專利名稱：煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦開采的采空區(qū)治理方法，具體涉及一種適用于多種煤層開采的、 特別適合于中厚煤層開采的煤礦采空區(qū)隨采隨充填方法，在開采過程中控制減少工作面的頂板下沉，減輕礦壓顯現(xiàn)。
背景技術(shù)：
煤礦采空區(qū)的充填可以減少地下開采對地面造成的沉陷危害.減輕井下巷道和工作面受采動(dòng)影響，便于頂板管理，有利于改善巷道維護(hù)及運(yùn)輸、通風(fēng)和瓦斯管理，而且對煤礦控制重大事故和沉陷環(huán)境災(zāi)害，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、節(jié)能減排等具有重要意義。充填方法主要有①水力充填法是采用水力輸送方式，通過充填管路將充填料漿送入采空區(qū)進(jìn)行充填的工藝；充填料漿具有良好的流動(dòng)性；地表減沉效果好于風(fēng)力充填和矸石自溜充填。②風(fēng)力充填采煤法是利用壓縮空氣的風(fēng)壓，將充填材料通過垂直管路輸送到井下貯料倉，然后由普通輸送機(jī)輸送到采空區(qū)風(fēng)力充填機(jī)，風(fēng)力充填機(jī)利用風(fēng)壓，通過充填管道將充填材料輸送到采空區(qū)進(jìn)行充填；與水力充填相比，優(yōu)點(diǎn)是充填系統(tǒng)較為簡單，沒有排水、排泥系統(tǒng)。③粉煤灰充填是將熱電廠燃燒煤炭產(chǎn)生的高濃度粉煤灰膠結(jié)充填隨采隨充，系統(tǒng)充填能力比河砂充填提高50%，無堵管事故。④矸石自溜充填是當(dāng)煤層傾角較大時(shí)，采用矸石自溜充填法對采空區(qū)進(jìn)行充填， 改善了急傾斜近距離煤層開采的頂板管理；可以和多種采煤方法配合使用，充填設(shè)備簡單， 不需要專用設(shè)備。⑤矸石帶狀充填是沿工作面開切眼或推進(jìn)方向，每隔一定距離壘砌一個(gè)矸石帶來支撐頂板，以達(dá)到減少地表下沉的目的。⑥采空區(qū)冒落矸石空隙注漿充填是利用冒落帶特性，在采空區(qū)冒落矸石之間的空隙未被壓實(shí)之前，由鉆孔向離層空間注漿，具有固化功能的細(xì)粒級漿體填充離層和冒落空間，在有限的時(shí)間內(nèi)充填材料與冒落矸石膠結(jié)后，形成固化體與冒落的巖塊共同支撐上覆巖層，起到減緩地表變形的作用。⑦膏體膠結(jié)充填是把煤礦的矸石、粉煤灰、工業(yè)爐渣、河砂等加工成不脫水的牙膏狀漿體，此漿體為不析水的物料集合體。在充填泵的作用下通過管道輸送到井下，及時(shí)充填采空區(qū)，形成以膏體為主的膠結(jié)充填體支撐上覆巖層，充填強(qiáng)度高、井下不脫水，有效控制地表沉陷，提高資源采出率。⑧煤礦似膏體充填似膏體充填料漿具有水力充填料漿良好的流動(dòng)性，又具有膏體充填強(qiáng)度高、井下不脫水的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用“似膏體”材料進(jìn)行充填，稱為“似膏體充填”；提高了充填效率，提升了安全水平。存在以下主要問題①水力充填浪費(fèi)水資源，并造成采空區(qū)積水隱患。
②風(fēng)力充填充填費(fèi)用高，充填密度不及水力充填；風(fēng)力充填成本約為水力充填成本的117 215倍，地表減沉效果不如水力充填。③粉煤灰充填充填強(qiáng)度低、井下脫水、粉煤灰壓縮率較大、井下排水污染環(huán)境。④矸石自溜充填增加了采、運(yùn)矸石系統(tǒng)和設(shè)備，充填成本高、降低回采工效，充填能力低，減沉效果不明顯；不如水力和風(fēng)力充填。⑤矸石帶狀充填充填過程中如遇矸石料不足的情況，需要挑頂取料，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，特別是施工速度緩慢，影響工作面的推進(jìn)速度和產(chǎn)量。⑥煤礦似膏體充填充填材料在工作面開采頂板已經(jīng)發(fā)生冒落后，再注入采空區(qū)充填離層與冒落空間，因而是一個(gè)被動(dòng)的減少巖層沉降的方法，不能從根本上控制頂板的運(yùn)移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，即沿工作面推進(jìn)方向，在工作面推進(jìn)后直接頂冒落前，于工作面內(nèi)利用泵送似膏體充填材料，充填若干條帶狀支撐墻，解決上述方法存在的問題。具體施工工藝方法是1.根據(jù)工作面(11)開采條件、依據(jù)理論計(jì)算確定工作面(11)布置帶狀充填支撐墻(10)的數(shù)量、寬度參數(shù)；①開采條件包括煤層開采厚度、埋藏深度；煤層頂板巖石主要物理力學(xué)參數(shù)抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度；開采工作面(11)長度；工作面支護(hù)裝備(6)控頂距離；長壁開采工藝 長壁普采、綜采；②本方法適用于煤層開采厚度為1. 5m 細(xì)的所有長壁開采工藝；③充填支撐墻(10)的數(shù)量與工作面(11)長度與頂板巖性、工作面支護(hù)裝備(6) 控頂距離有關(guān)，布置12組 20組，組間距不小于5m ；④充填支撐墻(10)的寬度主要根據(jù)單個(gè)支護(hù)架的寬度確定，為1. 5m :3m。2.根據(jù)工作面(11)開采工藝，準(zhǔn)備似膏體材料O)、充填泵G)、充填管道及附件；①似膏體材料O)似膏體材料( 是利用全砂土固結(jié)材料做膠結(jié)劑，工業(yè)垃圾或河砂等作骨料，骨料中配以15 % 30 %的細(xì)粒級砂(不大于37 μ m)，加水制成濃度為 74% 76%、外觀近似牙膏狀的漿體；②充填泵采用防爆型的大功率混凝土輸送泵；主要是采用以下兩種型號的的輸送泵，還可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)改造
權(quán)利要求
1.一種煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，其特征在于所述煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，是沿工作面(11)推進(jìn)方向、在工作面(11)推進(jìn)后直接頂冒落前，在工作面(11)內(nèi)利用充填泵(4)送似膏體材料O)，及時(shí)充填若干條帶狀充填支撐墻(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，其特征在于所述煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法的具體施工工藝是①根據(jù)工作面(11)開采條件、依據(jù)理論計(jì)算確定工作面(11)布置帶狀充填支撐墻(10)的數(shù)量、寬度參數(shù)；采用長壁開采工藝長壁普采、綜采；②根據(jù)工作面(11)開采工藝，準(zhǔn)備似膏體材料O)、充填泵G)、充填管道及附件；③在工作面(11)設(shè)備安裝同時(shí)，在工作面支護(hù)裝備(6)后方的采空區(qū)(9)沿工作面(11)方向安裝充填模板組(8)；④在工作面(11)內(nèi)的輸送管道(3)布置在工作面支護(hù)裝備(6)的支護(hù)梁下方，在工作面支護(hù)裝備(6)的保護(hù)之下，并可以隨工作面支護(hù)裝備(6)移動(dòng)；⑤在工作面軌道順槽(1)和運(yùn)輸順槽(1 內(nèi)布置安裝似膏體材料充填泵G)、順槽充填管道(5)等設(shè)備；似膏體材料(2)通過輸送管道(3)送入充填泵，工作面充填管道(7) 將充填泵(4)與每一充填模板組(8)連通，調(diào)試好備用；⑥根據(jù)頂板條件確定工作面(11)開采一個(gè)或兩個(gè)截深后，充填泵(4)送似膏體材料做第一組充填支撐墻(10)；⑦等第一組充填支撐墻(10)的似膏體材料( 凝固、工作面(11)又推進(jìn)一個(gè)截深后， 隨工作面支護(hù)裝備(6)前移，將充填模板組(8)向前拖移一個(gè)截深，再做第二組充填支撐墻 (10)；⑧以此類推周而復(fù)始，直至工作面(11)開采完畢。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，其特征在于所述充填支撐墻 (10)的數(shù)量與工作面(11)長度與頂板巖性、工作面支護(hù)裝備(6)控頂距離有關(guān)，布置12 組 20組，組間距不小于5m;充填支撐墻(10)的寬度主要根據(jù)單個(gè)支護(hù)架的寬度確定，為 1. 5m 3m ο
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，其特征在于所述長壁開采工藝適用于開采厚度為1. 5m 細(xì)的煤層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，其特征在于所述似膏體材料 (2)是利用全砂土固結(jié)材料做膠結(jié)劑，工業(yè)垃圾或河砂等作骨料，骨料中配以15% 30% 的細(xì)粒級砂，尺寸不大于37 μ m，加水制成濃度為74% 76%、外觀近似牙膏狀的漿體。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，其特征在于所述充填泵(4) 主要是采用采用防爆型的大功率混凝土輸送泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，其特征在于所述專用的似膏體材料輸送管道C3)和工作面充填管道(7)，應(yīng)為大口徑的鋼絲增強(qiáng)膠管，可彎曲、抗磨損； 管道附件主要包括管接頭、彎頭、三通、連接銷。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，其特征在于所述工作面支護(hù)裝備(6)與充填模板組(8)設(shè)計(jì)成一體，成為專用的充填支架。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，其特征在于所述充填模板組 ⑶的數(shù)量為12組 20組。
全文摘要
本發(fā)明公開一種煤礦采空區(qū)隨采隨充充填方法，在工作面推進(jìn)后直接頂冒落前，充填支撐墻，解決現(xiàn)有方法存在的問題。施工工藝方法是確定支撐墻的數(shù)量、厚度參數(shù)；準(zhǔn)備似膏體材料；布置在工作面支護(hù)裝備下方的輸送管道，在工作面軌道順槽和運(yùn)輸順槽內(nèi)安裝似膏體充填泵、順槽充填管道等設(shè)備；順槽充填管道將充填泵與安裝在采空區(qū)的每一組充填模板連通；工作面開采一個(gè)或兩個(gè)截深后，充填泵輸送似膏體材料做第一組充填支撐墻；等支撐墻充填材料凝固、工作面又推進(jìn)一個(gè)截深后，再一次進(jìn)行充填第二組支撐墻。本發(fā)明的有益之處在于由于采用似膏體隨采隨充充填方法，充填及時(shí)，使得頂板破碎范圍變小，超前礦山壓力顯現(xiàn)明顯減弱，充填效果好。
文檔編號E21F15/00GK102230396SQ20111014468
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者夏洪春, 宋振騏, 彭林軍, 李偉, 趙曉東 申請人:大連大學(xué)