[發(fā)明專利]一種房式采煤法采空區(qū)遺留煤柱充填加固方法

有效

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• 申請(qǐng)日: 2020-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN111206956B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫強(qiáng);張吉雄;周楠;李猛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21F15/00
• 分類號(hào): E21F15/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

本發(fā)明提出一種房式采煤法采空區(qū)遺留煤柱充填加固方法，通過房式采煤法采空區(qū)遺留煤柱賦存特征，以及煤巖體的物理力學(xué)參數(shù)，進(jìn)行數(shù)值分析確定遺留煤柱需要加固的區(qū)域及范圍，通過地面鉆井自流自滯、多次充填膠結(jié)充填材料的方式，形成采空區(qū)支撐柱，對(duì)多個(gè)局部區(qū)域的遺留煤柱進(jìn)行定點(diǎn)加固。本發(fā)明通過在遺留煤柱加固區(qū)域鉆井，使膠結(jié)充填材料自流自滯，在遺留煤柱加固區(qū)域形成采空區(qū)支撐柱，降低了附近的遺留煤柱所承受的應(yīng)力載荷；多個(gè)遺留煤柱加固區(qū)域循環(huán)作業(yè)，各工序之間互不干擾；對(duì)多個(gè)局部區(qū)域的遺留煤柱進(jìn)行定點(diǎn)加固；結(jié)構(gòu)簡單，作業(yè)高效，設(shè)備投入少，施工成本低，加固效果好，安全性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遺留煤柱加固地表沉陷控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種房式采煤法采空區(qū)遺留煤柱充填加固方法。

背景技術(shù)

房柱式開采方法多應(yīng)用在資源分布廣、地質(zhì)構(gòu)造簡單、煤層賦存較淺的地區(qū)，大片遺留煤柱未采使得大量煤炭資源被浪費(fèi)，威脅礦井安全和對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。但是傳統(tǒng)回收遺留煤柱的方法例如劈柱式和倉翼式存在回收效率不高，機(jī)械化程度低等等缺點(diǎn)。而使用拋料充填與綜合機(jī)械化充填回收需要運(yùn)送大量固體充填材料到采空區(qū)，使得運(yùn)輸成本和設(shè)備投資過多。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種房式采煤法采空區(qū)遺留煤柱充填加固方法，結(jié)構(gòu)簡單，作業(yè)高效，設(shè)備投入少，施工成本低，加固效果好，安全性高。

技術(shù)方案：本發(fā)明提出一種房式采煤法采空區(qū)遺留煤柱充填加固方法，通過房式采煤法采空區(qū)遺留煤柱賦存特征，以及煤巖體的物理力學(xué)參數(shù)，進(jìn)行數(shù)值分析確定遺留煤柱需要加固的區(qū)域及范圍，通過地面鉆井自流自滯、多次充填膠結(jié)充填材料的方式，形成采空區(qū)支撐柱，對(duì)多個(gè)局部區(qū)域的遺留煤柱進(jìn)行定點(diǎn)加固，具體步驟如下：

S1、調(diào)研、收集房式采煤法采空區(qū)遺留煤柱礦井采礦地質(zhì)資料，得到遺留煤柱的賦存特征；并進(jìn)行煤巖體取樣，測試物理力學(xué)參數(shù)；所述遺留煤柱的賦存特特征包括采空區(qū)遺留煤柱區(qū)域的工作面寬度W和推進(jìn)長度L₂；遺留煤柱尺寸；煤層埋深H；煤層傾角

S2、根據(jù)煤巖體測試的物理力學(xué)參數(shù)，構(gòu)建房式采煤法采空區(qū)遺留煤柱長時(shí)蠕變穩(wěn)定性數(shù)值分析模型，確定一個(gè)遺留煤柱加固區(qū)域的鉆井中心點(diǎn)O；并得到O點(diǎn)附近遺留煤柱應(yīng)力載荷與遺留煤柱加固區(qū)域理論半徑的關(guān)系，選取合適的遺留煤柱加固區(qū)域理論半徑R。

S3、基于遺留煤柱的賦存特征及遺留煤柱加固區(qū)域理論半徑R，模擬巖層移動(dòng)計(jì)算結(jié)果及基本頂破斷來壓實(shí)測步距，確定相鄰遺留煤柱加固區(qū)域的鉆井中心點(diǎn)O的間隔L₁；通過地面套管鉆井方式，每間隔距離L₁定點(diǎn)施工充填鉆井；相鄰遺留煤柱加固區(qū)域的鉆井中心點(diǎn)O的間隔L₁為50～200m。

S4、布置地面膠結(jié)充填材料制備與運(yùn)輸系統(tǒng)，多個(gè)遺留煤柱加固區(qū)域循環(huán)作業(yè)，采用垂直自流自滯、分次充填的方法，形成采空區(qū)支撐柱，完成井下區(qū)域遺留煤柱的加固。

進(jìn)一步，每個(gè)遺留煤柱加固區(qū)域覆蓋若干遺留煤柱。

進(jìn)一步，每個(gè)遺留煤柱加固區(qū)域充填的膠結(jié)充填材料體積

V≥f(πhR²-V₁)

式中：h為遺留煤柱加固的高度；

V₁為遺留煤柱加固區(qū)域范圍內(nèi)的煤柱體積；

f為充填富余系數(shù)。