[發明專利]一種電滲固結提高固體充填采煤采空區充實率的方法

有效

• 申請號: 201910372637.6
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN110173300B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 郭俊慶;付仁龍;王玉;康天合;鄔錦華;閆耀東;王小強;劉璽宸
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00;E21F16/00
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明屬采煤采空區充填技術領域，為解決現有技術提高采空區充實率方法存在工藝復雜、工程量大、影響采煤作業效率的問題，提供一種電滲固結提高固體充填采煤采空區充實率的方法。充填采煤液壓支架后方連接陽極或陰極電極，開切眼靠近邊界煤柱側固定開排水孔的反向電極管，接通電源，電滲作用驅動采空區充填物料中的水運移至電極管并自流至水溝，電泳作用聚結采空區充填物料中的細物料至支架后方密實空間，電極附近物料氧化還原反應產生的膠結物將物料固結在一起。本發明通過電滲排水、電泳聚結、電化學膠結和覆巖加載等共同作用，含水率降低了41~66%，采空區的充實率提高至90.7~95.1%，充填物料的抗壓強度提高3.4~7.8倍。

技術領域

本發明屬于采煤采空區充填技術領域，具體涉及一種電滲固結提高固體充填采煤采空區充實率的方法，在固體充填采煤中通過電滲排水、電泳聚結和電化學改性等協同作用固結充填材料，從而提高采空區充實率的方法。

背景技術

固體充填采煤是目前解放“三下”壓煤最有效的技術途徑之一，充填體充實率直接影響充填采場的覆巖移動和地表沉陷控制效果。但是，實際中的采空區充實率較低，尤其是在采空區水較多的環境中。因此，如何大幅提高充實率成為固體充填的重要問題。

當前，提高采空區充實率的方法主要是從提高支架初撐力和夯實法兩個角度入手。其中提高支架初撐力的目的在于使支架主動支撐頂板，以減小頂板在未充填前的下沉量。夯實法的控制原理有2方面：（1）減小充填欠接頂量，充填作業中必須保證夯實機的伸縮機構盡量伸出，每次夯實作業以夯實板前的物料堆積到頂板處且夯不動為止，發現充填未接頂時立即進行補夯；（2）減少充填物料的壓縮變形量，為了盡量提高充填物料的初始壓實度同時兼顧充填效率，確定落料后每輪夯實次數不少于10次。但是該方法存在成本高、工藝復雜、充填作業會影響煤炭開采效率等問題。并且在上覆巖層頂板裂隙發育以及煤層開采過程中水涌出量較大的情況下，采空區含水量較高，充入采空區的煤矸石、粉煤灰、黃土、礦渣等充填材料會一直處于一個水環境中，有些物料甚至發生膨脹，疏松度增加，抗壓強度顯著降低。

電滲法被廣泛應用于軟土脫水固結、軟巖改性加固和強化油氣采收等領域，其原理是通過電滲作用加快煤、巖、土等介質間的液體運移排出，同時又可通過電泳作用實現固體顆粒的定向運移，以及電化學反應產生新的膠結礦物。

發明內容

本發明為了解決現有技術提供的提高采空區充實率方法存在工藝復雜、工程量大、影響采煤作業效率的問題，提供了一種電滲固結提高固體充填采煤采空區充實率的方法。

本發明由如下技術方案實現的：一種電滲固結提高固體充填采煤采空區充實率的方法，在充填采煤液壓支架后方連接陽極或陰極電極，在開切眼靠近邊界煤柱一側固定反向電極管，反向電極管上開設排水孔；接通電源，兩電極間的電滲作用驅動采空區充填物料中的水運移至電極管并自流至水溝，兩電極間的電泳作用聚結采空區充填物料中的細物料至支架后方密實空間，兩電極附近物料發生氧化還原反應產生的膠結物將物料固結在一起增強充填物料的強度，提高采空區的充實率。

具體步驟如下：

（1）測試采空區煤矸石的組分與粒徑分布，以及水環境中的成分與酸堿度；

（2）根據采空區內的水質及pH值，確定充填物料的種類與顆粒粒徑；當采空區內的水體pH值小于5時，充填物料選擇煤矸石、粉煤灰與礦渣，在保證煤矸石占比0.8的條件下，粉煤灰與礦渣比例為0.1:0.1~0.15:0.05；當采空區內的水體pH值大于5，充填物料選擇煤矸石、粉煤灰與黃土，在保證煤矸石占比0.8的條件下，粉煤灰與黃土比例為0.05：0.15~0.1:0.1；

（3）在進風或回風順槽傾斜方向一側設置排水溝；

（4）在充填采煤液壓支架后方設置陽極或陰極電極，在開切眼靠近邊界煤柱側固定反向電極管，反向電極管上開設排水孔；