煤矿采空区随采随充充填方法.pdf

1、10申请公布号CN102230396A43申请公布日20111102CN102230396ACN102230396A21申请号201110144686822申请日20110531E21F15/00200601E21F15/0420060171申请人大连大学地址116622辽宁省大连市大连经济技术开发区学府大街10号72发明人李伟夏洪春宋振骐赵晓东彭林军74专利代理机构大连智慧专利事务所21215代理人周志舰54发明名称煤矿采空区随采随充充填方法57摘要本发明公开一种煤矿采空区随采随充充填方法，在工作面推进后直接顶冒落前，充填支撑墙，解决现有方法存在的问题。施工工艺方法是确定支撑墙的数量、厚度参

2、数；准备似膏体材料；布置在工作面支护装备下方的输送管道，在工作面轨道顺槽和运输顺槽内安装似膏体充填泵、顺槽充填管道等设备；顺槽充填管道将充填泵与安装在采空区的每一组充填模板连通；工作面开采一个或两个截深后，充填泵输送似膏体材料做第一组充填支撑墙；等支撑墙充填材料凝固、工作面又推进一个截深后，再一次进行充填第二组支撑墙。本发明的有益之处在于由于采用似膏体随采随充充填方法，充填及时，使得顶板破碎范围变小，超前矿山压力显现明显减弱，充填效果好。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图1页CN102230398A1/1页21一种煤矿采空区随采随充充填方

3、法，其特征在于所述煤矿采空区随采随充充填方法，是沿工作面11推进方向、在工作面11推进后直接顶冒落前，在工作面11内利用充填泵4送似膏体材料2，及时充填若干条带状充填支撑墙10。2根据权利要求1所述煤矿采空区随采随充充填方法，其特征在于所述煤矿采空区随采随充充填方法的具体施工工艺是根据工作面11开采条件、依据理论计算确定工作面11布置带状充填支撑墙10的数量、宽度参数；采用长壁开采工艺长壁普采、综采；根据工作面11开采工艺，准备似膏体材料2、充填泵4、充填管道及附件；在工作面11设备安装同时，在工作面支护装备6后方的采空区9沿工作面11方向安装充填模板组8；在工作面11内的输送管道3布置在工作

4、面支护装备6的支护梁下方，在工作面支护装备6的保护之下，并可以随工作面支护装备6移动；在工作面轨道顺槽1和运输顺槽12内布置安装似膏体材料充填泵4、顺槽充填管道5等设备；似膏体材料2通过输送管道3送入充填泵4，工作面充填管道7将充填泵4与每一充填模板组8连通，调试好备用；根据顶板条件确定工作面11开采一个或两个截深后，充填泵4送似膏体材料做第一组充填支撑墙10；等第一组充填支撑墙10的似膏体材料2凝固、工作面11又推进一个截深后，随工作面支护装备6前移，将充填模板组8向前拖移一个截深，再做第二组充填支撑墙10；以此类推周而复始，直至工作面11开采完毕。3根据权利要求2所述煤矿采空区随采随充充填

5、方法，其特征在于所述充填支撑墙10的数量与工作面11长度与顶板岩性、工作面支护装备6控顶距离有关，布置12组20组，组间距不小于5M；充填支撑墙10的宽度主要根据单个支护架的宽度确定，为15M3M。4根据权利要求2所述煤矿采空区随采随充充填方法，其特征在于所述长壁开采工艺适用于开采厚度为15M4M的煤层。5根据权利要求2所述煤矿采空区随采随充充填方法，其特征在于所述似膏体材料2是利用全砂土固结材料做胶结剂，工业垃圾或河砂等作骨料，骨料中配以1530的细粒级砂，尺寸不大于37M，加水制成浓度为7476、外观近似牙膏状的浆体。6根据权利要求2所述煤矿采空区随采随充充填方法，其特征在于所述充填泵4主

6、要是采用采用防爆型的大功率混凝土输送泵。7根据权利要求2所述煤矿采空区随采随充充填方法，其特征在于所述专用的似膏体材料输送管道3和工作面充填管道7，应为大口径的钢丝增强胶管，可弯曲、抗磨损；管道附件主要包括管接头、弯头、三通、连接销。8根据权利要求2所述煤矿采空区随采随充充填方法，其特征在于所述工作面支护装备6与充填模板组8设计成一体，成为专用的充填支架。9根据权利要求2所述煤矿采空区随采随充充填方法，其特征在于所述充填模板组8的数量为12组20组。权利要求书CN102230396ACN102230398A1/6页3煤矿采空区随采随充充填方法技术领域0001本发明涉及煤矿开采的采空区治理方法，

7、具体涉及一种适用于多种煤层开采的、特别适合于中厚煤层开采的煤矿采空区随采随充填方法，在开采过程中控制减少工作面的顶板下沉，减轻矿压显现。背景技术0002煤矿采空区的充填可以减少地下开采对地面造成的沉陷危害减轻井下巷道和工作面受采动影响，便于顶板管理，有利于改善巷道维护及运输、通风和瓦斯管理，而且对煤矿控制重大事故和沉陷环境灾害，实现安全生产、节能减排等具有重要意义。0003充填方法主要有0004水力充填法是采用水力输送方式，通过充填管路将充填料浆送入采空区进行充填的工艺；充填料浆具有良好的流动性；地表减沉效果好于风力充填和矸石自溜充填。0005风力充填采煤法是利用压缩空气的风压，将充填材料通过

8、垂直管路输送到井下贮料仓，然后由普通输送机输送到采空区风力充填机，风力充填机利用风压，通过充填管道将充填材料输送到采空区进行充填；与水力充填相比，优点是充填系统较为简单，没有排水、排泥系统。0006粉煤灰充填是将热电厂燃烧煤炭产生的高浓度粉煤灰胶结充填随采随充，系统充填能力比河砂充填提高50，无堵管事故。0007矸石自溜充填是当煤层倾角较大时，采用矸石自溜充填法对采空区进行充填，改善了急倾斜近距离煤层开采的顶板管理；可以和多种采煤方法配合使用，充填设备简单，不需要专用设备。0008矸石带状充填是沿工作面开切眼或推进方向，每隔一定距离垒砌一个矸石带来支撑顶板，以达到减少地表下沉的目的。0009采

9、空区冒落矸石空隙注浆充填是利用冒落带特性，在采空区冒落矸石之间的空隙未被压实之前，由钻孔向离层空间注浆，具有固化功能的细粒级浆体填充离层和冒落空间，在有限的时间内充填材料与冒落矸石胶结后，形成固化体与冒落的岩块共同支撑上覆岩层，起到减缓地表变形的作用。0010膏体胶结充填是把煤矿的矸石、粉煤灰、工业炉渣、河砂等加工成不脱水的牙膏状浆体，此浆体为不析水的物料集合体。在充填泵的作用下通过管道输送到井下，及时充填采空区，形成以膏体为主的胶结充填体支撑上覆岩层，充填强度高、井下不脱水，有效控制地表沉陷，提高资源采出率。0011煤矿似膏体充填似膏体充填料浆具有水力充填料浆良好的流动性，又具有膏体充填强度

10、高、井下不脱水的优点，应用“似膏体”材料进行充填，称为“似膏体充填”；提高了充填效率，提升了安全水平。0012存在以下主要问题0013水力充填浪费水资源，并造成采空区积水隐患。说明书CN102230396ACN102230398A2/6页40014风力充填充填费用高，充填密度不及水力充填；风力充填成本约为水力充填成本的117215倍，地表减沉效果不如水力充填。0015粉煤灰充填充填强度低、井下脱水、粉煤灰压缩率较大、井下排水污染环境。0016矸石自溜充填增加了采、运矸石系统和设备，充填成本高、降低回采工效，充填能力低，减沉效果不明显；不如水力和风力充填。0017矸石带状充填充填过程中如遇矸石料

11、不足的情况，需要挑顶取料，增加了工人的劳动强度，特别是施工速度缓慢，影响工作面的推进速度和产量。0018煤矿似膏体充填充填材料在工作面开采顶板已经发生冒落后，再注入采空区充填离层与冒落空间，因而是一个被动的减少岩层沉降的方法，不能从根本上控制顶板的运移。发明内容0019本发明公开一种煤矿采空区随采随充充填方法，即沿工作面推进方向，在工作面推进后直接顶冒落前，于工作面内利用泵送似膏体充填材料，充填若干条带状支撑墙，解决上述方法存在的问题。0020具体施工工艺方法是00211根据工作面11开采条件、依据理论计算确定工作面11布置带状充填支撑墙10的数量、宽度参数；0022开采条件包括煤层开采厚度、

12、埋藏深度；煤层顶板岩石主要物理力学参数抗压强度、抗拉强度；开采工作面11长度；工作面支护装备6控顶距离；长壁开采工艺长壁普采、综采；0023本方法适用于煤层开采厚度为15M4M的所有长壁开采工艺；0024充填支撑墙10的数量与工作面11长度与顶板岩性、工作面支护装备6控顶距离有关，布置12组20组，组间距不小于5M；0025充填支撑墙10的宽度主要根据单个支护架的宽度确定，为15M3M。00262根据工作面11开采工艺，准备似膏体材料2、充填泵4、充填管道及附件；0027似膏体材料2似膏体材料2是利用全砂土固结材料做胶结剂，工业垃圾或河砂等作骨料，骨料中配以1530的细粒级砂不大于37M，加水

13、制成浓度为7476、外观近似牙膏状的浆体；0028充填泵采用防爆型的大功率混凝土输送泵；0029主要是采用以下两种型号的的输送泵，还可以根据需要进行设计改造0030说明书CN102230396ACN102230398A3/6页50031专用的似膏体材料输送管道，管道应为大口径的钢丝增强胶管，可弯曲、抗磨损；管道附件主要包括管接头、弯头、三通、连接销；00323在工作面11设备安装同时，在工作面支护装备6后方的采空区9沿工作面11方向安装充填模板组8，充填模板组8的数量一般为12组20组；综采开采工艺最好的设计是将工作面支护装备6与充填模板组8设计成一体，成为专用的充填支架；00334在工作面1

14、1内的输送管道3布置在工作面支护装备6的支护梁下方，在工作面支护装备6的保护之下，并可以随工作面支护装备6移动；00345在工作面轨道顺槽1和运输顺槽12内布置安装似膏体材料充填泵4、顺槽充填管道5等设备；似膏体材料2通过输送管道3送入充填泵4，工作面充填管道7将充填泵4与每一充填模板组8连通，调试好备用；00356根据顶板条件确定工作面11开采一个或两个截深后，充填泵4送似膏体材料做第一组充填支撑墙10；00367等第一组充填支撑墙10的似膏体材料2凝固、工作面11又推进一个截深后，随工作面支护装备6前移，将充填模板组8向前拖移一个截深，再做第二组充填支撑墙10；00378以此类推周而复始，

15、直至工作面11开采完毕。0038本发明的有益之处在于00391由于是随采随充，充填及时，使得顶板破碎范围变小，超前矿山压力显现明显减弱，充填效果好。00402由于采用泵送、全部由机械设备充填似膏体材料料浆，极大减轻了工人的劳动强度；充填强度高、井下不脱水。00413虽然是随采随充，但是充填只是在工作面局部位置进行，减少了充填的时间，基本上不影响工作面推进速度；00424工艺相对简单，适应性强。0043本发明集成现有充填方法的技术优势解决现有方法存在的问题，达到减少采空区顶板沉降，矿压显现减缓的目的。附图说明0044下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述。0045图1是采空区随采随充充填

16、作业面示意图，说明书CN102230396ACN102230398A4/6页60046图2是采空区随采随充充填作业面沿AA剖面示意图。0047附图标注轨道顺槽1、似膏体材料2、输送管道3、充填泵4、顺槽充填管道5、工作面支护装备6、工作面充填管道7、充填模板组8、采空区9、充填支撑墙10、工作面11、运输顺槽12。具体实施方式0048实施例1山东龙口煤业集团北皂煤矿某工作面0049北皂煤矿开采条件开采煤层开采厚度3M中等、埋藏深度260M较浅、煤层顶板岩石抗压抗拉强度较高、开采工作面长度150M普遍采用、工作面支护装备6控顶距离45M普遍采用、走向长壁综采；00501煤矿工作面11充填参数充填

17、支撑墙10数量15组，组间距9M，宽度15M。00512根据工作面11开采工艺，准备似膏体材料2、充填泵4、充填管道及附件；0052利用全砂土固结材料做胶结剂，工业垃圾或河砂等作骨料，骨料中配以22的细粒级砂不大于37M，制成浓度为75外观近似牙膏状的浆体；0053充填泵4采用防爆型的HBMG50大功率混凝土输送泵；0054似膏体材料输送管道3，管道应为大口径的钢丝增强胶管，可弯曲、抗磨损；管道附件主要包括管接头、弯头、三通、连接销等；00553在工作面11设备安装同时，在工作面支护装备6后方的采空区9沿工作面11方向安装充填模板组8，模板的数量为15组，工作面支护装备6与充填模板组8设计成一

18、体，成为专用的充填支架；00564在工作面11内输送管道3布置在工作面支护装备6的支护梁下方，在工作面支护装备6的保护之下，并可以随工作面支护装备6移动；00575在工作面轨道顺槽1和运输顺槽12内布置安装似膏体充填泵4、顺槽充填管道5等设备；似膏体材料2通过输送管道3送入充填泵4，工作面充填管道7将充填泵4与每一充填模板组8连通，调试好备用；00586根据顶板条件确定工作面11开采一个截深后，充填泵4送似膏体材料2做第一组充填支撑墙10；00597等第一组充填支撑墙10的似膏体材料2凝固，工作面11又推进一个截深后，随工作面支护装备6前移，将充填模板组8向前拖移一个截深，再做第二组充填支撑墙

19、10；00608以此类推周而复始，直至工作面11开采完毕。0061实施例2山西灵石天聚鑫辉源煤矿0062鑫辉源煤矿开采条件开采煤层开采厚度175M很薄、埋藏深度200M较浅、煤层顶板岩石抗压抗拉强度较高、开采工作面长度100M普遍采用、工作面支护装备6控顶距离3M普遍采用、走向长壁综采；00631煤矿工作面11充填参数充填支撑墙10数量12组，组间距75M，宽度15M。00642根据工作面11开采工艺，准备似膏体材料2、充填泵4、充填管道及附件；0065利用全砂土固结材料做胶结剂，工业垃圾或河砂等作骨料，骨料中配以28的细粒级砂不大于37M，制成浓度为76外观近似牙膏状的浆体；0066充填泵4

20、采用防爆型的HBMD20大功率混凝土输送泵；说明书CN102230396ACN102230398A5/6页70067似膏体材料输送管道3，管道应为大口径的钢丝增强胶管，可弯曲、抗磨损；管道附件主要包括管接头、弯头、三通、连接销等；00683在工作面11设备安装同时，在工作面支护装备6后方的采空区9沿工作面11方向安装充填模板组8，模板的数量为12组，工作面支护装备6与充填模板组8设计成一体，成为专用的充填支架；00694在工作面11内输送管道3布置在工作面支护装备6的支护梁下方，在工作面支护装备6的保护之下，并可以随工作面支护装备6移动；00705在工作面轨道顺槽1和运输顺槽12内布置安装似膏

21、体充填泵4、顺槽充填管道5等设备；似膏体材料2通过输送管道3送入充填泵4，工作面充填管道7将充填泵4与每一充填模板组8连通，调试好备用；00716根据顶板条件确定工作面11开采两个截深后，充填泵4送似膏体材料2做第一组充填支撑墙10；00727等第一组充填支撑墙10的似膏体材料2凝固，工作面11又推进一个截深后，随工作面支护装备6前移，将充填模板组8向前拖移一个截深，再做第二组充填支撑墙10；00738以此类推周而复始，直至工作面11开采完毕。0074实施例3陕西省府谷县老高川乡芦家梁煤矿0075芦家梁煤矿开采条件开采煤层开采厚度45M厚、埋藏深度600M深、煤层顶板岩石抗压抗拉强度较高、开采

22、工作面长度180M普遍采用、工作面支护装备6控顶距离5M普遍采用、走向长壁综采；00761煤矿工作面11充填参数充填支撑墙10数量20组，组间距75M，宽度3M。00772根据工作面11开采工艺，准备似膏体材料2、充填泵4、充填管道及附件；0078利用全砂土固结材料做胶结剂，工业垃圾或河砂等作骨料，骨料中配以15的细粒级砂不大于37M，制成浓度为74外观近似牙膏状的浆体；0079充填泵采用大功率、大流量、输送距离较近的的防爆型HBMG100混凝土输送泵；0080似膏体材料输送管道3，管道应为大口径的钢丝增强胶管，可弯曲、抗磨损；管道附件主要包括管接头、弯头、三通、连接销等；00813在工作面1

23、1设备安装同时，在工作面支护装备6后方的采空区9沿工作面11方向安装充填模板组8，模板的数量为20组，工作面支护装备6与充填模板组8设计成一体，成为专用的充填支架；00824在工作面11内输送管道3布置在工作面支护装备6的支护梁下方，在工作面支护装备6的保护之下，并可以随工作面支护装备6移动；00835在工作面轨道顺槽1和运输顺槽12内布置安装似膏体充填泵4、顺槽充填管道5等设备；似膏体材料2通过输送管道3送入充填泵4，工作面充填管道7将充填泵4与每一充填模板组8连通，调试好备用；00846根据顶板条件确定工作面11开采一个截深后，充填泵4送似膏体材料2做第一组充填支撑墙10；00857等第一组充填支撑墙10的似膏体材料2凝固，工作面11又推进一个截深后，随工作面支护装备6前移，将充填模板组8向前拖移一个截深，再做第二组充填支撑墙10；说明书CN102230396ACN102230398A6/6页800868以此类推周而复始，直至工作面11开采完毕。0087煤矿开采条件、工作面充填参数、工艺参数及设备表00880089表续0090说明书CN102230396ACN102230398A1/1页9图1图2说明书附图CN102230396A