WO2014086296A1 - 一种采空区局部充填控制地表沉陷的方法 - Google Patents

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马立强
曹新奇
李盼
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
    • E21F15/06—Filling-up mechanically

Definitions

  • the invention relates to the technical field of coal mining, in particular to a method for controlling the surface subsidence of a goaf in a mine with a "three down" coal mining and a relatively stable coal seam roof.
  • the domestic and international aspects mainly start from the aspects of subsidence mining and roof movement control of goaf overburden:
  • the mining technology mainly includes strip mining and room-column mining.
  • Strip mining is to divide the mined coal seam into more regular strips, and then take a strip to reduce surface subsidence.
  • This technology is widely used in China. Its biggest advantage is that it can follow the existing coal mining process, with less cost increase and easy production management. At the same time, it has a significant effect on reducing surface settlement. Its shortcoming is mainly due to low production rate (generally From 30% to 50%), the resource loss is serious.
  • Room-column mining is a relatively mature coal mining technology used in the United States, Australia, South Africa, etc. It is not only a conventional coal mining method, but also a mining method for surface subsidence control. This method has application in some mining areas in China, and its economic benefits.
  • the disadvantages are low resource recovery rate and poor ventilation conditions, which are only applicable to coal seams with relatively simple geological conditions;
  • the roof overburden movement control technology in the goaf mainly includes all filling techniques, partial filling techniques, separation grouting technology, and filling and grouting technology in the caving area. All filling techniques use filling materials to fill the goaf to form a filling body, thereby preventing the roof from falling and restricting the movement of the roof. This method can effectively reduce the surface subsidence and increase the coal recovery rate, but because of its high cost. Very limited. Partial filling technology is to fill the local or separated zone and the falling zone of the goaf, and control the mining subsidence by supporting the overlying strata with the key layer structure of the overburden, the filling body and some coal pillars.
  • the separation grouting technology starts from the internal movement law of the rock stratum, determines the position of the overburden strata after the mining, and fills the medium with the fly ash and other medium from the surface drilling to the separation layer, so as to achieve the purpose of controlling the surface subsidence.
  • Grouting and parallel mining work in parallel do not interfere with each other, but the application of the separation position and the amount of separation is difficult to accurately determine and is limited in application.
  • the grouting filling technology in the caving area is to fill and reinforce the rock in the goaf before it is compacted, so as to support the overburden and slow down the surface subsidence. The technology is still in the research stage and has not been widely used. .
  • the research on coal mine filling technology should make full use of the movement law and control characteristics of coal-bearing layered rock layers.
  • the relevant research proves that the key layer of overburden plays a role in controlling the surface movement process.
  • the breaking of the main key layer will lead to the rapid subsidence of the surface and the obvious increase of the subsidence.
  • the surface subsidence speed will be periodically broken with the main key layer. Jumping changes.
  • controlling the main key layer can effectively control surface subsidence.
  • the object of the present invention is to overcome the deficiencies in the prior art and to provide a method for controlling surface subsidence by using a partial filling of a goaf in a simple method, convenient operation, and low cost.
  • the method for partially filling and controlling surface subsidence of the goaf of the present invention comprises the following steps: a. arranging a concrete conveying pipe in a working surface transportation roadway, and installing a concrete conveying pump on the downhole working surface equipment train at work a filling pipe connected to the concrete conveying pipe is suspended on the tail beam of the surface hydraulic support, and a plurality of filling regions are arranged at intervals between the hydraulic supports at the lower end of the working surface, and a discharging port is arranged at a filling pipe position corresponding to each filling region;
  • the metal mesh is suspended from the top plate behind the hydraulic support on the working face, and a filling bag is arranged in the metal mesh;
  • step ⁇ d to complete a filling cycle. Forming a row of filling bodies in the goaf parallel to the working face;
  • the invention adopts a partial filling mining method on the basis of strip filling, which can reduce the filling amount and filling amount of the filling material and reduce the filling cost.
  • the top plate of the goaf is evenly supported, which is beneficial to the stability of the roof and the key layer.
  • the filling of rectangular areas in the goaf evenly reduces the filling amount, reduces the filling cost, improves the recovery rate, and improves the stability of the key layer of the overlying strata, so that the surface subsidence can be effectively controlled.
  • the method is simple and low in cost.
  • the concrete conveying pipe 3 is arranged in the working face transportation lane 2, and the concrete conveying pump is installed on the downhole working surface equipment train 9, and the filling pipe connected with the concrete conveying pipe 3 is suspended on the working face hydraulic support tail beam. 4, a plurality of filling areas are arranged between the lower end hydraulic supports on the working surface, and a discharging port 5 is arranged at the filling pipe 4 corresponding to each filling area;
  • the metal mesh is suspended at the top of the working face behind the hydraulic support, and a filling bag is placed in the metal mesh.
  • the length of the metal mesh on the side perpendicular to the direction of advancement of the working surface is 4 to 5 m, and the width on both sides parallel to the advancing direction is 0.6 to 0.8 m;
  • step ⁇ d to complete a filling cycle.
  • a row of filling bodies 10 is formed in the goaf parallel to the working surface, the filling cycle step is 1.2 ⁇ 1.6 m, which can be adjusted according to the actual situation on the site, and finally a filling body 10 with a certain strength is formed;
  • the propulsion length is 2.4 ⁇ 4 m, which can be adjusted according to the actual situation.
  • steps d and e to continue the filling operation of the next cycle, and repeat until the entire gob area is completed.
  • the filling operation causes the goaf to form a plurality of rows of filling bodies 10.

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Abstract

一种采空区局部充填控制地表沉陷的方法，从开切眼起，随着采煤机开始割煤到工作面液压支架移架过程中，在工作面液压支架后方的顶板上间隔悬挂金属网，并设置充填袋；当采煤机割完一刀后停止割煤，依次向金属网内设置的充填袋中充填混凝土至接顶；采煤机继续割下一刀煤，在紧靠已充填的充填区域两侧的顶板上续挂金属网，继续充填完成一个循环的充填作业，在与工作面平行的采空区内形成一排充填体；采煤机连续割煤4～5刀后，再继续下一循环的充填作业，周而复始，直至完成整个采空区的充填作业，使采空区形成多排充填体。其方法简单易行，充填成本低，对采空区顶板均匀相间支撑，有利于上覆岩层特别是关键层的稳定，有效防治了地表沉陷和建筑物损害。

Description

一种采空区局部充填控制地表沉陷的方法
技术领域
本发明涉及煤炭开采技术领域， 尤其是一种适用于矿井 "三下"压煤开采、 煤层顶 板较稳定的采空区局部充填控制地表沉陷的方法。
技术背景
我国生产矿井 "三下 "压煤约为 140亿 t，可供 10个年产 1000万 t的矿井生产 140 a， 其中建筑物下压煤约为 90亿 t。 如何合理解决建筑物下压煤开采问题一直是困扰中国煤 矿企业的重要课题之一。
针对采后地面沉陷控制， 国内外主要从减沉开采和采空区顶板覆岩移动控制两方面 入手：
减沉开采技术主要包括条带开采和房柱式开采两种， 条带开采是把开采的煤层划分 成较正规的条带， 然后采一条留一条， 以此来减少地表下沉。 这种技术在我国应用较多， 其最大优点是能沿用现有采煤工艺， 成本增加少、 便于生产管理， 同时对减小地表沉降 有明显作用， 其缺点主要表现为采出率低 （一般为 30%~50% )， 资源损失严重。 房柱式 开采是美国、 澳大利亚、 南非等国应用比较成熟的一种采煤技术， 既是一种常规采煤方 法， 也是地表沉陷控制的开采手段， 该方法在我国部分矿区有应用， 其经济效益较好， 其缺点是资源采出率低， 通风条件差， 仅适用于地质条件相对简单的煤层；
采空区顶板覆岩移动控制技术主要包括全部充填技术、 部分充填技术、 离层注浆技 术、 冒落区充填注浆技术。 全部充填技术是利用充填材料充入采空区形成充填体， 以此 阻止顶板垮落， 限制顶板移动， 该方法能有效减小地表下沉和提高煤炭采出率， 但因其 成本较高而受到很大限制。部分充填技术是对采空区的局部或离层区与冒落区进行充填， 靠覆岩关键层结构、 充填体及部分煤柱共同支撑覆岩来控制开采沉陷。 离层注浆技术则 从岩层内部移动规律出发， 确定采后覆岩离层位置， 从地表钻孔向离层内充填粉煤灰等 介质， 从而达到控制地表沉陷的目的， 该方法可实现地表注浆与地下开采平行作业， 互 不干扰， 但因离层位置和离层量难于准确判断而在应用上受到限制。 冒落区注浆充填技 术是在采空区冒落矸石未被压实前注入浆液予以充填加固， 以此来支撑覆岩， 从而减缓 地表沉陷， 该技术尚处于在研究阶段， 尚未得到广泛应用。
从理论上来说， 采用充填开采技术将煤矸石等固体废弃物作为主要充填材料充填到 井下， 一方面可以减少矸石等废物排放， 另一方面可以减缓开采沉陷， 实现建筑物下压 煤开采， 符合煤炭循环经济和绿色开采的要求。 但如何发展适合煤矿特点与要求的充填 开采技术的问题仍有待解决， 其中如何降低充填开采成本， 是煤矿充填开采技术需要解 决的关键问题。
煤矿充填开采技术的研究应充分利用煤系层状岩层移动规律与控制特点。 有关研究 证明， 覆岩主关键层对地表移动过程起控制作用， 主关键层的破断将导致地表快速下沉 及下沉量的明显增大， 地表下沉速度随主关键层周期性破断而呈现跳跃性变化。 因而， 控制主关键层就可以有效地控制地表沉陷。
发明内容
技术问题： 本发明的目的是克服已有技术中的不足之处， 提供一种方法简单、 操作 方便、 成本低的采空区局部充填控制地表沉陷的方法。
技术方案： 本发明的采空区局部充填控制地表沉陷的方法， 包括如下步骤： a. 在工作面运输平巷中布置混凝土输送管道， 同时在井下工作面设备列车上安装混 凝土输送泵， 在工作面液压支架尾梁上吊挂与混凝土输送管道相连接的充填管道， 在工 作面上下端头液压支架之间间隔设置多个充填区域， 在每个充填区域对应的充填管道位 置设置卸料口；
b. 从开切眼起， 随着采煤机开始割煤到工作面液压支架移架过程中， 在工作面液压 支架后方的顶板上间隔悬挂金属网， 在金属网内设置充填袋；
c 当采煤机割完一刀煤并斜切进刀后停止割煤， 打开混凝土输送泵， 通过混凝土输 送管道经充填管道将混凝土输送至充填区域；
d. 依次打开每个充填区域充填管道上的卸料口， 向金属网内设置的充填袋中充填混 凝土至接顶， 并封闭充填袋；
e. 采煤机继续割下一刀煤， 在紧靠已充填的充填区域两侧的顶板上续挂金属网， 并 在金属网内设置充填袋， 重复步骤^ d， 完成一个充填循环， 在与工作面平行的采空区 内形成一排充填体；
f. 采煤机连续割煤 4~5刀后， 重复步骤 c、 d、 e， 继续下一循环的充填作业， 周而 复始， 直至完成整个采空区的充填作业， 使采空区形成多排充填体。
有益效果： 本发明在条带充填的基础上， 采用部分充填开采方式， 可以减少充填材 料的用量和充填量， 降低充填成本。 通过改变充填体的布置方式， 对采空区顶板均匀相 间支撑， 有利于顶板及关键层的稳定。 在采空区内均匀相间布置矩形区域的充填体， 既 减少了充填量， 降低了充填成本， 提高了采出率， 同时提高了覆岩关键层的稳定性， 从 而可以有效地控制地表沉陷。 其方法简单、 成本低。 附图说明
图 1是本发明的综采工作面采空区局部充填布局示意图。
图中： 1-工作面轨道平巷， 2-工作面运输平巷， 3-混凝土输送管道， 4-充填管道， 5- 卸料口， 6-工作面刮板输送机， 7-采煤机， 8-运输平巷胶带输送机， 9-设备列车， 10-充填 体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的采空区局部充填控制地表沉陷的方法：
a. 首先在工作面运输平巷 2中布置混凝土输送管道 3，同时在井下工作面设备列车 9 上安装混凝土输送泵， 在工作面液压支架尾梁上吊挂与混凝土输送管道 3相连接的充填 管道 4，在工作面上下端头液压支架之间间隔设置多个充填区域，在每个充填区域对应的 充填管道 4位置设置有卸料口 5;
b. 从开切眼起， 随着采煤机开始割煤到工作面液压支架移架过程中， 在工作面液压 支架后方的顶板上间隔悬挂金属网， 并在金属网内设置充填袋， 所述的金属网在垂直于 工作面推进方向一侧的长度为 4~5 m， 平行于推进方向两侧的宽度为 0.6~0.8 m;
c. 当采煤机割完一刀煤并斜切进刀后停止割煤， 打开混凝土输送泵， 通过混凝土输 送管道 3经充填管道 4将混凝土输送至充填区域；
d. 依次打开每个充填区域充填管道 4上的卸料口 5， 向金属网内设置的充填袋中充 填混凝土至接顶， 并封闭充填袋；
e. 采煤机继续割下一刀煤， 在紧靠已充填的充填区域两侧的顶板上续挂金属网， 并 在金属网内设置充填袋， 重复步骤^ d， 完成一个充填循环， 在与工作面平行的采空区 内形成一排充填体 10， 所述的充填循环步距为 1.2~1.6 m， 可以根据现场实际情况调整， 最终形成具有一定强度充填体 10;
f. 采煤机连续割煤 4~5刀后， 推进长度为 2.4~4 m， 可以根据实际情况调整， 重复步 骤 d、 e， 继续下一个循环的充填作业， 周而复始， 直至完成整个采空区的充填作业， 使采空区形成多排充填体 10。

Claims

权利要求书
1.一种采空区局部充填控制地表沉陷的方法， 其特征在于， 包括如下步骤： a. 在工作面运输平巷 （2) 中布置混凝土输送管道 （3)， 同时在井下工作面设备列车 上安装混凝土输送泵， 在工作面液压支架尾梁上吊挂与混凝土输送管道 （3 ) 相连接的充 填管道 （4)， 在工作面上下端头液压支架之间间隔设置多个充填区域， 在每个充填区域 对应的充填管道 （4) 位置设置卸料口 （5 );
b. 从开切眼起， 随着采煤机开始割煤到工作面液压支架移架过程中， 在工作面液压 支架后方的顶板上间隔悬挂金属网， 在金属网内设置充填袋；
c 当采煤机割完一刀煤并斜切进刀后停止割煤， 打开混凝土输送泵， 通过混凝土输 送管道 （3 ) 经充填管道 （4) 将混凝土输送至充填区域；
d. 依次打开每个充填区域充填管道 （4) 上的卸料口 （5 )， 向金属网内设置的充填袋 中充填混凝土至接顶， 并封闭充填袋；
e. 采煤机继续割下一刀煤， 在紧靠已充填的充填区域两侧的顶板上续挂金属网， 并 在金属网内设置充填袋， 重复步骤 c、 d， 完成一个充填循环， 在与工作面平行的采空区 内形成一排充填体 （10);
f. 采煤机连续割煤 4~5刀后， 重复步骤0、 d、 e， 继续下一循环的充填作业， 周而复 始， 直至完成整个采空区的充填作业， 使采空区形成多排充填体 （10)。
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