[發明專利]一種流態化矸石本層本面嗣后充填系統及方法

在審

• 申請號: 202110702420.4
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113339056A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 張吉雄;閆浩;高峰;李百宜;孫強;李猛;周楠
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00;E21F15/06;E21F17/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

1.一種流態化矸石本層本面嗣后充填系統，其特征在于，所述充填系統包括料漿制備系統、料漿輸送系統和采空區充填系統，

所述料漿制備系統包括矸石倉(3)、蓄水池(4)和攪拌機(5)，所述矸石倉(3)、蓄水池(4)均與所述攪拌機(5)連接；

所述料漿輸送系統包括充填泵(6)、充填管路(7)，所述充填管路(7)通過充填泵(6)與所述攪拌機(5)連接；

所述采空區充填系統包括采空區注漿管(12)，所述充填管路(7)與所述采空區注漿管(12)連接，通過所述采空區注漿管(12)向采空區進行充填。

2.根據權利要求1所述的一種流態化矸石本層本面嗣后充填系統，其特征在于，所述料漿制備系統、料漿輸送系統和采空區充填系統均布置在井下。

3.根據權利要求1所述的一種流態化矸石本層本面嗣后充填系統，其特征在于，所述料漿制備系統還包括破碎機(1)、輸送機(2)，所述破碎機(1)的出口通過輸送機(2)與所述矸石倉(3)的矸石入口連接，所述矸石倉(3)的矸石出口通過輸送機(2)與所述攪拌機(5)連接；所述破碎機(1)包括顎式破碎機和復合式破碎機，其中，所述顎式破碎機與復合式破碎機通過輸送機連接，所述顎式破碎機用于初步破碎，所述復合式破碎機用于二次破碎；

所述矸石倉(3)內儲存矸石，所述矸石的充填粒徑8mm，所述矸石來源于洗選矸石和掘進矸石，所述矸石的巖性包括泥巖、泥質砂巖或砂巖中至少一種；所述矸石與水混合形成的料漿的質量濃度為70％。

4.根據權利要求1所述的一種流態化矸石本層本面嗣后充填系統，其特征在于，所述料漿輸送系統還包括三通管(9)和環形流量計(8)，所述環形流量計(8)設置于所述充填管路(7)上，所述采空區注漿管(12)通過所述三通管(9)與所述充填管路(7)連接。

5.根據權利要求1所述的一種流態化矸石本層本面嗣后充填系統，其特征在于，所述采空區注漿管(12)隨著工作面推進，始終深入工作面后方100～130m；所述采空區注漿管(12)的末端深入采空區3～10m。

根據本層本面采空區的孔隙分布，可得料漿的最大擴散半徑約為100m，為防止料漿擴散至充填開采工作面影響正常的采煤作業，隨著工作面向前推進，采空區注漿管末端也應該始終滯后于開采工作面100～130m的距離，且采空區注漿管末端深入采空區3～10m。

6.根據權利要求1所述的一種流態化矸石本層本面嗣后充填系統，其特征在于，所述充填管路(7)連接有至少一個所述采空區注漿管(12)，當所述采空區注漿管(12)的數量大于1時，相鄰所述采空區注漿管(12)間隔80～200m設計。相鄰所述采空區注漿管的間隔是根據充填工作面面寬決定的，一般取80～200m都是較為合理的。

7.根據權利要求1所述的一種流態化矸石本層本面嗣后充填系統，其特征在于，所述采空區注漿管(12)的埋管深度L＝1.5r，為r采空區破碎巖體中料漿擴散半徑。

8.根據權利要求7所述的一種流態化矸石本層本面嗣后充填系統，其特征在于，所述采空區破碎巖體中料漿擴散半徑r的計算方法為：通過包括注漿管管口壓力、管口內徑、采空區破碎巖體孔隙率在內的參數，采用數值模擬軟件，按照采場的實際尺寸建立本層本面嗣后充填模型，根據料漿擴散數值模型計算得出所述采空區破碎巖體中料漿擴散半徑r，所述數值模擬軟件包括ANSYS或COMSOL。

9.根據權利要求1所述的一種流態化矸石本層本面嗣后充填系統，其特征在于，所述采空區充填系統還包括采空區注漿管套管(11)和高壓閥門(10)，所述采空區注漿管(12)設置于所述采空區注漿管套管(11)內，所述采空區注漿管(12)上設置有所述高壓閥門(10)。

10.根據權利要求1～9任一所述的一種流態化矸石本層本面嗣后充填系統的充填方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)矸石倉(3)中的矸石和蓄水池(4)中的水通過攪拌機(5)進行攪拌制備成料漿；

(2)所述料漿經充填泵(6)泵入充填管路(7)，輸送至充填區域；

(3)充填管路(7)中的料漿通過采空區注漿管(12)對采空區進行回撤、充填。