CN114607379A - 覆岩压实注浆充填连续开采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤矿的一种覆岩压实注浆充填连续开采方法，在回采工作面之间不留隔离煤柱，将导水裂隙带上方隔离层之上的某一关键层作为注浆关键层，将注浆钻孔布置在靠近下一工作面的侧部裂隙厚度变化区，如此在下一工作回采时，可以同时利用本工作面的注浆钻孔和上一工作面的注浆钻孔同时向采动裂隙空间注入充填材料，保证注浆充填量与效果。本发明在保证注浆充填减沉效果的基础上，还可以大幅提高煤炭采出率。

Description

覆岩压实注浆充填连续开采方法
技术领域
本发明涉及煤矿充填与“三下”开采领域，具体为一种无煤柱开采条件下覆岩裂隙压实注浆充填连续开采方法。
背景技术
建(构)筑物压煤开采一直是困扰我国煤矿企业的重大技术难题。由于部分矿区资源逐渐枯竭，压煤的成功开采，对提高煤炭资源利用率，缓解矿井接替紧张局面，延长矿井服务年限具有重大意义。特别是对经济相对发达的华东、华北地区而言，随着土地资源愈发紧张以及征迁费用的提高，不搬迁开采建筑物下压煤势在必行。
传统采用的搬迁开采方法在实施过程中，面临的矿井与地方居民矛盾越来越尖锐，一方面是地方居民的诉求往往超过甚至远远高于现有赔偿标准，导致矿井无力支付，另一方面，由于村庄搬迁往往涉及大量人口，导致矿井在商谈过程中面临的工作量大、困难多，有时反而成为实际中的弱势一方。因而，寻求建筑物不搬迁开采方法对于煤矿生产而言意义重大。随着经济、社会、文明的发展，以及国土资源等相关政策的不断调整，地面景观与建筑物保护的要求愈加严格，地表不允许塌陷将成为常态。
充填是控制地表塌陷的源头技术。覆岩隔离注浆充填技术是近年来研发的“三下”采煤新技术，在建筑物压煤开采中发挥了重要作用。该技术基本原理为，选定关键层下方的覆岩裂隙空间，施工多组延伸至采动裂隙腔体的地面钻孔，在工作面回采过程中利用地面钻孔对裂隙腔体实施高压注浆充填，对采空区内破碎岩体产生压缩作用，在采空区中部形成压实区，压实区与工作面之间留设的一定宽度的隔离煤柱共同承载上覆岩层，维持关键层稳定性，以控制地表沉陷，有效保护地面建构筑物安全。
传统的覆岩隔离注浆充填技术应用过程中，为维持关键层稳定性，需要留设隔离煤柱，煤柱的留设导致煤炭损失，影响了煤炭采出率，且留隔离煤柱不适用于冲击地压与高瓦斯突出矿井。因此，需要一种不留隔离煤柱的连续开采注浆充填方法。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出了一种覆岩压实注浆充填连续开采方法，具体为一种无煤柱开采条件下覆岩裂隙注浆充填压实采空区方法，包括如下步骤：
S1，在煤层内布置若干个相邻的回采工作面，回采工作面之间不设隔离煤柱；
优选的，相邻工作面之间布置沿空巷道，所述沿空巷道为沿空留巷或者沿空掘巷。
S2，基于地层岩性与厚度确定覆岩内关键层位置；
S3，确定导水裂隙带范围，并在导水裂隙带上方留设一定厚度的隔离层，选定隔离层上方的某一关键层作为注浆关键层；该注浆关键层的岩层底面与其下方岩层的顶面形成注浆充填用裂隙空间；
S4，在工作面宽度方向，基于岩层垮落线将注浆关键层下的裂隙空间分为中部的裂隙厚度均匀区和侧部裂隙厚度变化区，其中裂隙厚度均匀区位于岩层垮落线向工作面以里；
S5，沿着工作面推进方向在第一个回采工作面上方的地表间隔施工若干垂直的注浆钻孔，注浆钻孔终孔施工至裂隙空间，注浆钻孔穿过侧部裂隙厚度变化区，该侧部裂隙厚度变化区靠近下一个将要采的工作面；
优选的，注浆钻孔穿过侧部裂隙厚度变化区并靠近裂隙厚度均匀区。
S6，在进行第一个工作面回采时通过该工作面内的注浆钻孔向裂隙空间注入充填材料；通过注浆充填将采空区内破碎岩体压实，形成压实区；
S7，在相邻的接替工作面内施工注浆钻孔，进行接替工作面的回采与注浆充填，回采时利用本工作面的注浆钻孔和上一工作面的注浆钻孔同时向裂隙空间注入充填材料；通过注浆充填将采空区内破碎岩体压实，形成压实区，并与前一工作面内的压实区连接成一体；
优选的，若相邻工作面巷道布置采用沿空留巷方式，上一个工作面开采结束，即进行接替工作面的回采与注浆充填，若相邻工作面巷道布置采用沿空掘巷方式，待上一个工作面开采结束且接替工作面准备完成后，进行接替工作面的回采与注浆充填。
优选的，所述充填材料为粉煤灰、矸石粉浆液。
S8，如此往复直至采完所有工作面，并在采空区内形成一个连续的压实区，支撑整个开采区域的上覆地层，控制地表沉陷。
本发明的减沉机理与有益效果如下：本发明在工作面之间不留隔离煤柱，将导水裂隙带上方隔离层之上的某一关键层作为注浆关键层，将注浆钻孔布置在靠近下一工作面的侧部裂隙厚度变化区，如此在下一工作回采时，可以利用本工作面的注浆钻孔和上一工作面的注浆钻孔同时向采动裂隙空间大量地注入充填材料，保证注浆充填量与效果。注浆钻孔不布置在厚度均匀区是因为后期该位置裂隙厚度不会继续增大，注浆钻孔存在进浆量小、易被堵死的风险，下一工作面开采时，前一工作面的注浆钻孔无法使用。对于第一个工作面，由于其倾向两侧皆受到煤壁支撑区影响，注浆充填量较少、压实区仅位于本工作面中部，本工作面的注浆钻孔即可满足注采匹配要求；而后续工作面受无隔离煤柱开采影响，仅一侧受煤柱支撑区影响，且其压实区要与前一工作面的压实区连接(压实区接近一个工作面的宽度)，故注浆充填需求量大。本发明在保证注浆充填减沉效果的基础上，可以大幅提高煤炭采出率，且将覆岩注浆充填技术的适用性拓展至冲击地压矿井与高瓦斯突出矿井，避免了留隔离煤柱带来的安全隐患。
附图说明
图1是本发明覆岩压实注浆充填连续开采方法钻孔布置平面图。
图2是本发明覆岩压实注浆充填连续开采方法钻孔布置剖面图。
图中：工作面1、关键层2、注浆关键层21、沿空巷道3、岩层垮落分界线4、注浆钻孔5、裂隙空间6、裂隙厚度变化区61、裂隙厚度均匀区62。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。
覆岩压实注浆充填连续开采方法，具体为一种无煤柱开采条件下采空区压实覆岩裂隙注浆充填方法，包括如下步骤：
S1，在煤层内布置若干个相邻的回采工作面1，回采工作面1之间不设隔离煤柱；
优选的，相邻工作面之间布置沿空巷道3，所述沿空巷道3为沿空留巷或者沿空掘巷。
S2，基于地层岩性与厚度确定覆岩内关键层2位置；
S3，确定导水裂隙带范围，并在导水裂隙带上方留设一定厚度的隔离层，选定隔离层上方的某一关键层2作为注浆关键层21；该注浆关键层21的岩层底面与其下方岩层的顶面形成注浆充填用裂隙空间6；
S4，在工作面宽度方向(左右方向)，基于岩层垮落线4(岩层垮落线向工作面以里的岩层破断垮落，岩层垮落线向工作面以外的岩层不破断呈悬臂状)将注浆关键层21下的裂隙空间6分为中部的裂隙厚度均匀区62和侧部裂隙厚度变化区61，其中裂隙厚度均匀区62位于岩层垮落线4向工作面以里；
S5，沿着工作面1推进方向(图1中前后方向)在第一个回采工作面上方的地表间隔施工若干垂直的注浆钻孔5，注浆钻孔终孔施工至裂隙空间6，注浆钻孔5穿过侧部裂隙厚度变化区61，该侧部裂隙厚度变化区靠近下一个将要采的工作面(图1中靠右侧)；
优选的，注浆钻孔5穿过侧部裂隙厚度变化区61并靠近裂隙厚度均匀区62。
S6，在进行第一个工作面回采时通过该工作面内的注浆钻孔5向裂隙空间6注入充填材料；通过注浆充填将采空区内破碎岩体压实，形成压实区；
S7，在相邻的接替工作面内施工注浆钻孔5，进行接替工作面的回采与注浆充填，回采时利用本工作面的注浆钻孔5和上一工作面的注浆钻孔5同时向裂隙空间6注入充填材料；通过注浆充填将采空区内破碎岩体压实，形成压实区，并与前一工作面内的压实区连接成一体；
优选的，若相邻工作面巷道布置采用沿空留巷方式，上一个工作面开采结束，即进行接替工作面的回采与注浆充填，若相邻工作面巷道布置采用沿空掘巷方式，待上一个工作面开采结束且接替工作面准备完成后，进行接替工作面的回采与注浆充填。
优选的，所述充填材料为粉煤灰、矸石粉浆液。
S8，如此往复直至采完所有工作面，并在采空区内形成一个连续的压实区，支撑整个开采区域的上覆地层，控制地表沉陷。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种覆岩压实注浆充填连续开采方法，包括如下步骤：
S1，在煤层内布置若干个相邻的回采工作面，回采工作面之间不设隔离煤柱；
S2，基于地层岩性与厚度确定覆岩内关键层位置；
S3，确定导水裂隙带范围，并在导水裂隙带上方留设一定厚度的隔离层，选定隔离层上方的某一关键层作为注浆关键层；该注浆关键层的岩层底面与其下方岩层的顶面形成注浆充填用裂隙空间；
S4，在工作面宽度方向，基于岩层垮落线将注浆关键层下的裂隙空间分为中部的裂隙厚度均匀区和侧部裂隙厚度变化区，其中裂隙厚度均匀区位于岩层垮落线向工作面以里；
S5，沿着工作面推进方向在第一个回采工作面上方的地表间隔施工若干垂直的注浆钻孔，注浆钻孔终孔施工至裂隙空间，注浆钻孔穿过侧部裂隙厚度变化区，该侧部裂隙厚度变化区靠近下一个将要采的工作面；
S6，在进行第一个工作面回采时通过该工作面内的注浆钻孔向裂隙空间注入充填材料；通过注浆充填将采空区内破碎岩体压实，形成压实区；
S7，在相邻的接替工作面内施工注浆钻孔，进行接替工作面的回采与注浆充填，回采时利用本工作面的注浆钻孔和上一工作面的注浆钻孔同时向裂隙空间注入充填材料；通过注浆充填将采空区内破碎岩体压实，形成压实区，并与前一工作面内的压实区连接成一体；
S8，如此往复直至采完所有工作面，并在采空区内形成一个连续的压实区，支撑整个开采区域的上覆地层，控制地表沉陷。
2.根据权利要求1所述的覆岩压实注浆充填连续开采方法，其特征在于，步骤S1中，相邻工作面之间布置沿空巷道，所述沿空巷道为沿空留巷或者沿空掘巷。
3.根据权利要求1所述的覆岩压实注浆充填连续开采方法，其特征在于，步骤S5中，注浆钻孔穿过侧部裂隙厚度变化区并靠近裂隙厚度均匀区。
4.根据权利要求2所述的覆岩压实注浆充填连续开采方法，其特征在于，步骤S7中，若相邻工作面巷道布置采用沿空留巷方式，上一个工作面开采结束，即进行接替工作面的回采与注浆充填，若相邻工作面巷道布置采用沿空掘巷方式，待上一个工作面开采结束且接替工作面准备完成后，进行接替工作面的回采与注浆充填。
5.根据权利要求1所述的覆岩压实注浆充填连续开采方法，其特征在于，所述充填材料为粉煤灰、矸石粉浆液。
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