本申請涉及煤礦綠色開采，尤其涉及一種煤矸石充注采后減水方法。

背景技術：

1、如何將采空塌陷區(qū)綜合治理、保水采煤與煤矸石綜合利用有機結合，已成為煤礦經濟發(fā)展的重要研究課題。亟需一種科學有效、長期穩(wěn)定、經濟可行的綜合治理方法為煤礦的安全生產和礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護保駕護航，綜合治理已成為礦井長遠發(fā)展的必然要求。

2、需要說明的是，在上述背景技術部分公開的信息僅用于加強對本申請的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N煤矸石充注采后減水方法，至少在一定程度上提供了一種科學有效、長期穩(wěn)定、經濟可行的煤礦綜合治理方法。

2、本申請的其他特性和優(yōu)點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本申請的實踐而習得。

3、根據本申請的一個方面，提供一種煤矸石充注采后減水方法，其特征在于，包括：根據煤礦采空區(qū)位置及煤矸石漿液的擴散半徑，確定注漿孔的位置及排距；對煤礦采空區(qū)上覆巖層進行分析，確定出垮落帶發(fā)育高度；根據所述垮落帶發(fā)育高度，計算出注漿終孔與對應的注漿孔之間的垂深，所述注漿終孔位于垮落帶頂部；根據所述注漿孔的位置、排距和所述垂深進行鉆孔；向注漿孔中注入煤矸石漿液，以填充煤礦中的采空區(qū)，所述煤矸石漿液的泌水率符合預設要求。

4、在本申請的一個實施例中，還包括：對煤礦中煤矸石制成的漿液的性質進行分析，并基于分析結果制備擴散半徑和泌水率符合預設要求的煤矸石漿液。

5、在本申請的一個實施例中，所述分析結果包括：煤矸石漿液的實測密度與漏斗粘度關系曲線、不同粒徑級配下煤矸石漿液的沉降時間及平均沉降速度、滿足預設可注性要求的煤矸石漿液中大粒徑煤矸石粉的占比范圍、煤矸石漿液在采空區(qū)的擴散半徑滿足預設要求時的漿液參數(shù)和每千克煤矸石所配制的不同質量濃度的煤矸石漿液的泌水量中的一種或多種；所述對煤礦中煤矸石制成的漿液的性質進行分析，包括：設置多組水灰比下的煤矸石漿液，分析每組水灰比下煤矸石漿液的實測密度與漏斗粘度，確定煤矸石漿液的實測密度與漏斗粘度關系曲線，不同水灰比下的煤矸石漿液使用同一批煤矸石粉制得；和/或，通過固定水灰比、改變煤矸石粉的粒徑級配，以及固定煤矸石粉的粒徑級配、改變水灰比的方式，配置出多組煤矸石漿液，分析每組煤矸石漿液的漿體參數(shù)，確定不同粒徑級配下煤矸石漿液的沉降時間及平均沉降速度；和/或，設置多組水灰比，在每組水灰比下設置兩組煤矸石漿液，所述兩組煤矸石漿液中小粒徑煤矸石粉占比相同，一組煤矸石漿液中應用第一大粒徑范圍的煤矸石粉，另一組煤矸石漿液中應用第二大粒徑范圍的煤矸石粉，同一水灰比下的兩組煤矸石漿液中第一大粒徑范圍的煤矸石粉與第二大粒徑范圍的煤矸石粉的占比相同，且不同水灰比下使用同一粒徑范圍的煤矸石粉的兩組煤矸石漿液中大粒徑范圍的煤矸石粉的占比不同；分析每組水灰比下兩組煤矸石漿液的整體穩(wěn)定性，確定滿足預設可注性要求的煤矸石漿液中大粒徑煤矸石粉的占比范圍；和/或，通過對不同質量濃度下煤矸石漿液擴散規(guī)律的數(shù)值模擬研究，確定煤矸石漿液在采空區(qū)的擴散半徑滿足預設要求時的漿液參數(shù)；和/或，通過泌水試驗，測定每千克煤矸石所配制的不同質量濃度的煤矸石漿液的泌水量。

6、在本申請的一個實施例中，所述漿體參數(shù)包括：漿體密度、粘度、擴展度、析水率、飽和密度和飽和含水量中的至少一種。

7、在本申請的一個實施例中，所述小粒徑煤矸石粉的粒徑范圍為0～0.18mm，所述第一大粒徑范圍為0.60mm～1.18mm，所述第二大粒徑范圍為1.18mm～2.36mm。

8、在本申請的一個實施例中，所述漿液參數(shù)包括：注漿管半徑、注漿壓力、漿液密度和漿液初始粘度中的至少一種。

9、在本申請的一個實施例中，還包括：確定垮落帶的空隙率；根據所述空隙率，計算垮落帶可注入煤矸石漿液的體積；根據所述體積，計算需要的煤矸石的質量，以便于根據所述需要的煤矸石的質量預先準備煤矸石。

10、在本申請的一個實施例中，所述確定垮落帶的空隙率，可以包括：按照如下公式計算垮落帶的空隙率：

11、

12、其中，kp為垮落帶處破碎巖石的碎脹系數(shù)；為垮落帶的空隙率。

13、在本申請的一個實施例中，所述根據所述空隙率，計算垮落帶可注入煤矸石漿液的體積，包括：按照如下公式計算垮落帶可注入煤矸石漿液的體積：

14、

15、其中，b為采空區(qū)中工作面寬度；l為采空區(qū)中工作面長度；b為采空區(qū)中工作面采高；為垮落帶的空隙率；v為垮落帶可注入煤矸石漿液的體積。

16、在本申請的一個實施例中，所述根據所述體積，計算需要的煤矸石的質量，包括：按照如下公式計算需要的煤矸石的質量：

17、ve＝v×f

18、m＝ve×ρsat×(1-ωsat)

19、其中，v為垮落帶可注入煤矸石漿液的體積；f為充填系數(shù)；ve為垮落帶有效充填空間；ωsat為自然析水后煤矸石飽和體含水量；ρsat為自然析水后煤矸石飽和體密度；m為需要的煤矸石的質量。

20、本申請的實施例提供的技術方案至少包括以下有益效果：

21、本申請的實施例提供的技術方案，將通過在將鉆孔打到垮落帶頂部形成注漿通道，并向注漿孔中注入煤矸石漿液的方式，可以將煤層頂板裂隙充填封堵，阻斷補給通道，減小礦井涌水量，同時煤矸石漿液的制作能夠消耗部分礦井水。將煤矸石進行井下處置，解決了煤矸石地表堆放污染環(huán)境的問題，實現(xiàn)了煤礦綠色開采。

22、進一步地，在煤礦安全開采方面，利用煤矸石漿液全部充填后，減少向采空區(qū)漏風，有利于工作面防火管理。

23、進一步地，通過充填開采極大地減少了巖層移動和地表沉降變形，保護了地下水環(huán)境和地表生態(tài)環(huán)境。

24、進一步地，通過采空區(qū)塌陷區(qū)煤矸石注漿充填，充填采動導水裂隙，封堵礦井涌水通道，減少了礦井涌水量，減輕了礦井排水、地面水處理的壓力，減少了處理礦井水、煤矸石的費用。

25、應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請。

技術特征：

1.一種煤矸石充注采后減水方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述分析結果包括：煤矸石漿液的實測密度與漏斗粘度關系曲線、不同粒徑級配下煤矸石漿液的沉降時間及平均沉降速度、滿足預設可注性要求的煤矸石漿液中大粒徑煤矸石粉的占比范圍、煤矸石漿液在采空區(qū)的擴散半徑滿足預設要求時的漿液參數(shù)和每千克煤矸石所配制的不同質量濃度的煤矸石漿液的泌水量中的一種或多種；

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述漿體參數(shù)包括：漿體密度、粘度、擴展度、析水率、飽和密度和飽和含水量中的至少一種。

5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述小粒徑煤矸石粉的粒徑范圍為0～0.18mm，所述第一大粒徑范圍為0.60mm～1.18mm，所述第二大粒徑范圍為1.18mm～2.36mm。

6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述漿液參數(shù)包括：注漿管半徑、注漿壓力、漿液密度和漿液初始粘度中的至少一種。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述確定垮落帶的空隙率，可以包括：

9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述根據所述空隙率，計算垮落帶可注入煤矸石漿液的體積，包括：

10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述根據所述體積，計算需要的煤矸石的質量，包括：

技術總結
本申請?zhí)峁┝艘环N煤矸石充注采后減水方法，涉及煤礦綠色開采技術領域。該方法包括：根據煤礦采空區(qū)位置及煤矸石漿液的擴散半徑，確定注漿孔的位置及排距；對煤礦采空區(qū)上覆巖層進行分析，確定出垮落帶發(fā)育高度；根據垮落帶發(fā)育高度，計算出注漿終孔與對應的注漿孔之間的垂深，注漿終孔位于垮落帶頂部；根據注漿孔的位置、排距和垂深進行鉆孔；向注漿孔中注入煤矸石漿液，以填充煤礦中的采空區(qū)，煤矸石漿液的泌水率符合預設要求。此種方式，可以將煤層頂板裂隙充填封堵，阻斷補給通道，減小礦井涌水量，同時煤矸石漿液的制作能夠消耗部分礦井水。將煤矸石進行井下處置，解決了煤矸石地表堆放污染環(huán)境的問題，實現(xiàn)了煤礦綠色開采。

技術研發(fā)人員：李鵬,程英好,程召祿,馬玉玲,李七明,張濤,王紅燕
受保護的技術使用者：中國煤炭地質總局第一水文地質隊
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/17