在于，回采工作面采用仰斜布置。
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