CN117514329B - 一种采硐充填方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采硐充填方法，涉及煤炭资源的充填技术领域。本发明的采硐充填方法包括以下步骤：S1：将采硐划分为若干段充填单元；S2：自硐底至硐口对充填单元进行逐个充填，且对每个所述充填单元的充填包括以下步骤：S21：设置承压墙，并预留注入孔和排气孔；S22：通过高压泵将第一类充填物通过注入孔注入充填单元；S23：当第一类充填物沿排气孔溢出时，封闭排气孔并安装压力计；S24：继续泵入第一类充填物，直至压力计测得压力稳定达到设定值；S25：封闭注入孔；S3：直至整个采硐充填完毕。本发明的采硐充填方法能够消除充填物与顶板之间的空隙并实现完全接顶，使填充物达到原始地层对上覆岩层的力的作用，消除采空区上覆岩层的沉降。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭资源的充填技术领域，具体地，涉及一种采硐充填方法。
背景技术
井工开采或边帮煤开采都会产生采空区，其中的一些采空区的形状是表现为采硐，即左右窄前后长，高低方向的尺度与左右方向的尺度相差不大。采硐在地下水或热胀冷缩等环境作用下会出现冒顶、片帮、颈缩等现象，最终导致采硐完全损毁并伴随地下水系破坏、地表下沉，对人类生存造成不利影响。
相关技术中，采矿工程师们提出了充填技术、充填工艺，即在形成采空区的部位，堆置矸石等固体废弃物或是注入水泥浆等第一类充填物充填物，在顶板变形下沉时，充填物起到减小下沉从而减小对地表的影响。
但是，传统的充填技术和充填工艺很难使充填材料达到完全接顶，充填物与顶板之间存在空隙，不能起到原始地层对上覆岩层的力的作用，因此上覆岩层还会持续下沉，直至充填物承受的压力与原始地层承受的地应力相当。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明实施例提出一种采硐充填方法，该采硐充填方法能够消除充填物与顶板之间存在的空隙并实现完全接顶，使填充物达到原始地层对上覆岩层的力的作用，进而消除采空区上覆岩层的沉降。
本发明实施例的采硐充填方法，包括以下步骤：
S1：沿硐底至硐口方向将采硐划分为若干段充填单元；
S2：自硐底至硐口对充填单元进行逐个充填，且对每个所述充填单元的充填包括以下步骤：
S21：在充填单元朝向所述硐口的端部设置承压墙，并在承压墙上预留注入孔和排气孔，且排气孔设于承压墙的最高处；
S22：通过高压泵将呈流体或半流体的第一类充填物通过注入孔注入对应的充填单元；
S23：当第一类充填物沿排气孔溢出时，封闭排气孔并安装压力计；
S24：继续泵入第一类充填物，直至压力计测得的第一类充填物内的压力不小于原始地应力值并处于稳定状态；
S25：封闭注入孔；
S3：直至整个采硐充填完毕。
本发明实施例的采硐充填方法能够消除充填物与顶板之间存在空隙并实现完全接顶，使填充物达到原始地层对上覆岩层的力的作用，进而消除采空区上覆岩层的沉降。
在一些实施例中，在S21中，向对应的充填单元内充填呈散体的第二类充填物，且第二类充填物充满对应的充填单元。
在一些实施例中，所述注入孔内穿设有注入管，所述注入管的伸入所述充填单元内的一端设于靠近硐底的位置且位于底部。
在一些实施例中，在对第二类充填物进行充填前，在所述充填单元内铺设注入管。
在一些实施例中，所述注入孔设于所述承压墙的底部以使所述注入管平铺于所述充填单元。
在一些实施例中，在S1中，每一个充填单元的长度L根据上覆岩层的压力、第一类充填物初凝时间、以及第一类充填物在第二类充填物孔隙间渗流因素计算确定。
在一些实施例中，所述充填单元的长度L的取值范围通过以下公式确定：
公式1：
式中：t0是第一类充填物初凝时间，Q是注入第一类充填物的流量，A是采硐橫截面面积，m是第二类充填物的充盈率，即第二类充填物体积与当前充填单元体积的比值，e是第二类充填物的孔隙比；
公式2：
式中：p0是第一类充填物注入充填单元时的压力，p是充填单元的设计压力，是第一类充填物的密度，g是重力加速度，k是第一类充填物在第二类充填物中的渗透系数。
在一些实施例中，所述公式1通过以下公式计算获得：
公式3：＜t0
公式4：
公式5：
式中，是第一类充填物注入时间，V是对应充填单元需要注入的第一类充填物体积。
在一些实施例中，S21中的承压墙为砌筑或混凝土浇筑制得，且承压墙的承压值不小于对应位置的原始地应力值。
在一些实施例中，S24中原始地应力值p1的计算公式为：；
式中：是岩体密度，g是重力加速度，h是充填单元对应的埋设深度。
附图说明
图1是本发明实施例的采硐的充填结构示意图。
附图标记：
充填单元1；
承压墙2；注入孔21；排气孔22；
注入管3。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的采硐充填方法，包括以下步骤：
S1：沿硐底至硐口方向将采硐划分为若干段充填单元1。
S2：自硐底至硐口对充填单元1进行逐个充填，且对每个充填单元1的充填包括以下步骤：
S21：在充填单元1朝向硐口的端部设置承压墙2，并在承压墙2上预留注入孔21和排气孔22，且排气孔22设于承压墙2的最高处。
S22：通过高压泵将呈流体或半流体的第一类充填物通过注入孔21注入对应的充填单元1。
S23：当第一类充填物沿排气孔22溢出时，封闭排气孔22并安装压力计。
S24：继续泵入第一类充填物，直至压力计测得的第一类充填物内的压力不小于原始地应力值并处于稳定状态。
S25：封闭注入孔21。
S3：直至整个采硐充填完毕。
本发明实施例的采硐充填方法能够消除充填物与顶板之间存在空隙并实现完全接顶，使填充物达到原始地层对上覆岩层的力的作用，进而消除采空区上覆岩层的沉降。
可选的，压力计设置在排气孔22位置。
可选的，压力计可埋设在充填单元1内。
在一些实施例中，在S21中，向对应的充填单元1内充填呈散体的第二类充填物，且第二类充填物充满对应的充填单元1。
通过设置第二类充填物，减少第一类充填物的使用，且在第一充填物内提供支撑物，保证充填后的整体密实度，保证填充物对上覆岩层的支撑。
可选的，第二类充填物采用矸石等废弃固体物。
在一些实施例中，注入孔21内穿设有注入管3，注入管3的伸入充填单元1内的一端设于靠近硐底的位置且位于底部。
将注入管3的伸入充填单元1内的一端设于靠近硐底的位置且位于底部，在注入第一类充填物时，第一类充填物沿第二类充填物之间的空隙向承压墙2方向流动，排出充填单元1内的空气以实现对充填单元1的填充，同时避免在充填单元1内第一类充填物未充满第二类充填物之间的空隙时沿排气孔22溢出。
可选的，注入管3在第一类充填物注入完毕后可浇筑于充填单元1内。
在一些实施例中，在对第二类充填物进行充填前，在充填单元1内铺设注入管。
将注入管3沿充填单元1的延伸方向平铺于充填单元1的一侧，先对注入管3的位置进行固定，可避免注入管3在安装时受第二类充填物的阻挡，便于注入管3的穿设安装和固定。
在一些实施例中，注入孔21设于承压墙2的底部以使注入管3平铺于充填单元1。
注入孔21设于承压墙2的底部，便于注入管3的铺设，方便施工。
可选的，注入管3可埋设在充填单元1内。
在一些实施例中，在S1中，每一个充填单元1的长度L根据上覆岩层的压力、第一类充填物初凝时间、以及第一类充填物在第二类充填物孔隙间渗流因素计算确定。
通过上覆岩层的压力、第一类充填物初凝时间、以及第一类充填物在第二类充填物孔隙间渗流因素对充填单元1的长度L计算，保证充填单元1填充完毕后的填充质量和充填物的承压能力，保证对上覆岩层的支撑。
在一些实施例中，充填单元1的长度L的取值范围通过以下公式确定：
公式1：
式中：t0是第一类充填物初凝时间，Q是注入第一类充填物的流量，A是采硐橫截面面积，m是第二类充填物的充盈率，即第二类充填物体积与当前充填单元1体积的比值，e是第二类充填物的孔隙比；
公式2：
式中：p0是第一类充填物注入充填单元1时的压力，p是充填单元1的设计压力，是第一类充填物的密度，g是重力加速度，k是第一类充填物在第二类充填物中的渗透系数。
通过对充填单元1的长度L的取值范围进行计算，保证充填单元1的长度L满足施工要求，在具体施工中，根据施工要求在长度L的取值范围内对充填单元1的长度L进行最优选择，以得到具体的充填单元1的长度L的值，加快施工效率，降低施工成本。
在对类充填物充填时，第一类充填物在排气孔22处的压力需达到充填单元1的设计压力p，即第一类充填物在对应的充填单元1中的水力坡降大于第一类充填物流量需要的水力坡降，由此得到公式2。
其中，第一类充填物初凝时间由第一类充填物的性质决定，可通过材质进行实验测量，注入第一类充填物的流量可由施工现场选取的高压泵得到，第二类充填物的充盈率由固体充填物的性质给出，可在充填前事先测出，第二类充填物的孔隙比由第二类充填物本身实验测得，第一类充填物注入充填单元1时的压力由施工现场选取的高压泵得到，充填单元1的设计压力不小于原始地应力，也即充填单元1的设计压力不小于上覆岩层的压力，第一类充填物在第二类充填物中的渗透系数可由实验得到。
在一些实施例中，公式1通过以下公式计算获得：
公式3：＜t0
公式4：
公式5：
式中，是第一类充填物注入时间，V是对应充填单元1需要注入的第一类充填物体积。
便于推导出公式1，以保证对充填单元1的长度L范围的准确计算。
在一些实施例中，S21中的承压墙2为砌筑或混凝土浇筑制得，且承压墙2的承压值不小于对应位置的原始地应力值。
施工方便，且保证承压墙2的受力，便于对第一类充填物的密封。
在一些实施例中，S24中原始地应力值p1的计算公式为：
式中：是岩体密度，g是重力加速度，h是充填单元1对应的埋设深度。
通过公式便于对原始地应力值进行计算，方便对充填单元1的划分，对第一类充填物和第一类充填物的选取，以及对承压墙2的承压值的选择。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种采硐充填方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：沿硐底至硐口方向将采硐划分为若干段充填单元；
S2：自硐底至硐口对充填单元进行逐个充填，且对每个所述充填单元的充填包括以下步骤：
S21：在充填单元朝向所述硐口的端部设置承压墙，并在承压墙上预留注入孔和排气孔，向对应的充填单元内充填呈散体的第二类充填物，且第二类充填物充满对应的充填单元，在对第二类充填物进行充填前，在所述充填单元内铺设注入管，所述注入孔设于所述承压墙的底部以使所述注入管平铺于所述充填单元，所述注入孔内穿设所述注入管，所述注入管的伸入所述充填单元内的一端设于靠近硐底的位置且位于底部，且排气孔设于承压墙的最高处；
S22：通过高压泵将呈流体或半流体的第一类充填物通过注入孔注入对应的充填单元；
S23：当第一类充填物沿排气孔溢出时，封闭排气孔并安装压力计；
S24：继续泵入第一类充填物，直至压力计测得的第一类充填物内的压力不小于原始地应力值并处于稳定状态；
S25：封闭注入孔；
S3：直至整个采硐充填完毕。
2.根据权利要求1所述的采硐充填方法，其特征在于，在S1中，每一个充填单元的长度L根据上覆岩层的压力、第一类充填物初凝时间、以及第一类充填物在第二类充填物孔隙间渗流因素计算确定。
3.根据权利要求2所述的采硐充填方法，其特征在于，所述充填单元的长度L的取值范围通过以下公式确定：
公式1：
式中：t0是第一类充填物初凝时间，Q是注入第一类充填物的流量，A是采硐橫截面面积，m是第二类充填物的充盈率，即第二类充填物体积与当前充填单元体积的比值，e是第二类充填物的孔隙比；
公式2：
式中：p0是第一类充填物注入充填单元时的压力，p是充填单元的设计压力，是第一类充填物的密度，g是重力加速度，k是第一类充填物在第二类充填物中的渗透系数。
4.根据权利要求3所述的采硐充填方法，其特征在于，所述公式1通过以下公式计算获得：
公式3：＜t0
公式4：
公式5：
式中，是第一类充填物注入时间，V是对应充填单元需要注入的第一类充填物体积。
5.根据权利要求1所述的采硐充填方法，其特征在于，S21中的承压墙为砌筑或混凝土浇筑制得，且承压墙的承压值不小于对应位置的原始地应力值。
6.根据权利要求1所述的采硐充填方法，其特征在于，S24中原始地应力值p1的计算公式为：；
其中是岩体密度，g是重力加速度，h是充填单元对应的埋设深度。
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