本發(fā)明屬于井下充填，具體涉及利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，還涉及采空區(qū)充填方法。

背景技術(shù)：

1、煤炭洗選產(chǎn)生了大量煤矸石，這些煤矸石若處理不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致土地資源的占用，還可能對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響，因此，需要對煤矸石進(jìn)行合理處置。將煤矸石磨碎加水?dāng)嚢柚瞥蓾{體充填煤層采空區(qū)是當(dāng)前處置煤矸石的一種有效方式。但部分礦井所在區(qū)域地表水生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源供應(yīng)緊張。煤層采掘期間頂板砂巖含水層產(chǎn)生的礦井涌水量較小，無法滿足煤矸石制漿用水需要。從地表河流等水源處取水，不僅產(chǎn)生大量取水費(fèi)用，還在一定程度上加劇了地表水資源供應(yīng)緊張局面。而部分工作面回采封閉后，采空區(qū)積累了大量的采空區(qū)積水，該水源在礦井生產(chǎn)中未得到有效利用，且長期累計(jì)形成的大量積水對地勢低洼區(qū)域工作面回采構(gòu)成一定威脅。此外，充填進(jìn)入采空區(qū)的煤矸石漿體經(jīng)過沉淀，將會(huì)發(fā)生煤矸石碎屑顆粒與水的離析，從而產(chǎn)生部分漿液析出水，這部分水若不合理處置，將會(huì)向采空區(qū)周邊地勢低洼處徑流擴(kuò)散，造成井下水資源的浪費(fèi)，未能實(shí)現(xiàn)漿體析出水和采空區(qū)積水的有效利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一目的是提供利用礦井水循環(huán)制漿進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的制漿水源不足以及采空區(qū)積累了大量的采空區(qū)積水未有效利用的問題。

2、本發(fā)明的第二目的是提供采空區(qū)充填方法。

3、本發(fā)明所采用的第一個(gè)技術(shù)方案是利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，包括礦井本體，礦井本體內(nèi)設(shè)有待回采工作面，待回采工作面回采后形成有煤層采空區(qū)，煤層采空區(qū)地勢較低側(cè)連通有礦井系統(tǒng)大巷，礦井系統(tǒng)大巷內(nèi)開設(shè)有矩形水池，矩形水池通過排水管路連通有地面蓄水池，矩形水池還連通有多孔濾水管，地面蓄水池通過水管依次連接有凈水機(jī)與煤矸石制漿池，煤矸石制漿池通過輸料管道分別連接有煤矸石破碎單元與注漿泵，注漿泵通過注漿管與煤層采空區(qū)連通，煤矸石制漿池內(nèi)設(shè)有攪拌機(jī)。

4、本發(fā)明第一個(gè)技術(shù)方案的特征還在于，

5、待回采工作面由四條工作面巷道圍成，地勢較低的兩條工作面巷道側(cè)開設(shè)有截水溝，兩條截水溝頂部均鋪設(shè)有高強(qiáng)度鋼筋濾網(wǎng)，兩條截水溝交匯處連通有集水沉淀池，集水沉淀池內(nèi)等間距設(shè)有多個(gè)加密濾網(wǎng)，集水沉淀池靠近出口處的加密濾網(wǎng)開設(shè)有梯形截面水槽，梯形截面水槽內(nèi)填充有礫石碎塊，集水沉淀池頂部焊接有鋼筋網(wǎng)格蓋板，集水沉淀池出口連通多孔濾水管，多孔濾水管分別連接有水管與抽水泵。

6、煤矸石破碎單元包括煤矸石破碎機(jī)，煤矸石破碎機(jī)通過輸料管道連通有煤矸石倉。

7、多個(gè)加密濾網(wǎng)均為方格網(wǎng)，多個(gè)加密濾網(wǎng)沿集水沉淀池進(jìn)口側(cè)向梯形截面水槽側(cè)網(wǎng)孔尺寸分別為15mm*15mm、10mm*10mm、8mm*8mm、6mm*6mm、4mm*4mm與2mm*2mm。

8、矩形水池頂部焊接鋼筋網(wǎng)格蓋板。

9、矩形水池通過水管連接有排水泵，排水泵通過排水管路連通地面蓄水池。

10、多孔濾水管內(nèi)徑為100~200mm，多孔濾水管管壁上均勻開設(shè)有多個(gè)濾水孔，多個(gè)濾水孔孔徑φ為1~2mm。

11、本發(fā)明所采用的第二個(gè)技術(shù)方案是采空區(qū)充填方法，使用利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，具體按以下步驟實(shí)施：

12、s1，在待回采工作面回采前，根據(jù)煤層底板等高線，布置截水溝與集水沉淀池，回采時(shí)及回采后，將兩條工作面巷道截流的采空區(qū)涌水進(jìn)行初步過濾，過濾后通過多孔濾水管引流至矩形水池內(nèi)；

13、s2，將矩形水池內(nèi)的水排至地面蓄水池內(nèi)進(jìn)行靜置沉淀，再用凈水機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步過濾凈化后通過水管注入煤矸石制漿池內(nèi)；

14、s3，將煤矸石倉內(nèi)的煤矸石輸送至煤矸石破碎機(jī)內(nèi)，破碎成細(xì)小顆粒后輸送至煤矸石制漿池內(nèi)，利用攪拌機(jī)將水和煤矸石顆粒充分?jǐn)嚢瑁瞥擅喉肥瘽{體；

15、s4，將煤矸石漿體通過注漿管注入煤層采空區(qū)內(nèi)，完成填充。

16、本發(fā)明第二個(gè)技術(shù)方案的特征還在于，

17、s1具體為：在待回采工作面回采前，根據(jù)煤層底板等高線，沿待回采工作面地勢低洼的兩側(cè)工作面巷道，修筑截水溝，在兩條截水溝的交匯處，挖掘集水沉淀池，將兩條工作面巷道截流的采空區(qū)涌水匯流進(jìn)集水沉淀池，利用多個(gè)加密濾網(wǎng)和礫石碎塊進(jìn)行初步過濾，再將集水沉淀池的水通過多孔濾水管引流至矩形水池內(nèi)。

18、s4具體為：將煤矸石漿體通過注漿管注入煤層采空區(qū)內(nèi)，煤矸石漿體在重力作用下擴(kuò)散充填至破碎巖塊的空隙內(nèi)，待煤矸石漿體穩(wěn)定后，將發(fā)生煤矸石顆粒和水的分離，析出部分煤矸石漿體析出水，將煤層采空區(qū)涌水和煤矸石漿體析出水匯集、沉淀后，排至地面經(jīng)過過濾、凈化后，再次作為煤矸石漿體的運(yùn)輸媒介循環(huán)利用，完成填充。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

20、（1）本發(fā)明提供的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)及方法，通過匯集利用井下工作面采空區(qū)積水，避免從地表取水，有利于地表生態(tài)水資源的保護(hù)。

21、（2）本發(fā)明提供的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)及方法，將煤矸石制漿用水循環(huán)使用，提高了水資源利用效率。

22、（3）本發(fā)明提供的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)及方法，井下采空區(qū)積水由于受到煤泥污染，水質(zhì)較差，難以應(yīng)用于礦井生產(chǎn)生活，用其制作煤矸石漿體，使其得到了有效利用。

23、（4）本發(fā)明提供的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)及方法，將煤矸石注入井下采空區(qū)，不僅避免了占用地表空間，造成環(huán)境污染，還在一定程度上起到支撐采空區(qū)頂板，減緩采空區(qū)地表沉降的作用。

24、（5）本發(fā)明提供的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)及方法，相關(guān)裝置連接簡單，移動(dòng)方便，可跟隨工作面采掘活動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)布置，適用范圍廣。

技術(shù)特征：

1.利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，其特征在于，包括礦井本體（1），所述礦井本體（1）內(nèi)設(shè)有待回采工作面（6），所述待回采工作面（6）回采后形成有煤層采空區(qū)（4），所述煤層采空區(qū)（4）地勢較低側(cè)連通有礦井系統(tǒng)大巷（32），礦井系統(tǒng)大巷（32）內(nèi)開設(shè)有矩形水池（8），矩形水池（8）連通有地面蓄水池（22），矩形水池（8）還連通有多孔濾水管（26），地面蓄水池（22）通過水管（7）依次連接有凈水機(jī)（20）與煤矸石制漿池（16），煤矸石制漿池（16）通過輸料管道（13）分別連接有煤矸石破碎單元與注漿泵（17），注漿泵（17）通過注漿管（18）與煤層采空區(qū)（4）連通，煤矸石制漿池（16）內(nèi)設(shè)有攪拌機(jī)（15）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，其特征在于，所述待回采工作面（6）由四條工作面巷道（2）圍成，地勢較低的兩條所述工作面巷道（2）側(cè)開設(shè)有截水溝（3），兩條所述截水溝（3）頂部均鋪設(shè)有高強(qiáng)度鋼筋濾網(wǎng)（10），兩條所述截水溝（3）交匯處連通有集水沉淀池（5），所述集水沉淀池（5）內(nèi)等間距設(shè)有多個(gè)加密濾網(wǎng)（21），所述集水沉淀池（5）靠近出口處的加密濾網(wǎng)（21）開設(shè)有梯形截面水槽，所述梯形截面水槽內(nèi)填充有礫石碎塊（9），所述集水沉淀池（5）頂部焊接有鋼筋網(wǎng)格蓋板（11），所述集水沉淀池（5）出口連通多孔濾水管（26），所述多孔濾水管（26）分別連接有水管（7）與抽水泵（28）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，其特征在于，所述煤矸石破碎單元包括煤矸石破碎機(jī)（14），所述煤矸石破碎機(jī)（14）通過輸料管道（13）連通有煤矸石倉（12）。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)所述加密濾網(wǎng)（21）均為方格網(wǎng)，多個(gè)所述加密濾網(wǎng)（21）沿集水沉淀池（5）進(jìn)口側(cè)向梯形截面水槽側(cè)網(wǎng)孔尺寸分別為15mm*15mm、10mm*10mm、8mm*8mm、6mm*6mm、4mm*4mm與2mm*2mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，其特征在于，所述矩形水池（8）頂部焊接鋼筋網(wǎng)格蓋板（11）。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，其特征在于，所述矩形水池（8）通過水管（7）連接有排水泵（29），所述排水泵（29）通過排水管路（23）連通地面蓄水池（22）。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔濾水管（26）內(nèi)徑為100~200mm，所述多孔濾水管（26）管壁上均勻開設(shè)有多個(gè)濾水孔，多個(gè)所述濾水孔孔徑φ為1~2mm。

8.采空區(qū)充填方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，具體按以下步驟實(shí)施：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采空區(qū)充填方法，其特征在于，所述s1具體為：在待回采工作面（6）回采前，根據(jù)煤層底板等高線，沿所述待回采工作面（6）地勢低洼的兩側(cè)工作面巷道（2），修筑截水溝（3），在兩條截水溝（3）的交匯處，挖掘集水沉淀池（5），將兩條工作面巷道（2）截流的采空區(qū)涌水匯流進(jìn)集水沉淀池（5），利用多個(gè)加密濾網(wǎng)（21）和礫石碎塊（9）進(jìn)行初步過濾，再將集水沉淀池（5）的水通過多孔濾水管（26）引流至矩形水池（8）內(nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采空區(qū)充填方法，其特征在于，所述s4具體為：將煤矸石漿體通過注漿管（18）注入煤層采空區(qū)（4）內(nèi)，煤矸石漿體在重力作用下擴(kuò)散充填至破碎巖塊的空隙內(nèi)，待煤矸石漿體穩(wěn)定后，將發(fā)生煤矸石顆粒和水的分離，析出部分煤矸石漿體析出水，將煤層采空區(qū)（4）涌水和煤矸石漿體析出水匯集、沉淀后，排至地面經(jīng)過過濾、凈化后，再次作為煤矸石漿體的運(yùn)輸媒介循環(huán)利用，完成填充。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)，包括礦井本體，待回采工作面回采后形成有煤層采空區(qū)，煤層采空區(qū)地勢較低側(cè)連通有礦井系統(tǒng)大巷，礦井系統(tǒng)大巷內(nèi)開設(shè)有矩形水池，矩形水池通過排水管路連通有地面蓄水池，矩形水池還連通有多孔濾水管，地面蓄水池通過水管依次連接有凈水機(jī)與煤矸石制漿池，煤矸石制漿池通過輸料管道分別連接有煤矸石破碎單元與注漿泵，注漿泵通過注漿管與煤層采空區(qū)連通，煤矸石制漿池內(nèi)設(shè)有攪拌機(jī)。本發(fā)明還公開采空區(qū)充填方法，本發(fā)明公開的利用煤矸石漿體進(jìn)行采空區(qū)充填的系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的制漿水源不足以及采空區(qū)積累了大量的采空區(qū)積水未有效利用的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：丁湘,閆鑫,蒲治國,李哲,張坤,紀(jì)卓辰,馮潔,龐龍,劉凱祥,賀曉浪,段東偉,劉溪,黃海魚,李兆揚(yáng),謝朋,張齊,樊江偉,秦偉,侯予寧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中煤能源研究院有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2