[發(fā)明專利]一種間隔式布設(shè)矸石充填與囊袋注漿聯(lián)合支撐減損方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010638491.8
• 申請(qǐng)日: 2020-07-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111550283A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申艷軍;郝建帥;白志鵬;侯新;袁江強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): E21F15/00
• 分類號(hào): E21F15/00;E21F15/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 曹洋苛

本發(fā)明公開(kāi)了一種間隔式布設(shè)矸石充填與囊袋注漿聯(lián)合支撐減損方法，適用于中西部矸石較多的礦區(qū)，且頂板較堅(jiān)硬的薄及中厚煤層。采用液壓支架后拋?lái)费b置堆砌矸石的方式，在采煤作業(yè)進(jìn)行中設(shè)置間隔式膠結(jié)矸石與囊袋聯(lián)合支撐。頂板處于“懸臂梁”狀態(tài)，在其斷裂垮落前，利用液壓支架暫時(shí)性支撐的工作間隙，利用拋?lái)窓C(jī)將破碎矸石向預(yù)訂支撐點(diǎn)進(jìn)行拋射堆積，待其注漿膠結(jié)成一定強(qiáng)度后，布設(shè)注漿囊袋進(jìn)行注漿支撐；同時(shí)，借由水泥漿初凝時(shí)間與注漿壓力控制注漿過(guò)程，保證施工質(zhì)量。由此，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的支撐手段可滿足綠色開(kāi)采的環(huán)保要求與技術(shù)需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種間隔式布設(shè)矸石充填與囊袋注漿聯(lián)合支撐減損方法，涉及煤礦開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

伴隨著近幾年煤炭開(kāi)采向西部地區(qū)的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致了西部地區(qū)的環(huán)境惡化，加劇了西部生態(tài)的破壞。特別是西部生態(tài)脆弱區(qū)，干旱少雨，水資源匱乏，生態(tài)環(huán)境脆弱，使得大規(guī)模開(kāi)采煤炭資源與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的矛盾十分突出。采煤活動(dòng)引起煤層上覆巖層產(chǎn)生斷裂及下沉，導(dǎo)致出現(xiàn)地表沉降、塌陷和開(kāi)裂等問(wèn)題，使原有地質(zhì)條件發(fā)生變化，地表生態(tài)環(huán)境受到破壞，建筑及公路橋梁等基建設(shè)施受到損害，地下水流場(chǎng)受到影響，維系地表生態(tài)系統(tǒng)的地下水出現(xiàn)滲漏或水位下降，致使生態(tài)系統(tǒng)退化，以上問(wèn)題嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)孛禾抠Y源開(kāi)采的可持續(xù)發(fā)展。

為應(yīng)對(duì)因采煤引起的種種問(wèn)題，留設(shè)保護(hù)煤柱開(kāi)采和充填開(kāi)采成為該區(qū)域最為常見(jiàn)的減損方法。但留設(shè)煤柱開(kāi)采方法一方面造成資源浪費(fèi)、減少礦井服務(wù)年限；另一方面，影響生產(chǎn)布局和煤炭的高效回采。對(duì)充填法而言外運(yùn)建筑材料充填開(kāi)采的成本投入太高，經(jīng)濟(jì)效益性差，諸如此類問(wèn)題使以上減損方法難以進(jìn)行大面積推廣實(shí)施。近年來(lái)隨著矸石充填液壓支架、高速拋干機(jī)等相關(guān)技術(shù)設(shè)備的發(fā)展，矸石充填技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生了一定的成效。但是，碎脹的矸石經(jīng)過(guò)上部覆巖的壓實(shí)作用，壓實(shí)后產(chǎn)生一定的沉降，使得充填效果減弱，地表仍會(huì)產(chǎn)生一定的裂縫與變形。因此，進(jìn)一步探究科學(xué)、合理的煤矸石充填減損技術(shù)手段成為煤炭資源開(kāi)采亟待解決的技術(shù)難題。

現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于傳統(tǒng)切頂卸壓垮落充填的方法，在頂板垮落后未注漿加固或從地面向下鉆孔注漿全斷面充填方法，較少有井下間隔式布設(shè)囊袋注漿加固形成支護(hù)體的方法；其次對(duì)于碎脹系數(shù)的研究大多在于觀測(cè)評(píng)價(jià)，較少有對(duì)矸石充填體進(jìn)行注漿加固方面的探索，并沒(méi)有針對(duì)如何應(yīng)用碎脹系數(shù)研究進(jìn)行間隔式注漿充填加固的方法；再者對(duì)于采空區(qū)全斷面矸石充填方法產(chǎn)生的二次沉降，并沒(méi)有采用井下注漿矸石膠結(jié)結(jié)合囊袋注漿進(jìn)行間隔式支撐的減損方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于，針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提出一套間隔式布設(shè)矸石充填與囊袋注漿聯(lián)合支撐減損方法，利用采煤作業(yè)中產(chǎn)生的大量矸石，采取機(jī)械拋射至指定位置堆積，代替原有采空區(qū)垮落后全斷面注漿充填方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)間隔式布設(shè)充填加固的目標(biāo)；

針對(duì)傳統(tǒng)矸石未注漿充填的情況，由于上覆巖石的壓實(shí)作用，采空區(qū)會(huì)進(jìn)一步被壓實(shí)，地面仍會(huì)產(chǎn)生部分沉降，因此提出在采空區(qū)堅(jiān)硬頂板處于“懸臂梁”狀態(tài)時(shí)利用破碎矸石進(jìn)行間隔式充填注漿的加固措施，利用碎脹原理精確計(jì)算注漿量，實(shí)現(xiàn)間隔式布設(shè)注漿充填加固；該方法結(jié)合囊袋注漿能有效避免充填的矸石由于壓實(shí)作用引起的二次沉降問(wèn)題。同時(shí)，該方法一方面充分利用破碎矸石間隔式注漿加固減少了采空區(qū)注漿量，不但解決了大量矸石升井和污染問(wèn)題，又滿足了對(duì)于充填材料的需求；另一方面，利用囊袋注漿充填解決了矸石膠結(jié)的垛樁體與頂板接觸問(wèn)題。最終保證支撐頂板覆巖的穩(wěn)定性，解決壓實(shí)沉降問(wèn)題與頂板覆巖失穩(wěn)問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：