[發(fā)明專利]一種凍結(jié)房柱式殘采區(qū)積水上行復(fù)采蹬空煤層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911121454.3
• 申請(qǐng)日: 2019-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110847955B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭軍;文曉澤;馮國(guó)瑞;王朋飛;李松玉;錢瑞鵬;郝晨良;閆勇敢;孫強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): E21F15/00
• 分類號(hào): E21F15/00;E21C41/18;E21D9/00
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種凍結(jié)房柱式殘采區(qū)積水上行復(fù)采蹬空煤層的方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）判別房柱式殘采區(qū)上覆蹬空煤層上行開(kāi)采的可行性；

（2）結(jié)合礦井原有地質(zhì)、技術(shù)資料，煤柱群和空區(qū)群的分布狀況，繪制房柱式殘采區(qū)煤柱群和空區(qū)群的分布形態(tài)圖以指導(dǎo)安全生產(chǎn)，此外，探明采空區(qū)的積水高度、積水量、水質(zhì)；

（3）掘進(jìn)蹬空煤層的回采巷道，在已經(jīng)探明的房柱式殘采區(qū)端部煤柱上方布置蹬空煤層的開(kāi)切眼，布置蹬空煤層工作面；

（4）在步驟（3）所掘蹬空煤層回采巷道中，沿巷道軸向，從煤層底板由上向下鉆取一系列垂直鉆孔，通過(guò)巷道鉆孔往采空區(qū)積水中下放并布置凍結(jié)管路；

（5）在步驟（3）所掘蹬空煤層的回采巷道中布置凍結(jié)站，進(jìn)行巷道中鹽水輸送與回路管道架設(shè)；各凍結(jié)管路下放至房柱式殘采區(qū)積水中時(shí)，將一系列溫度傳感器隨同管路一起下放，均勻布置于房柱式殘采區(qū)積水中，對(duì)采空區(qū)積水溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)；

（6）步驟（5）中在巷道中布置的凍結(jié)站開(kāi)始制冷，通過(guò)步驟（4）中下放于房柱式殘采區(qū)積水中的凍結(jié)管回路，由循環(huán)鹽水置換積水熱量，使房柱式殘采區(qū)中積水進(jìn)入積極凍結(jié)期，積水逐步結(jié)冰，利用水隨容納體形狀改變以及水結(jié)冰體積膨脹的特性，使其結(jié)冰的同時(shí)充分接頂，殘采區(qū)結(jié)冰后的冰體充當(dāng)充填體，對(duì)掘進(jìn)蹬空煤層的底板巖層起到支撐作用；

（7）待房柱式殘采區(qū)積水與后續(xù)注水完全凝固結(jié)冰后，步驟（4）中的各凍結(jié)站減少制冷量，凍結(jié)工作進(jìn)入消極凍結(jié)期，保證冰塊不會(huì)化凍，維持凍結(jié)冰體溫度恒定維持在-8℃~-10℃；房柱式殘采區(qū)積水結(jié)冰凝固的同時(shí)，將房柱式殘采區(qū)中局部垮落的石塊以及遺留煤柱凍結(jié)于冰體之中，此外，冰體與殘采區(qū)頂?shù)装濉⑦z留煤柱以及圍巖共同形成一個(gè)整體，為上覆蹬空煤層工作面推進(jìn)提供一個(gè)穩(wěn)定的底板環(huán)境；

（8）之后在消極凍結(jié)維持的冰體支撐下，上覆蹬空煤層工作面開(kāi)始向前推進(jìn)，逐步回采煤炭資源；

（9）在蹬空煤層推進(jìn)過(guò)程中，加強(qiáng)巷道的支護(hù)，待回采工作面推進(jìn)到停采線前100-150m位置時(shí)，開(kāi)始在回采巷道中沿工作面推進(jìn)方向，逐步停止凍結(jié)工作，撤走凍結(jié)設(shè)備，待結(jié)冰體融化后，回撤凍結(jié)管路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍結(jié)房柱式殘采區(qū)積水上行復(fù)采蹬空煤層的方法，其特征在于：所述房柱式殘采區(qū)積水為不與地下暗河連通的積水，所指積水長(zhǎng)期水量基本不變，會(huì)受到地下水少量補(bǔ)充的同時(shí)有小規(guī)模流失，但總體水量處于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍結(jié)房柱式殘采區(qū)積水上行復(fù)采蹬空煤層的方法，其特征在于：步驟（1）的可行性判定方法為：將“三帶”判別法、圍巖平衡法、比值判別法、數(shù)理分析法和定量判別法結(jié)合起來(lái)，綜合判別房柱式殘采區(qū)上覆蹬空煤層上行開(kāi)采的可行性。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍結(jié)房柱式殘采區(qū)積水上行復(fù)采蹬空煤層的方法，其特征在于：步驟(2)通過(guò)調(diào)研礦井原有地質(zhì)、技術(shù)資料查清蹬空煤層下方房柱式殘采區(qū)空區(qū)群和煤柱群的寬度、高度，采用三維激光掃描儀精準(zhǔn)探測(cè)房柱式殘采區(qū)空區(qū)群的分布方位、尺寸和體積，同時(shí)探明房柱式殘采區(qū)積水的深度、分布范圍、體積。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍結(jié)房柱式殘采區(qū)積水上行復(fù)采蹬空煤層的方法，其特征在于：步驟(3)在已經(jīng)探明的房柱式殘采區(qū)上方布置蹬空煤層的回采巷道與工作面，回采巷道在滿足開(kāi)采需要的基礎(chǔ)上擴(kuò)寬1.0~1.2倍，同時(shí)在運(yùn)輸巷道中開(kāi)掘輔助硐室，用于后續(xù)凍結(jié)站的布置，避免影響回采工作。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍結(jié)房柱式殘采區(qū)積水上行復(fù)采蹬空煤層的方法，其特征在于：步驟(4)中的巷道鉆孔為減少鉆孔工作量，選擇垂直鉆孔，鉆孔數(shù)目由需冷量、積水體積和凍結(jié)管路的凍結(jié)半徑共同確定；通過(guò)鉆孔向房柱式殘采區(qū)積水中下放凍結(jié)管路，凍結(jié)管在采空區(qū)積水中構(gòu)成一組組閉合回路，進(jìn)行鹽水循環(huán)，置換積水中的熱量，使積水凍結(jié)成冰；巷道鉆孔位置，由步驟(2)中繪制的房柱式殘采區(qū)煤柱群和空區(qū)群的分布形態(tài)圖確定，在開(kāi)掘巷道中正下方為殘采區(qū)空區(qū)的位置下鉆。