CN115199328B - 一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，属于矸石充填工程设计领域。现有进行嗣后空间矸石注浆充填工程可行性分析、注充系统空间布局优化、矸石料浆配比优化试验、矸石料浆制备输送工艺及系统设计，结合嗣后空间结构及空隙率演化规律与嗣后空间矸石注浆充填控制岩层移动、地表减沉规律，确定嗣后矸石注浆充填层位与时机；基于嗣后空间矸石料浆流动扩散原理，得出矸石料浆扩散范围，给出注浆钻孔布局；建立注浆与空隙变化综合监测评价体系，给出煤矿开采嗣后矸石注浆充填工程效果评价。本方法能够有效解决煤矿开采矸石处置难题，并为嗣后空间注浆充填及工程应用提供了新思路，实际操作性强，方案设计合理。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，属于矸石充填工程设计领域。
背景技术
煤炭开采过程中会产生大量矸石，我国每年新增矸石约6.5亿吨，存在矸石山自燃、爆炸及滑坡等隐患。近年来随着国家政策的不断完善，在矸石处理与治理方面也提出了更高要求。注浆充填技术作为一种绿色充填技术，由于能较好的处置矸石而在条件适宜的矿区得到了较快发展，但目前矸石注浆充填技术的充填位置大多针对煤矿开采的垮落带区域，没有充分利用井下空间，而且注浆工程影响生产；离层注浆技术利用关键层下的离层空间进行注浆充填，但其注浆充填材料主要为粉煤灰和水，矸石处理量小。因此，结合注浆充填技术研究现状，针对矸石排放量大、难以集中处理利用的技术难题，创新采用煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法利用煤矿开采过程中产生的大量地下空间以料浆的形式回填矸石，对于矸石高效集中处理具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足之处，提供一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，在低工作面干扰的情况实现矸石的井下高效处理，创新煤矸石井下充填处理技术，完善矸石综合处理与利用技术体系。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，包括以下步骤：
步骤1、对煤矿进行嗣后注浆充填工程可行性分析：基于矿井矸石处置需求与地区环保法规政策，针对技术可行、经济可行两方面给出煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程可行性分析；
步骤2、确定注充系统空间的布局：根据矿井地质资料、矸石源位置、井下空间确定矸石充填料浆的制备位置及制备输送系统布置方式，并选择充填空间；
步骤3、矸石料浆特性测试及配比优化：分析矸石物理化学性质，研究矸石破碎及细粒径矸石保水悬浮特性，测试不同粒径级配及浓度矸石料浆的输送及力学性能，优化确定矸石充填材料配比，使其满足注浆充填要求；
步骤4、矸石料浆制备输送工艺及系统设计：基于矿井现有设备及工艺，提出矸石充填料浆制备输送工艺流程，设计矸石充填料浆制备输送系统，开展矸石料浆制备输送系统关键设备选型与配套；
步骤5、确定嗣后空间矸石料浆的注浆时机：结合矸石料浆处置空间结构及空隙率演化规律，分析嗣后空间的时间效应，确定嗣后空间不衰减时为最佳注浆充填时机；
步骤6、基于嗣后空间矸石注浆扩散范围优化钻孔布局：基于嗣后空间矸石料浆流动扩散原理，结合矿井地质条件，得到嗣后空间矸石注浆扩散范围，给出嗣后空间矸石注浆钻孔布局；
步骤7、设计矸石注浆充填效果保障措施：基于嗣后空间矸石注浆充填工程中的堵管现象、不吸浆现象、套管漏浆现象、跑浆现象，提出预防及处理措施方案；
步骤8、对煤矿开采嗣后注浆充填效果实测分析：建立注浆与空隙变化综合监测评价体系，设计嗣后矸石注浆充填效果监测方案，根据实测分析数据，给出煤矿开采嗣后矸石注浆充填工程效果评价。
进一步，该设计方法的适应范围为：①适用于各种地质条件煤层开采后的嗣后空间；②适用于年处理矸石量小于200万t/a、泵送能力小于250m3/h的矿井；③适用于不缺水或矿井水可以循环利用的矿井；④矸石料浆中矸石的硬度要在4～8.5之间，以满足分级破碎的要求。
进一步，所述注充系统空间布局方式由制备输送系统布置方式与注浆处置区域布置方式两部分构成，确定方式如下：
a1、制备输送系统基于矸石源与输送距离两个考虑因素，包括地面、井下及混合三种布置方式，当矸石源为地面矸石山、地面选煤厂时，制备及输送系统均布置在地面；当矸石源为井下掘进工作面、井下分选系统时，制备及输送系统均布置在井下；当矸石源与嗣后空间位置较远、输送距离远时，为了克服矸石料浆混合后不易输送的难题，粗颗粒矸石输送至井下，细颗粒矸石地面制浆自流至井下，配料搅拌输送系统布置在井下；
a2、注浆处置区域布置方式根据矿井地质条件、工作面尺寸、埋深和相邻工作面情况以及矿井充填需求确定，注浆处置区域包括垮落带、离层带及整体嗣后空间三类，其中垮落带分为本面垮落带和邻面垮落带两种；通过向离层带注浆用于控制地表沉陷及矿山压力显现，同时处理较少量矸石，垮落带利用处理后的矸石料浆进行注浆充填同时处理采煤矸石；整体嗣后空间注浆可最大限度利用地下空间实现井下矸石规模化处理，同时实现地表变形及矿压控制。
进一步，所述嗣后空间矸石注浆扩散范围确定方法如下：
b1、基于实验室矸石料浆的堆积角度测试及坍落拓展度测试，对颗粒流细观参数逆行标定，确定矸石料浆的摩擦系数、最大吸引力、吸引力范围、滚动摩擦系数，与宏观物理力学参数之间建立一一对应关系，对于标定过程来说，只要颗粒间相互作用表现出来的宏观物理力学参数与矸石充填材料实际参数基本一致，即可认为所采用的参数能够用来模拟矸石料浆；
b2、借助离散元软件PFC3D建立嗣后空间矸石注浆充填数值模型，在嗣后空间模型内部构建破碎岩体的Rblock单元用以模拟空隙率；
b3、在注浆管内生成设计粒径的料浆颗粒，设置注浆初速度，在矸石料浆离开注浆管后，依靠重力和注浆压力在破碎岩体空隙中继续并填充破碎岩体空隙，最终得到矸石料浆扩散结果。
b4、根据矸石料浆扩散模拟结果，结合经验公式法与极限分析法，确定矸石料浆的扩散半径及覆盖整个嗣后空间的钻孔间距，布置的注浆钻孔间距应略小于扩散半径的二倍，以充分利用每个注浆钻孔，保证注浆效果。
进一步，注浆与空隙变化综合监测评价体系包括制浆效果监测、注浆效果监测与空隙变化监测，监测设备有浆体压力计、浆体流量计、RTK监测设备与激光粒度仪。
c1、制浆效果监测指标包括浆体浓度和颗粒粒径，浆体浓度是衡量浆液是否符合预期配比以及制浆系统运行情况的重要指标，同时浆体浓度影响着浆体的输送特性及其在充填空间的扩散与沉析特性；颗粒粒径反映矸石破碎和球磨效果，且浆液颗粒粒径分布同样是影响浆液输送、扩散及沉析特性的关键因素，通过反复配比和试验，制浆效果监测评价指标为浆体浓度最佳值为50％～70％、颗粒粒径中细粒径(0～0.15):粗粒径(0.15～2)＝6:4～7:3；
c2、注浆效果监测指标包括注浆速度、注浆压力和单孔注浆量；注浆速度即单位时间注浆量，通过其值推测实际年注浆量是否达到预期注浆效果；注浆压力反映浆液注入难易程度，其变化规律能够反映注浆工作的连续性及系统故障问题；单孔注浆量反映浆液充实嗣后空间的程度，单孔注浆量是评价能否达到预设注浆值的关键，单孔注浆量接近或超过理论预期值则说明注浆效果良好，注浆效果监测评价指标为单孔注浆速度120t/h以上、孔口注浆压力应低于2MPa、单孔注入量理论最大注入量达80％以上；
c3、空隙变化监测指标为地表变形量和关键层变形情况；通过地表岩移监测直接反映地表变形情况，由于关键层变形无法直接观测，需通过地表变形速度、变形量以及注浆速度、单孔注浆量来综合评判，地表变形速度越慢、变形量越小、注浆速度越快、单孔注浆量越大则说明关键层变形越小，注浆效果也越好，空隙变化监测评价指标为地表下沉量和地表下沉速度降低50％以上、关键层不出现大范围破断下沉。
有益效果：本方法消耗开采过程中产生的矸石进行嗣后空间的充填，确定嗣后空间矸石注浆扩散范围，不仅能够对嗣后空间进行治理，同时能够有效处置矸石，减少矸石污染；本方法基于矿井需求及条件，设计矸石充填料浆的制备及输送系统布置方式、进行矸石料浆特性测试及配比优化试验、设计矸石料浆制备输送工艺及系统、确定嗣后矸石注浆充填注浆时机及钻孔布局、设计矸石注浆充填效果保障措施及进行注浆充填效果实测分析并评价。有效解决了煤矿开采矸石处置难题，为嗣后空间注浆充填及工程应用提供了新思路，实际操作性强，方案设计合理。在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1为本发明的煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法流程图；
图2为本发明的注浆与空隙变化综合监测评价体系示意图。
具体是实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
根据图1所示，本发明的一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，参考具体矿井的实施例：主采3-1煤层，平均厚度5.7m，倾角为1～3°，面长246m，推进长度2775m，煤层埋藏深度为659.7m，矿井核定生产能力为800万t/a。
基于该矿井地质资料与地区环保法规政策，结合矿井目前无矸石填满场地的实际情况及实现矸石全部井下处置的工程需求，确定煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程可行，设计矸石料浆制备输送系统布置在地面，注浆处置区域为整体嗣后空间。
通过矸石料浆特性测试，确定料浆的固料质量浓度为60％，粗细矸石质量比为0.5:1，其中粗颗粒矸石粒径范围0.15～2mm，细颗粒矸石粒径范围0～0.15mm。
地面矸石料浆制备及输送工艺流程为：选煤厂洗选产生的矸石进入颚式破碎机进行一级破碎至40mm以下，然后由带式输送机运输至对辊制砂机进行二级破碎至2mm以下，一部分直接进入配料机，另一部分进入到溢流式球磨机研磨至0.15mm以下，通过溜槽进入配料机与2mm以下的矸石加水一起配料，制成合格浆液后注入嗣后空间中。
根据嗣后空间变形及料浆运移扩散规律，确定钻孔间距为300m，工作面共布置9个钻孔，钻孔深度为522m，距离煤层131m的中粒砂岩下方，岩层平均厚度为51m。根据相近条件工作面地表下沉实测数据类比，确定工作面回采完毕的两年时间内进行注浆。
注浆过程中注浆效果及指标均达到预期目标，见图2，注浆工程效果显著，采用煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法后可节约吨矸处理费用为8.17元/t。
注充系统空间布局方式由制备输送系统布置方式与注浆处置区域布置方式两部分构成，制备输送系统基于矸石源与输送距离两个考虑因素有地面、井下及混合三种布置方式，注浆处置区域包括垮落带、离层带及整体嗣后空间注浆充填三种布置方式。
矸石物理化学性质测试内容包括矸石密度、矿物成分及化学成分；矸石破碎及细粒径矸石保水悬浮特性研究过程为：将煤矸石一部分分别破碎筛分为2mm以下、2～5mm、5～8mm、8～10mm的粗粒径矸石，另一部分破碎筛分至2mm以下后经进一步机械研磨得到粒径为0.15mm以下的细粒径矸石，分别测试粗细粒径矸石的粒径分布、微观形貌及化学结构；矸石料浆的输送及力学性能测试与配比优化内容包括沉析率、扩展度及散体矸石压实特性。
矸石料浆制备系统包括粗料制备、细料制备、称量配料与搅拌制浆四大模块，主要设备有颚式破碎机、对辊制砂机、球磨机与搅拌机；所述矸石料浆输送系统包括输送动力、管路布置与注浆工艺三大模块，主要包括工业泵、管路尺寸及钻孔布置；所述充填料浆智能制备输送管控平台由数据采集平台、信息处理平台、智能决策平台三大部分组成，实现自动判断预警、料浆配比智能调控、智能强化学习等功能。
嗣后空间矸石注浆钻孔布局及注浆时机的确定方法为：基于矿井地质条件，建立空隙率力学计算模型及蠕变数值模型分析嗣后空间空隙分布规律，借助离散元软件PFC3D，以含矸石料浆物理力学属性为参照，建立钻孔周围料浆扩散的数值模型，研究矸石料浆迁移扩散规律，通过料浆扩散范围确定注浆钻孔布局，以嗣后注浆空间不衰减为原则确定注浆时机。
注浆与空隙变化综合监测评价体系包括制浆效果、注浆效果、空隙变化三大监测模块，监测设备有浆体压力计、浆体流量计、RTK监测设备、激光粒度仪等，评价指标为浆体浓度最佳值为50％～70％、颗粒粒径中细粒(0～0.15):粗粒(0.15～2)＝6:4～7:3为最佳配比、单孔注浆速度120t/h以上、孔口注浆压力应低于2MPa、单孔注入量理论最大注入量达80％以上、地表下沉量和地表下沉速度降低50％以上、关键层不出现大范围破断下沉。若注浆充填效果及指标达到预期目标，则结束；若注浆充填效果及指标没有达到预期目标，则重新进行矸石料浆特性测试及配比优化以及确定嗣后空间矸石料浆的注浆时机。
Claims (5)
1.一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对煤矿进行嗣后注浆充填工程可行性分析：基于矿井矸石处置需求与地区环保法规政策，针对技术可行、经济可行两方面给出煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程可行性分析；
步骤2、确定注充系统空间的布局：根据矿井地质资料、矸石源位置、井下空间确定矸石充填料浆的制备位置及制备输送系统布置方式，并选择充填空间；
步骤3、矸石料浆特性测试及配比优化：分析矸石物理化学性质，研究矸石破碎及细粒径矸石保水悬浮特性，测试不同粒径级配及浓度矸石料浆的输送及力学性能，优化确定矸石充填材料配比，使其满足注浆充填要求；
步骤4、矸石料浆制备输送工艺及系统设计：基于矿井现有设备及工艺，提出矸石充填料浆制备输送工艺流程，设计矸石充填料浆制备输送系统，开展矸石料浆制备输送系统关键设备选型与配套；
步骤5、确定嗣后空间矸石料浆的注浆时机：结合矸石料浆处置空间结构及空隙率演化规律，分析嗣后空间的时间效应，确定嗣后空间不衰减时为最佳注浆充填时机；
步骤6、基于嗣后空间矸石注浆扩散范围优化钻孔布局：基于嗣后空间矸石料浆流动扩散原理，结合矿井地质条件，得到嗣后空间矸石注浆扩散范围，给出嗣后空间矸石注浆钻孔布局；
步骤7、设计矸石注浆充填效果保障措施：基于嗣后空间矸石注浆充填工程中的堵管现象、不吸浆现象、套管漏浆现象、跑浆现象，提出预防及处理措施方案；
步骤8、对煤矿开采嗣后注浆充填效果实测分析：建立注浆与空隙变化综合监测评价体系，设计嗣后矸石注浆充填效果监测方案，根据实测分析数据，给出煤矿开采嗣后矸石注浆充填工程效果评价。
2.根据权利要求1所述的煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，其特征在于，该设计方法的适应范围为：①适用于各种地质条件煤层开采后的嗣后空间；②适用于年处理矸石量小于200万t/a、泵送能力小于250m3/h的矿井；③适用于不缺水或矿井水可以循环利用的矿井；④矸石料浆中矸石的硬度要在4~8.5之间，以满足分级破碎的要求。
3.根据权利要求1所述的煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，其特征在于，所述注充系统空间布局方式由制备输送系统布置方式与注浆处置区域布置方式两部分构成，确定方式如下：
a1、制备输送系统基于矸石源与输送距离两个考虑因素，包括地面、井下及混合三种布置方式，当矸石源为地面矸石山、地面选煤厂时，制备及输送系统均布置在地面；当矸石源为井下掘进工作面、井下分选系统时，制备及输送系统均布置在井下；当矸石源与嗣后空间位置较远、输送距离远时，为了克服矸石料浆混合后不易输送的难题，粗颗粒矸石输送至井下，细颗粒矸石地面制浆自流至井下，配料搅拌输送系统布置在井下；
a2、注浆处置区域布置方式根据矿井地质条件、工作面尺寸、埋深和相邻工作面情况以及矿井充填需求确定，注浆处置区域包括垮落带、离层带及整体嗣后空间三类，其中垮落带分为本面垮落带和邻面垮落带两种；通过向离层带注浆用于控制地表沉陷及矿山压力显现，同时处理较少量矸石，垮落带利用处理后的矸石料浆进行注浆充填同时处理采煤矸石；整体嗣后空间注浆可最大限度利用地下空间实现井下矸石规模化处理，同时实现地表变形及矿压控制。
4.根据权利要求1所述的煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，其特征在于，所述嗣后空间矸石注浆扩散范围确定方法如下：
b1、基于实验室矸石料浆的堆积角度测试及坍落拓展度测试，对颗粒流细观参数逆行标定，确定矸石料浆的摩擦系数、最大吸引力、吸引力范围、滚动摩擦系数，与宏观物理力学参数之间建立一一对应关系，对于标定过程来说，只要颗粒间相互作用表现出来的宏观物理力学参数与矸石充填材料实际参数基本一致，即可认为所采用的参数能够用来模拟矸石料浆；
b2、借助离散元软件PFC3D建立嗣后空间矸石注浆充填数值模型，在嗣后空间模型内部构建破碎岩体的Rblock单元用以模拟空隙率；
b3、在注浆管内生成设计粒径的料浆颗粒，设置注浆初速度，在矸石料浆离开注浆管后，依靠重力和注浆压力在破碎岩体空隙中继续并填充破碎岩体空隙，最终得到矸石料浆扩散结果；
b4、根据矸石料浆扩散模拟结果，结合经验公式法与极限分析法，确定矸石料浆的扩散半径及覆盖整个嗣后空间的钻孔间距，布置的注浆钻孔间距应略小于扩散半径的二倍，以充分利用每个注浆钻孔，保证注浆效果。
5.根据权利要求1所述的煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，其特征在于，注浆与空隙变化综合监测评价体系包括制浆效果监测、注浆效果监测与空隙变化监测，监测设备有浆体压力计、浆体流量计、RTK监测设备与激光粒度仪；
c1、制浆效果监测指标包括浆体浓度和颗粒粒径，浆体浓度是衡量浆液是否符合预期配比以及制浆系统运行情况的重要指标，同时浆体浓度影响着浆体的输送特性及其在充填空间的扩散与沉析特性；颗粒粒径反映矸石破碎和球磨效果，且浆液颗粒粒径分布同样是影响浆液输送、扩散及沉析特性的关键因素，通过反复配比和试验，制浆效果监测评价指标为浆体浓度最佳值为50%~70%，颗粒粒径中细粒径和粗粒径的比例为6:4~7:3，其中粒径为0.15 mm以下的为细粒径，粒径为2mm以下且大于0.15 mm的为粗粒径；
c2、注浆效果监测指标包括注浆速度、注浆压力和单孔注浆量；注浆速度即单位时间注浆量，通过其值推测实际年注浆量是否达到预期注浆效果；注浆压力反映浆液注入难易程度，其变化规律能够反映注浆工作的连续性及系统故障问题；单孔注浆量反映浆液充实嗣后空间的程度，单孔注浆量是评价能否达到预设注浆值的关键，单孔注浆量接近或超过理论预期值则说明注浆效果良好，注浆效果监测评价指标为单孔注浆速度120t/h以上、孔口注浆压力应低于2MPa、单孔注入量理论最大注入量达80%以上；
c3、空隙变化监测指标为地表变形量和关键层变形情况；通过地表岩移监测直接反映地表变形情况，由于关键层变形无法直接观测，需通过地表变形速度、变形量以及注浆速度、单孔注浆量来综合评判，地表变形速度越慢、变形量越小、注浆速度越快、单孔注浆量越大则说明关键层变形越小，注浆效果也越好，空隙变化监测评价指标为地表下沉量和地表下沉速度降低50%以上、关键层不出现大范围破断下沉。
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| CN203035256U (zh) * | 2012-12-05 | 2013-07-03 | 飞翼股份有限公司 | 一种矸石不升井充填采空区装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN203035256U (zh) * | 2012-12-05 | 2013-07-03 | 飞翼股份有限公司 | 一种矸石不升井充填采空区装置 |
| CN103615250A (zh) * | 2013-12-09 | 2014-03-05 | 中南大学 | 分条间柱全空场开采嗣后充填协同采矿法 |
| CN112360462A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-02-12 | 唐山立锦通科技有限公司 | 短壁综采矸石充填注浆的开采工艺 |
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