[發(fā)明專利]一種煤層頂底板灌注式采空區(qū)充填結構及其充填方法

有效

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• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN109944634B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設計）人: 鄧雪杰;楊勝利;張俊文;袁宗萱
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學（北京）
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00;E21F15/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張婷婷

本發(fā)明公開了一種煤層頂底板灌注式采空區(qū)充填結構及其充填方法，針對薄、中厚或厚煤層長壁工作面采空區(qū)，采用從頂板或底板灌注膠結充填材料的方法進行充填，充填工作與采煤工作同步配合進行，最終實現(xiàn)整個煤層采空區(qū)的充填。本發(fā)明可以安全高效的充填多種煤層條件的長壁工作面采空區(qū)，包括薄煤層工作面、大采高工作面和放頂煤工作面。該方法不僅可以通過充填采空區(qū)控制巖層移動和礦壓顯現(xiàn)，而且可以處理礦山廢棄物，為綠色礦山的建立提供重要的技術支持，具有系統(tǒng)簡單、布置靈活、高效安全等優(yōu)點，具有廣泛的實用性。

技術領域

本發(fā)明涉及一種煤層頂底板灌注式采空區(qū)充填結構及其充填方法，屬于礦山充填開采科學研究領域。

背景技術

近些年來，建設綠色礦山、發(fā)展綠色礦業(yè)成為中國礦業(yè)領域的發(fā)展目標和迫切需求，充填開采作為一種綠色開采技術，是實現(xiàn)該目標的重要技術手段之一。充填開采技術的種類有很多，從材料的角度可以分為固體直接充填和膠結充填兩大類，其中膠結充填由于其系統(tǒng)布置相對靈活，輸送技術成熟等優(yōu)點被廣泛應用。膠結充填是礦山充填開采技術將尾礦、矸石、粉煤灰等固體廢棄物摻入適量的膠凝材料，加水混合攪拌制成膠結充填料漿，再通過泵送或自流的方式沿管路將充填料漿輸送到采空區(qū)進行充填作業(yè)，然后使料漿在采空區(qū)中凝固，形成具有一定強度和整體性的充填體。膠結充填體對覆巖起到一定的支撐作用，可以減緩頂板下沉從而減弱頂板巖層破壞，進行采空區(qū)充填后，工作面礦山壓力顯現(xiàn)不明顯，工作面安全系數高，采空區(qū)上方地表的沉陷較小，是一種有效的巖層控制手段。

就煤礦長壁工作面采空區(qū)充填開采而言，目前僅在采高2m～4m左右的工作面取得了較大的發(fā)展，在采高過小或者過大時，由于充填空間難以維護，并沒有可靠的充填方法。特別是大采高工作面或者放頂煤工作面，由于開采過后所形成的采空空間巨大，按照目前已有的采空區(qū)充填技術思路，無法實現(xiàn)這種條件下的充填開采作業(yè)。然而，目前小于2m的薄煤層和大于4m厚煤層開采占整個煤炭產能的50％左右，因此研究一種能夠實現(xiàn)薄煤層工作面、大采高工作面和放頂煤工作面的安全高效充填開采技術已成為亟需解決的問題。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種煤層頂底板灌注式采空區(qū)充填結構及其充填方法，能夠安全高效地充填包括大采高和放頂煤工作面等在內的各種長壁工作面采空區(qū)。

技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種煤層頂底板灌注式采空區(qū)充填結構，在長壁工作面的頂板和/或底板位置沿工作面推進方向設置有中空結構的充填巷，分別為頂板充填巷、底板充填巷；所述充填巷均勻間隔開設若干充填鉆孔，分別對應為頂板充填鉆孔、底板充填鉆孔；所述充填鉆孔垂直設置，終孔位置連通至采空區(qū)；在充填巷內和充填鉆孔內布置有充填管路，充填管路與礦井充填系統(tǒng)連接。

進一步的，所述的充填管路安設于頂底板充填巷內，通過固定螺栓和固定抱箍固定于巷道頂板、兩幫或底板；充填管路通過混凝土澆筑安裝于充填鉆孔內。

進一步的，所述的長壁工作面包含大采高工作面和放頂煤工作面。

進一步的，所述的頂板充填巷位于工作面垮落帶以上，垂直距離Xr不小于5m；所述的底板充填巷位于工作面底板破壞帶以下，垂直距離Xf不小于5m。

進一步的，所述的頂板充填鉆孔位于頂板充填巷內部，由底板垂直向下，終孔位置位于工作面垮落帶中間；所述的底板充填鉆孔位于底板充填巷內部，由頂板垂直向上，終孔位置位于長壁工作面內。

進一步的，所述頂板充填鉆孔、底板充填鉆孔均沿充填巷道走向布置，其間距不大于25m；所述充填鉆孔為圓形，孔徑不小于150mm。

進一步的，所述的頂板充填巷、底板充填巷的條數由長壁工作面斜長確定，至多每50m工作面斜長配套一條頂板充填巷和/或底板充填巷。