專利名稱：一種采空區(qū)局部充填控制地表沉陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適用于礦井“三下”壓煤開采、煤層頂板較穩(wěn)定的采空區(qū)局部充填控制地表沉陷的方法。
背景技術(shù)：
我國生產(chǎn)礦井“三下”壓煤約為140億t，可供10個年產(chǎn)1000萬t的礦井生產(chǎn)140a，其中建筑物下壓煤約為90億t。如何合理解決建筑物下壓煤開采問題一直是困擾中國煤礦企業(yè)的重要課題之一。針對采后地面沉陷控制，國內(nèi)外主要從減沉開采和采空區(qū)頂板覆巖移動控制兩方面入手 減沉開采技術(shù)主要包括條帶開采和房柱式開采兩種，條帶開采是把開采的煤層劃分成較正規(guī)的條帶，然后采一條留一條，以此來減少地表下沉。這種技術(shù)在我國應(yīng)用較多，其最大優(yōu)點是能沿用現(xiàn)有采煤工藝，成本增加少、便于生產(chǎn)管理，同時對減小地表沉降有明顯作用，其缺點主要表現(xiàn)為采出率低(一般為309Γ509Ο，資源損失嚴重。房柱式開采是美國、澳大利亞、南非等國應(yīng)用比較成熟的一種采煤技術(shù)，既是一種常規(guī)采煤方法，也是地表沉陷控制的開采手段，該方法在我國部分礦區(qū)有應(yīng)用，其經(jīng)濟效益較好，其缺點是資源采出率低，通風(fēng)條件差，僅適用于地質(zhì)條件相對簡單的煤層；
采空區(qū)頂板覆巖移動控制技術(shù)主要包括全部充填技術(shù)、部分充填技術(shù)、離層注漿技術(shù)、冒落區(qū)充填注漿技術(shù)。全部充填技術(shù)是利用充填材料充入采空區(qū)形成充填體，以此阻止頂板垮落，限制頂板移動，該方法能有效減小地表下沉和提高煤炭采出率，但因其成本較高而受到很大限制。部分充填技術(shù)是對采空區(qū)的局部或離層區(qū)與冒落區(qū)進行充填，靠覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)、充填體及部分煤柱共同支撐覆巖來控制開采沉陷。離層注漿技術(shù)則從巖層內(nèi)部移動規(guī)律出發(fā)，確定采后覆巖離層位置，從地表鉆孔向離層內(nèi)充填粉煤灰等介質(zhì)，從而達到控制地表沉陷的目的，該方法可實現(xiàn)地表注漿與地下開采平行作業(yè)，互不干擾，但因離層位置和離層量難于準(zhǔn)確判斷而在應(yīng)用上受到限制。冒落區(qū)注漿充填技術(shù)是在采空區(qū)冒落矸石未被壓實前注入漿液予以充填加固，以此來支撐覆巖，從而減緩地表沉陷，該技術(shù)尚處于在研究階段，尚未得到廣泛應(yīng)用。從理論上來說，采用充填開采技術(shù)將煤矸石等固體廢棄物作為主要充填材料充填到井下，一方面可以減少矸石等廢物排放，另一方面可以減緩開采沉陷，實現(xiàn)建筑物下壓煤開采，符合煤炭循環(huán)經(jīng)濟和綠色開采的要求。但如何發(fā)展適合煤礦特點與要求的充填開采技術(shù)的問題仍有待解決，其中如何降低充填開采成本，是煤礦充填開采技術(shù)需要解決的關(guān)鍵問題。煤礦充填開采技術(shù)的研究應(yīng)充分利用煤系層狀巖層移動規(guī)律與控制特點。有關(guān)研究證明，覆巖主關(guān)鍵層對地表移動過程起控制作用，主關(guān)鍵層的破斷將導(dǎo)致地表快速下沉及下沉量的明顯增大，地表下沉速度隨主關(guān)鍵層周期性破斷而呈現(xiàn)跳躍性變化。因而，控制主關(guān)鍵層就可以有效地控制地表沉陷。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種方法簡單、操作方便、成本低的采空區(qū)局部充填控制地表沉陷的方法。技術(shù)方案本發(fā)明的采空區(qū)局部充填控制地表沉陷的方法，包括如下步驟
a.在工作面運輸平巷中布置混凝土輸送管道，同時在井下工作面設(shè)備列車上安裝混凝土輸送泵，在工作面液壓支架尾梁上吊掛與混凝土輸送管道相連接的充填管道，在工作面上下端頭液壓支架之間間隔設(shè)置多個充填區(qū)域，在每個充填區(qū)域?qū)?yīng)的充填管道位置設(shè)置卸料口 ；
b.從開切眼起，隨著采煤機開始割煤到工作面液壓支架移架過程中，在工作面液壓支架后方的頂板上間隔懸掛金屬網(wǎng)，在金屬網(wǎng)內(nèi)設(shè)置充填袋；
c.當(dāng)采煤機割完一刀煤并斜切進刀后停止割煤，打開混凝土輸送泵，通過混凝土輸送管道經(jīng)充填管道將混凝土輸送至充填區(qū)域；
d.依次打開每個充填區(qū)域充填管道上的卸料口，向金屬網(wǎng)內(nèi)設(shè)置的充填袋中充填混凝土至接頂，并封閉充填袋；
e.采煤機繼續(xù)割下一刀煤，在緊靠已充填的充填區(qū)域兩側(cè)的頂板上續(xù)掛金屬網(wǎng)，并在金屬網(wǎng)內(nèi)設(shè)置充填袋，重復(fù)步驟C、d，完成一個充填循環(huán)，在與工作面平行的采空區(qū)內(nèi)形成一排充填體；
f.采煤機連續(xù)割煤4飛刀后，重復(fù)步驟C、d、e，繼續(xù)下一循環(huán)的充填作業(yè)，周而復(fù)始，直至完成整個采空區(qū)的充填作業(yè)，使采空區(qū)形成多排充填體。有益效果本發(fā)明在條帶充填的基礎(chǔ)上，采用部分充填開采方式，可以減少充填材料的用量和充填量，降低充填成本。通過改變充填體的布置方式，對采空區(qū)頂板均勻相間支撐，有利于頂板及關(guān)鍵層的穩(wěn)定。在采空區(qū)內(nèi)均勻相間布置矩形區(qū)域的充填體，既減少了充填量，降低了充填成本，提高了采出率，同時提高了覆巖關(guān)鍵層的穩(wěn)定性，從而可以有效地控制地表沉陷。其方法簡單、成本低。


圖1是本發(fā)明的綜采工作面采空區(qū)局部充填布局示意圖。圖中1-工作面軌道平巷，2-工作面運輸平巷，3-混凝土輸送管道，4-充填管道，5-卸料口，6-工作面刮板輸送機，7-采煤機，8-運輸平巷膠帶輸送機，9-設(shè)備列車，10-充填體。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述
本發(fā)明的采空區(qū)局部充填控制地表沉陷的方法
a.首先在工作面運輸平巷2中布置混凝土輸送管道3，同時在井下工作面設(shè)備列車9上安裝混凝土輸送泵，在工作面液壓支架尾梁上吊掛與混凝土輸送管道3相連接的充填管道4，在工作面上下端頭液壓支架之間間隔設(shè)置多個充填區(qū)域，在每個充填區(qū)域?qū)?yīng)的充填管道4位置設(shè)置有卸料口 5;b.從開切眼起，隨著采煤機開始割煤到工作面液壓支架移架過程中，在工作面液壓支架后方的頂板上間隔懸掛金屬網(wǎng)，并在金屬網(wǎng)內(nèi)設(shè)置充填袋，所述的金屬網(wǎng)在垂直于工作面推進方向一側(cè)的長度為Γ5 m，平行于推進方向兩側(cè)的寬度為O. 6^0. 8 m ；
c.當(dāng)采煤機割完一刀煤并斜切進刀后停止割煤，打開混凝土輸送泵，通過混凝土輸送管道3經(jīng)充填管道4將混凝土輸送至充填區(qū)域；
d.依次打開每個充填區(qū)域充填管道4上的卸料口5，向金屬網(wǎng)內(nèi)設(shè)置的充填袋中充填混凝土至接頂，并封閉充填袋；
e.采煤機繼續(xù)割下一刀煤，在緊靠已充填的充填區(qū)域兩側(cè)的頂板上續(xù)掛金屬網(wǎng)，并在金屬網(wǎng)內(nèi)設(shè)置充填袋，重復(fù)步驟C、d，完成一個充填循環(huán)，在與工作面平行的采空區(qū)內(nèi)形成一排充填體10，所述的充填循環(huán)步距為1. 2^1. 6 m，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整，最終形成 具有一定強度充填體10 ；
f.采煤機連續(xù)割煤4飛刀后，推進長度為2.Γ4 m，可以根據(jù)實際情況調(diào)整，重復(fù)步驟
c、d、e，繼續(xù)下一個循環(huán)的充填作業(yè)，周而復(fù)始，直至完成整個采空區(qū)的充填作業(yè)，使采空區(qū)形成多排充填體10。
權(quán)利要求
1.一種采空區(qū)局部充填控制地表沉陷的方法，其特征在于，包括如下步驟 a.在工作面運輸平巷(2)中布置混凝土輸送管道(3)，同時在井下工作面設(shè)備列車上安裝混凝土輸送泵，在工作面液壓支架尾梁上吊掛與混凝土輸送管道(3)相連接的充填管道(4)，在工作面上下端頭液壓支架之間間隔設(shè)置多個充填區(qū)域，在每個充填區(qū)域?qū)?yīng)的充填管道(4)位置設(shè)置卸料口(5); b.從開切眼起，隨著采煤機開始割煤到工作面液壓支架移架過程中，在工作面液壓支架后方的頂板上間隔懸掛金屬網(wǎng)，在金屬網(wǎng)內(nèi)設(shè)置充填袋； c.當(dāng)采煤機割完一刀煤并斜切進刀后停止割煤，打開混凝土輸送泵，通過混凝土輸送管道(3)經(jīng)充填管道(4)將混凝土輸送至充填區(qū)域； d.依次打開每個充填區(qū)域充填管道(4)上的卸料口(5)，向金屬網(wǎng)內(nèi)設(shè)置的充填袋中充填混凝土至接頂，并封閉充填袋； e.采煤機繼續(xù)割下一刀煤，在緊靠已充填的充填區(qū)域兩側(cè)的頂板上續(xù)掛金屬網(wǎng)，并在金屬網(wǎng)內(nèi)設(shè)置充填袋，重復(fù)步驟C、d，完成一個充填循環(huán)，在與工作面平行的采空區(qū)內(nèi)形成一排充填體(10)； f.采煤機連續(xù)割煤4飛刀后，重復(fù)步驟c、d、e，繼續(xù)下一循環(huán)的充填作業(yè)，周而復(fù)始，直至完成整個采空區(qū)的充填作業(yè)，使采空區(qū)形成多排充填體(10)。
全文摘要
一種采空區(qū)局部充填控制地表沉陷的方法，從開切眼起，隨著采煤機開始割煤到工作面液壓支架移架過程中，在工作面液壓支架后方的頂板上間隔懸掛金屬網(wǎng)，并設(shè)置充填袋；當(dāng)采煤機割完一刀后停止割煤，依次向金屬網(wǎng)內(nèi)設(shè)置的充填袋中充填混凝土至接頂；采煤機繼續(xù)割下一刀煤，在緊靠已充填的充填區(qū)域兩側(cè)的頂板上續(xù)掛金屬網(wǎng)，繼續(xù)充填完成一個循環(huán)的充填作業(yè)，在與工作面平行的采空區(qū)內(nèi)形成一排充填體；采煤機連續(xù)割煤4~5刀后，再繼續(xù)下一循環(huán)的充填作業(yè)，周而復(fù)始，直至完成整個采空區(qū)的充填作業(yè)，使采空區(qū)形成多排充填體。其方法簡單易行，充填成本低，對采空區(qū)頂板均勻相間支撐，有利于上覆巖層特別是關(guān)鍵層的穩(wěn)定，有效防治了地表沉陷和建筑物損害。
文檔編號E21F15/06GK103016053SQ20121052044
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者馬立強, 曹新奇, 李盼 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)