CN117927240A - 基于膏体充填的工作面过地质侵入体方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿开采领域，具体涉及基于膏体充填的工作面过地质侵入体方法。包括施工清除巷；清除煤层范围以及垮落带范围的地质侵入体；将导水裂隙带范围的地质侵入体进行分层压裂；对煤层范围以及垮落带范围的爆破空区、清除巷进行膏体充填；工作面回采时使地质侵入体位于周期破断位置之间。本发明在开采至地质侵入体位置后，垮落带正常垮落，导水裂隙带内的地质侵入体与周围的岩层形成同步的破断与下沉，垮落带内破碎的岩块能够对上部岩层形成支撑；同时通过人工干预直接顶的周期破断位置，避免地质侵入体在周期破断位置处。综合上述手段可以使工作面安全推过地质侵入体。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采领域，具体涉及基于膏体充填的工作面过地质侵入体方法。
背景技术
煤及其上下的岩体为沉积岩，皆呈现为层状，煤的硬度一般都在3以下，低于周围的岩层。根据煤及其上下岩体的层状特征，综合煤的硬度，煤适合采用大型机械化开采，而一般的金属矿床受其产状以及硬度大影响，多采用爆破开采工艺。
地质侵入体一般是火成岩侵入沉积岩形成，常见的为火成岩穿多层沉积岩，火成岩的岩体硬度远大于煤。煤的机械化开采方式一般是采用滚筒采煤机，在配合液压支架与刮板输送机进行开采，滚筒采煤机的滚筒上安装有截齿。截齿在破煤时易于磨损，难于破岩，更是无法破碎火成岩这种地质侵入体。
因此当工作面中有地质侵入体时多采用跳采方案，但是跳采时需要对工作面进行搬家，即需要重新开切眼搬移液压支架等回采设备，跳采搬家周期长且浪费煤炭资源，现有技术也有地质侵入体的处置方式，以使工作面直接推过地质侵入体，但是其处置方式效率低，且安全性不足。
发明内容
针对现有工作面过地质侵入体效率低，安全性不足的问题，本发明将煤层范围内以及垮落带范围内的地质侵入体预先爆破清除，然后采用膏体充填清除后的爆破空区，工作面可安全直接推过原地质侵入体区，具体的，本发明提出的基于膏体充填的工作面过地质侵入体方法，包括如下步骤：
S1，自轨道巷向地质侵入体施工清除巷；
S2，向煤层范围以及垮落带范围的地质侵入体施工爆破钻孔，爆破后清除碎渣；
S3，自爆破空区向导水裂隙带范围的地质侵入体施工水力压裂钻孔，通过水力压裂将导水裂隙带范围的地质侵入体进行分层压裂，分层位置、倾角与周围岩层对应；
S4，将煤层范围内的爆破空区充填上膏体充填材料形成第一充填体；
S5，自清除巷向垮落带范围的爆破空区施工充填钻孔，自下而上分层充填垮落带爆破空区，形成第二充填体，分层位置、倾角与周围岩层对应；将清除巷内充填上膏体充填材料形成第一充填体；
S6，工作面回采，并确定直接顶周期破断位置；判断地质侵入体是否位于相邻的周期破断位置之间，若是则工作面正常推过充填后的地质侵入体位置，若否则通过人工干预直接顶的破断位置，使得地质侵入体位于调整后周期破断位置之间。
优选的，步骤S2中，自清除巷向煤层范围内的地质侵入体施工爆破钻孔，然后通过爆破钻孔爆破煤层范围内的地质侵入体，爆破后清除碎渣；随后自爆破空区向垮落带范围的地质侵入体施工爆破钻孔，通过爆破钻孔爆破垮落带范围内的地质侵入体，爆破后清除碎渣。
优选的，步骤S4、S5中，第一充填体的抗压强度与周围煤层相同。
优选的，步骤S5中，每层第二充填体的抗压强度与周围岩层对应。
优选的，步骤S5中，每层第二充填体的与周围岩层通过连接钢筋连接。
本发明的关键手段与有益效果为：1.本发明根据岩层的破断与垮落特征进行地质侵入体处理，处理范围限定在煤层范围、垮落带范围和导水裂隙带范围的地质侵入体，对于煤层范围、垮落带范围的地质侵入体采用清除后充填的技术方案，使得煤层开采至地质侵入体位置后，垮落带正常垮落，垮落带内破碎的岩块能够对上部岩层形成支撑；同时对导水裂隙带内的地质侵入体进行分层处理，使其与周围的岩层形成同步的破断与下沉，避免整个地质侵入体一同垮落。
2.本发明人工干预直接顶的周期破断位置，避免地质侵入体在周期破断位置处，防止不利于控制地质异常体的垮落。
附图说明
图1是本发明工作面过地质侵入体平面布置示意图(周期破断布局调整前)；
图2是本发明工作面过地质侵入体平面布置示意图(周期破断布局调整后)；
图3是本发明工作面范围内地质侵入体剖面示意图；
图4是本发明工作面范围内地质侵入体清除空区剖面示意图；
图5是本发明工作面范围内地质侵入体导水裂隙带范围分层剖面示意图；
图6是本发明工作面范围内地质侵入体清除空区填充剖面示意图；
图7是本发明工作面范围内地质侵入体清除巷填充剖面示意图；
图中，工作面1、运输巷2、轨道巷3、地质侵入体4、清除巷5、周期破断位置6、调整后周期破断位置6a、冒落带7、导水裂隙带8、第一充填体9、第二充填体10。
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。
如图1、图3所示，工作面1中存在地质侵入体4，由于地质侵入体4硬度大，直接采用采煤机无法破除，且即使将煤层范围内的地质侵入体4破除，考虑到地质侵入体4处顶板垮落特征与周围沉积岩层不同，仍然存在处置风险。对此，本发明将工作面1中以及垮落带7范围的地质侵入体4预先爆破清除，然后采用膏体充填清除后的爆破空区，工作面1可安全直接推过原地质侵入体区，具体的，本发明提出的基于膏体充填的工作面过地质侵入体方法，包括如下步骤：
S100，如图1、图4所示，自工作面1的轨道巷3向地质侵入体4施工清除巷5，所述清除巷5与轨道巷3垂直，且清除巷5的中心正对地质侵入体4的中心；
S200，如图4所示，在清除巷5施工至地质侵入体4处后，自清除巷5向煤层范围内的地质侵入体4施工爆破钻孔，然后通过爆破钻孔爆破煤层范围内的地质侵入体4，爆破后清除碎渣；随后自爆破空区向垮落带7范围的地质侵入体施工爆破钻孔，通过爆破钻孔爆破垮落带范围内的地质侵入体4，爆破后清除碎渣；
S300，如图5所示，自爆破空区向导水裂隙带8范围的地质侵入体施工水力压裂钻孔，通过水力压裂钻孔将导水裂隙带8范围的地质侵入体进行分层压裂，并使得导水裂隙带8范围内的地质侵入体与周围岩层的分层位置、倾角相同；
S400，在垮落带7范围内的爆破空区的岩壁上施工连接钢筋，连接钢筋一端进入岩壁中一部分露出于爆破空区内，连接钢筋成层布置，并且在垮落带内每层岩层内皆布置有成层的连接钢筋；
如图6所示，制备膏体充填材料，使膏体充填材料的抗压强度与周围煤层相同，将煤层范围内的爆破空区充填上膏体充填材料，直至养护达到预定强度，形成第一充填体9；
S500，如图7所示，自清除巷5向垮落带范围的爆破空区施工充填钻孔，制备膏体充填材料，自下而上分层充填垮落带爆破空区，分层位置、倾角与周围岩层的分层位置、倾角相同，且使得充填后形成的每层第二充填体10与相对应岩层通过连接钢筋连接，同时使充填后形成的每层第二充填体抗压强度与周围对应的岩层相同；
制备膏体充填材料，使膏体充填材料的抗压强度与周围煤层相同，将清除巷5内充填上膏体充填材料，直至养护达到预定强度，形成第一充填体9；
S600，如图1、图2所示，工作面1回采，并确定直接顶周期破断位置6；判断地质侵入体4是否位于相邻的周期破断位置6之间(最好是位于相邻的周期破断位置6中间)，若是则工作面正常推过充填后的地质侵入体位置，若否则通过人工水力压裂或者爆破致裂直接顶，干预直接顶的破断位置，使得地质侵入体4位于调整后周期破断位置6a之间或中间。
本发明根据岩层的破断与垮落特征进行地质侵入体4处理，处理范围限定在煤层范围、垮落带范围和导水裂隙带范围的地质侵入体，对于煤层范围、垮落带范围的地质侵入体采用清除后充填的技术方案，使得煤层开采至地质侵入体位置后，垮落带正常垮落，垮落带内破碎的岩块能够对上部岩层形成支撑；同时对导水裂隙带内的地质侵入体进行分层处理，使其与周围的岩层形成同步的破断与下沉，避免整个地质侵入体一同垮落，而当导水裂隙带上部的岩层整体弯曲下沉时，即使地质侵入体处产生与周围岩层不同步的下沉但是由于此时工作面已推过地质侵入体位置很大距离，对采煤面已不再产生影响。此外，本发明人工干预直接顶的周期破断位置，避免地质侵入体在周期破断位置处，防止不利于控制地质异常体的垮落。
Claims (5)
1.基于膏体充填的工作面过地质侵入体方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，自轨道巷向地质侵入体施工清除巷；
S2，向煤层范围以及垮落带范围的地质侵入体施工爆破钻孔，爆破后清除碎渣；
S3，自爆破空区向导水裂隙带范围的地质侵入体施工水力压裂钻孔，通过水力压裂将导水裂隙带范围的地质侵入体进行分层压裂，分层位置、倾角与周围岩层对应；
S4，将煤层范围内的爆破空区充填上膏体充填材料形成第一充填体；
S5，自清除巷向垮落带范围的爆破空区施工充填钻孔，自下而上分层充填垮落带爆破空区，形成第二充填体，分层位置、倾角与周围岩层对应；将清除巷内充填上膏体充填材料形成第一充填体；
S6，工作面回采，并确定直接顶周期破断位置；判断地质侵入体是否位于相邻的周期破断位置之间，若是则工作面正常推过充填后的地质侵入体位置，若否则通过人工干预直接顶的破断位置，使得地质侵入体位于调整后周期破断位置之间。
2.根据权利要求1所述的基于膏体充填的工作面过地质侵入体方法，其特征在于，步骤S2中，自清除巷向煤层范围内的地质侵入体施工爆破钻孔，然后通过爆破钻孔爆破煤层范围内的地质侵入体，爆破后清除碎渣；随后自爆破空区向垮落带范围的地质侵入体施工爆破钻孔，通过爆破钻孔爆破垮落带范围内的地质侵入体，爆破后清除碎渣。
3.根据权利要求1或2所述的基于膏体充填的工作面过地质侵入体方法，其特征在于，步骤S4、S5中，第一充填体的抗压强度与周围煤层相同。
4.根据权利要求1或2所述的基于膏体充填的工作面过地质侵入体方法，其特征在于，步骤S5中，每层第二充填体的抗压强度与周围岩层对应。
5.根据权利要求1或2所述的基于膏体充填的工作面过地质侵入体方法，其特征在于，步骤S5中，每层第二充填体的与周围岩层通过连接钢筋连接。
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