CN114810073A - 一种工作面采空区高位灌浆充填方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采空区高位灌浆充填方法:在工作面回采过程中,预先在工作面顺槽中从顶板斜向采空区侧方向布置钻孔,在钻孔中预埋管路。待工作面回采通过该位置之后,利用充填泵通过充填管路,将高流动性的充填浆液输送至冒落区上方位置,依靠浆液的良好流动特性向采空区内漫灌,对采空区冒落带裂隙进行充填。建立起一种低成本、对采煤基本无影响的充填模式。该种充填模式消耗矸石量大,能够实现煤矸石的资源化、规模化利用,从根本上解决矸石处理问题,有效避免煤矿矸石排放堆积,以及矸石山引发的诸多大气、水、土壤污染问题,实现绿色开采。
Description
技术领域:
本发明涉及煤矿充填开采领域,尤其涉及一种工作面采空区充填工艺及流程,即基于工作面采空区充填的高位灌浆充填方法与流程。
背景技术:
煤矿的矸石具有产量大、存量多、容易污染环境等特殊性,目前采空区充填是规模化处理矸石最高效、最经济的技术手段之一,得到了国家政策大力支持和煤炭行业的广泛认可,已成为建设绿色矿山、科学采矿的重要基础性技术,是各矿区生态化建设的关键指标性技术之一,在全国范围内已经得到广泛的应用。但囿于生产过程中充填开采效率、充填成本的制约,不能实现煤矸石的资源化、规模化利用。本发明旨在寻求一种更加高效、经济的充填工艺及流程,从根本上解决矸石处理问题。
目前煤矿常用的处理矸石的充填开采技术主要有综采架后矸石充填、泵送膏体充填技术等。
综采架后矸石充填:综采架后矸石充填技术是在综合机械化采煤工作面回采的同时实现综合机械化矸石充填作业,通过综采工作面高效机械化采煤配套的矸石充填液压支架、矸石充填机等设备,推移支架后利用支架的后尾梁将采空区支撑住,将矸石送入掩护空间并向采空区压实的充填开采方法。该技术中,充填工艺可在支架掩护下进行,人员无需进入到采空区作业,实现了充填开采的机械化与快速化。综采架后充填系统处理能力大,消耗矸石量较多,已在翟镇煤矿、邢台煤矿等进行了推广应用。但该充填开采技术,需适宜的综采工作面三机配套设备,投入大,与采煤作业相互影响,制约生产,在实际推广应用中有一定的局限。
泵送膏体充填:泵送膏体充填是将煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、劣质土和城市固体废弃物等加工制作成不需脱水处理的膏状浆体,采用充填泵加压,通过管路输送到井下采空区,具有料浆流动性好、密实度高、充填体强度高的优势,对岩层移动与地表沉陷的控制效果较好。该方法以矸石为基础原料,添加水、粉煤灰等配料制成膏体(似膏体),可处理大量矸石,工艺及系统简单。该技术在新汶、淄博、济宁、邯郸、邢台、赤峰等矿区得到了应用。但该充填开采技术,受采空区顶板冒落影响,充填空间小,充填量受限。
发明内容:
针对现有矸石充填工艺的不足,按照对其他生产环节影响小、经济上投入产出比高的原则,提出一种高位灌浆充填开采方法,实现煤矸石的资源化、规模化利用,从根本上解决矸石处理问题。
一种高位灌浆充填开采方法,主要包括:注浆位置的选择、注浆工艺(干料配备、浆液制备、管路输送等)。
所述注浆位置:选择工作面顺槽高位注浆。在工作面回采过程中,预先在工作面顺槽中从顶板斜向采空区侧方向布置钻孔,在钻孔中预埋管路。待工作面回采通过该位置之后,利用充填泵通过充填管路,将高流动性的充填浆液输送至冒落区上方位置,依靠浆液的良好流动特性向采空区内漫灌,对采空区冒落带裂隙进行充填。
顺槽采用立式墩柱(木垛或者胶结体充填立柱,立柱布置在实体煤侧)支护的方式,保留靠近实体煤侧巷道部分(局部),确保直接顶岩层的相对稳定性。钻孔中提前布置好注浆管。
钻孔采用气动架式钻机,注浆管路采用无缝钢管制作,管路采用螺纹连接的方式接长。管路靠近后部(靠近采空区后部侧)段采用花管开孔的方式加工制作,避免浆液堵塞导致出浆困难。
进一步:该方法可滞后工作面一段距离进行作业,防止浆液波及工作面,确保不影响工作面采煤作业。实现采煤、充填平行作业,从而提高生产效率。
所述工艺流程主要分为干料制备、井下制浆、泵送充填三个环节,首先进行洗选矸石的加工、破碎(研磨),之后将破碎后的矸石颗粒(粉末)、粉煤灰等按比例运输至井下移动泵站,之后利用搅拌机等设备加水制备充填浆液,之后采用专用充填泵将浆液输送至顺槽内通过预留的顶板孔进行高位漫灌。
所述充填浆液为细粒型矸石充填浆液。浆液构成为:微小矸石颗粒+粉煤灰+添加剂(自配研发的胶结材料)+水。根据充填物料物理、化学、力学及输送性能测试,选择最佳的材料配比,按照设计配比精准制备充填浆液。
所述细粒型矸石充填浆液,具备流动性强、可远距离输送的特点。不受充填地点的局限,实现矿井采空区全方位充填。
所述细粒型矸石充填浆液,具有长时间不离析、不泌水的优良特性,可实现连续运输,隔班无需清管作业,连续性高,具备“断点续传、随启随用”的充填作业特性,实现隔班不清管的技术要求,提高生产效率。而目前应用广泛的煤矿胶结充填技术,存在堵管危险,充填一次后必须及时冲洗管路,作业程序繁琐。
所述细粒型矸石充填浆液,浆液扩散半径大,流动性强、充填范围大;浆液流动从注浆点向下呈扇形沿缝隙流动,最后堆积空间为不规则的圆锥体,充填率约能达到30~85%,消耗矸石量大,能满足消化矿井产生矸石的要求。
所述细粒型矸石充填浆液,也可以采用其他充填材料制作,如采用当地适宜的固体废料、砂土等代替微小矸石颗粒。
进一步:研发的一种可以取代水泥的新型胶凝材料。胶结剂与水拌合后发生水化反应,进而固结产生强度。胶结剂和水组成的浆体包裹在所有骨料的表面,并填充在骨料的间隙中。在膏体硬化前,胶结剂浆起润滑作用,赋予膏体一定的流动性,利于管道输送;在膏体硬化后胶凝剂起胶结固化作用,把骨料、掺合料等胶结成为整体,使膏体固化体产生强度。相同胶结材料用量下,使用自主研发的胶结剂时固化体强度较高。利用胶结剂替代普通水泥,降低胶结材料用量,进而降低充填材料成本。
本发明所带来的有益技术效果:
通过工作面采空区高位灌浆充填,建立起一种低成本、对采煤基本无影响的充填模式。该种充填模式消耗矸石量大,能够实现煤矸石的资源化、规模化利用,从根本上解决矸石处理问题,有效避免煤矿矸石排放堆积,以及矸石山引发的诸多大气、水、土壤污染问题。
1、与传统的综采架后注浆相比,采用工作面采空区高位灌浆充填,设备布设较为简单,设备投入少、周期短、操作简单。不需要专门的充填综采三机配套设备,在满足矿井矸石处理的前提下,节省大量投入。
2、与普通的泵送膏体充填相比,采用工作面采空区高位灌浆充填,充填量大,处理矸能力强,能够实现矿井矸石不升井的目标。
3、与传统的充填开采方式相比较,能够与采煤作业能够实现平行作业,互不影响。能够显著提高矿井生产效率。
4、目前应用广泛的煤矿胶结充填技术,普遍需要添加水泥、石灰等胶凝材料,导致充填材料费用较高。采用采用自主研发的胶结剂,能够替代水泥等,大幅降低矸石充填处理的成本。
附图说明:
图1:顺槽高位注浆点示意图
图2:立柱支护墙体与钻孔相对位置图
图3:高位充填巷道支护、扩散半径示意图
图4:充填工艺流程图
具体实施方式:
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
实施例一:如图1所示,本实施例中,在工作面回采过程中,预先在工作面顺槽中,从顶板斜向采空区侧方向布置钻孔,在钻孔中预埋管路,用作以后的充填管路。
待工作面回采通过该位置之后,利用充填泵通过充填管路,将高流动性的充填浆液输送至冒落区上方位置,依靠浆液的良好流动特性向采空区内漫灌,对采空区冒落带裂隙进行充填。
如图2所示,本实施例中,顺槽采用立式墩柱(木垛或者胶结体充填立柱,立柱布置在实体煤侧)支护的方式,保留靠近实体煤侧巷道部分(局部),确保直接顶岩层的相对稳定性。
如图3所示,本实施例中,目前已有的散体矸石间粉煤灰浆液浇注试验显示:浆液最后在散体中的堆积角度可控制在30~55°,浆液的扩散最大半径依据实验、经验值估算约30m。能够消耗大量矸石,实现矸石不升井的目的。
实施例二:如图4所示,在本实施例中,工艺流程主要分为干料配备、井下制浆、泵送充填三个环节。具体如下:
(1)干料配备
矸石破碎筛分系统主要包括破碎机、筛分机,完成矸石的加工破碎、研磨,为充填生产提供合格的细碎矸石。
破碎筛选后的矸石颗粒,按配比称量;与粉煤灰、添加剂按比例称量配料,运输至浆液制备站。
(2)井下制浆
浆液制备站主要负责矸石颗粒、粉煤灰、添加剂、水等材料的混合搅拌,为井下充填作业提供合格的浆液。
所述制备的浆液构成为:微小矸石颗粒+粉煤灰+添加剂(自配研发的胶结材料)+水。根据充填物料物理、化学、力学及输送性能测试,选择最佳的材料配比,按照设计配比精准制备充填浆液。
所述制备的浆液,具备流动性强、可远距离输送的特点。
所述制备的浆液,具有长时间不离析、不泌水的优良特性,可实现连续运输,隔班无需清管作业,连续性高,具备“断点续传、随启随用”的充填作业特性,实现隔班不清管的技术要求,提高生产效率。
所述制备的浆液,浆液扩散半径大,流动性强、充填范围大。
所述制备的浆液,采用采用自主研发的胶结剂,能够替代水泥等,大幅降低矸石充填处理的成本。
(3)泵送充填
制备完成的矸石充填浆液,利用充填泵进行泵送,通过充填管路,将高流动性的充填浆液输送至冒落区上方位置,依靠浆液的良好流动特性向采空区内漫灌,对采空区冒落带裂隙进行充填。
以上实施例中,通过采空区高位灌浆充填,建立起一种低成本、对采煤基本无影响的充填模式。该种充填模式消耗矸石量大,能够实现煤矸石的资源化、规模化利用,从根本上解决矸石处理问题。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域的普通技术人员应当理解,与本发明的技术方案实质相同的修改方案或者等同替换方案也应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.根据权利要求1所述的一种工作面采空区高位灌浆充填方法,其特征在于:在工作面回采过程中,预先在工作面顺槽中从顶板斜向采空区侧方向布置钻孔,在钻孔中预埋管路。待工作面回采通过该位置之后,利用充填泵,通过充填管路,将高流动性的充填浆液输送至冒落区上方位置,依靠浆液的良好流动特性向采空区内漫灌,对采空区冒落带裂隙进行充填。
2.根据权利要求1所述的一种工作面采空区高位灌浆充填方法,其特征在于:该方法可滞后工作面一段距离进行作业,防止浆液波及工作面,确保不影响工作面采煤作业。实现采煤、充填平行作业,生产效率高。
3.根据权利要求1所述的一种工作面采空区高位灌浆充填方法,所述工艺流程主要分为干料制备、井下制浆、泵送充填三个环节,首先进行洗选矸石的加工、破碎(研磨),之后将破碎后的矸石颗粒(粉末)、粉煤灰等按比例运输至井下移动泵站,之后利用搅拌机等设备加水制备充填浆液,之后采用专用充填泵将浆液输送至顺槽内通过预留的顶板孔进行高位漫灌。
4.根据权利要求3所述的一种工作面采空区高位灌浆充填方法,其特征在于:一种精确制备的细粒型矸石充填浆液。浆液构成为:微小矸石颗粒+粉煤灰+添加剂(自配研发的胶结材料)+水。根据充填物料物理、化学、力学及输送性能测试,选择最佳的材料配比,按照设计配比精准制备充填浆液。
5.根据权利要求3所述的一种工作面采空区高位灌浆充填方法,所述细粒型矸石充填浆液,流动性强、可远距离输送。不受充填地点的局限,实现矿井采空区全方位充填。
6.根据权利要求3所述的一种工作面采空区高位灌浆充填方法,所述细粒型矸石充填浆液,具有长时间不离析、不泌水的优良特性,可实现连续运输,隔班无需清管作业,连续性高,具备“断点续传、随启随用”的充填作业特性,实现隔班不清管的技术要求,提高生产效率。
7.根据权利要求4所述的一种工作面采空区高位灌浆充填方法,所述细粒型矸石充填浆液,浆液扩散半径大,流动性强、充填范围大;浆液流动从注浆点向下呈扇形沿缝隙流动,最后堆积空间为不规则的圆锥体,充填率约能达到30-85%,消耗矸石量大,能满足消化矿井产生矸石的要求。
8.根据权利要求3所述的一种工作面采空区高位灌浆充填方法,所述细粒型矸石充填浆液,所述采用新型胶凝材料,可以替代水泥。在膏体硬化前,胶结剂浆起润滑作用,赋予膏体一定的流动性,利于管道输送;在膏体硬化后胶凝剂起胶结固化作用,把骨料、掺合料等胶结成为整体,使膏体固化体产生强度。相同胶结材料用量下,使用自主研发的胶结剂时固化体强度较高。利用胶结剂替代普通水泥,降低胶结材料用量,进而降低充填材料成本。
9.根据权利要求3所述一种精确制备的细粒型矸石充填浆液,也可以采用其他充填材料制作,如采用当地适宜的固体废料、砂土等代替微小矸石颗粒。
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PB01 | Publication | ||
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