CN107165669A - 一种用于深部开采控制底板突水的柔性充填方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深部开采控制底板突水的柔性充填方法，其包括以下步骤：将预先装填的充填袋通过转载机转运到自动翻袋机构上，再通过自动翻袋机构中的运输装置，将充填袋整齐紧密的排列在自动翻袋机构上；充填袋排列完成后，通过自动翻袋机构中的翻袋装置，将充填袋抛入采空区内；随着工作面的不断推进，继续进行下一排充填作业，下一排充填体紧靠上一排充填袋，重复步骤A、B，依次循环，直至整个采空区完成充填工作。采用充填袋对深部开采采空区进行充填，充填袋作为传递介质将上覆岩层作用力传递到煤层底板上，使底板受力状态由两向变为三向，提高了底板岩体的抗变形能力。

Description

一种用于深部开采控制底板突水的柔性充填方法

技术领域

本发明涉及预防煤矿底板突水的填充领域，尤其涉及一种用于深部开采控制底板突水的柔性充填方法。

背景技术

随着矿井开采水平的延伸及服务年限的延长，出现的“三高一扰动”恶劣现象，给矿井安全生产带来了严重的影响。在我国中东部煤矿深部资源(约占储量70％)开采受高承压水威胁严重，水灾事故频发，造成了巨大的经济损失。经科研工作者探明受水灾威胁煤量占矿区可采储量的70.2％，因此解决该问题迫在眉睫。

煤矿深部开采底板突水特征与浅部开采有明显区别，深部开采受高地应力、高水压和强开采扰动影响，其底板突水具有突发性、滞后性和强致灾性的特征。目前浅部开采控制底板突水的方法主要以“疏水降压、注浆堵水”为主，该方法存在效率低、成本高、施工难度大、控制效果差等缺点，具体体现在以下方面：

疏水降压技术适用于浅部开采煤层底板含水层水压小、水流补给小的条件，而深部开采底板受奥灰水威胁严重，该含水层水压大、水流补给及时，此方法很难达到预期目的。

深部开采底板注浆难度大，不易控制和掌握。深部开采底板含水层压力大，因此，所需的注浆压力随之增大。注浆压力不足时，浆液不能充分填充裂隙；注浆压力过高时，容易对岩体产生新的破坏，同时，注浆压力的增大，增加了注浆管路的负担，容易引发管路爆裂，威胁工人安全。

此外，随着煤炭价格的下降，粉煤灰、水泥等注浆材料价格升高，吨煤利润逐渐减小，现有方法成本高、控制效果差，难以满足开采需要。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于深部开采控制底板突水的柔性充填方法，在降低成本的前提下，提高深部带压开采的充填效率与充填强度。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于深部开采控制底板突水的柔性充填方法，其包括以下步骤：

A、将预先装填的充填袋通过转载机转运到自动翻袋机构上，再通过自动翻袋机构中的运输装置，将充填袋整齐紧密的排列在自动翻袋机构上；

B、充填袋排列完成后，通过自动翻袋机构中的翻袋装置，将充填袋抛入采空区内；

C、重复步骤A、B完成一排充填,此过程中，随时调整自动翻袋机构的高度，使其高度大于充填袋的高度；随着工作面的不断推进，继续进行下一排充填作业，下一排充填体紧靠上一排充填袋，重复步骤A、B，依次循环，直至整个采空区完成充填工作。

所述的柔性充填方法，其中，在步骤A之前还包括：在地面将矸石或建筑垃圾进行破碎筛分，使其粒径小于100mm，装填进充填袋内形成上述预先装填的充填袋，再经矿车运输到自动翻袋机构内。

所述的柔性充填方法，其中，在步骤A之前还包括：在轨道顺槽内布设自动装袋机和转载机，转载机靠近采空区一侧与自动翻袋机构连接，自动翻袋机构固定在充填支架的后方。

本发明提供的一种用于深部开采控制底板突水的柔性充填方法，采用充填袋对深部开采采空区进行充填，充填袋作为传递介质将上覆岩层作用力传递到煤层底板上，使底板受力状态由两向变为三向，提高了底板岩体的抗变形能力；同时，采空区充填后，降低了工作面前方超前支承应力的大小及分布范围，从而减小采动应力对底板的破坏。充填材料选用井下矸石和地面建筑垃圾，大大降低的生产成本，同时减少了矸石和建筑垃圾地面堆放对生态环境产生的破坏。本发明材料来源广泛，易施工，成本低，控制效果好，属于环境友好型煤炭开采方式，具有广泛的实用性。

附图说明

图1为采用本发明中柔性充填方法的结构示意图；

图2为采用本发明中柔性充填方法的受力机理图；

其中，1-轨道顺槽；2-皮带顺槽；3-采空区；4-自动装袋机；5-转载机；6-自动翻袋充填支架；7-自动翻袋机构；8-充填袋；9-充填前超前支承应力分布范围；10-充填后超前支承应力分布范围；11-上覆岩层对底板的作用力；12-底板含水层水压；13-充填后底板破坏带范围；14-充填前底板破坏带范围。

具体实施方式

本发明提供了一种用于深部开采控制底板突水的柔性充填方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于深部开采控制底板突水的柔性充填方法，如图1所示的，其包括以下步骤：

步骤一，将预先装填的充填袋8通过转载机转5运到自动翻袋机构7上，再通过自动翻袋机构7中的运输装置，将充填袋整齐紧密的排列在自动翻袋机构7上；

步骤二，充填袋8排列完成后，通过自动翻袋机构7中的翻袋装置，将充填袋8抛入采空区3内；

步骤三，重复步骤一、步骤二完成一排充填,此过程中，随时调整自动翻袋机构7的高度，使其高度大于充填袋8的高度；随着工作面的不断推进，继续进行下一排充填作业，下一排充填体紧靠上一排充填袋，重复步骤一、步骤二，依次循环，直至整个采空区完成充填工作。

更进一步的，在步骤一之前还包括：在地面将矸石或建筑垃圾进行破碎筛分，使其粒径小于100mm，装填进充填袋8内形成上述预先装填的充填袋8，再经矿车运输到自动翻袋机构7内。而且在轨道顺槽1内布设自动装袋机4和转载机5，转载机5靠近采空区3一侧与自动翻袋机构7连接，自动翻袋机构7固定在自动翻袋充填支架6的后方。

其更为具体的：

在轨道顺槽1内布设自动装袋机4和转载机5，转载机5靠近采空区3一侧与自动翻袋机构7连接，自动翻袋机构7固定在自动翻袋充填支架6的后方。在地面将矸石或建筑垃圾进行破碎筛分，使其粒径小于100mm，经矿车运输到自动翻袋机内进行装袋，充填袋8经过转载机5输送到自动翻袋机构7上，通过自动翻袋机构7将充填袋8均匀紧密的排列在采空区3一侧，启动自动翻袋机构7的翻袋装置，将充填袋8抛入采空区3中。第一层充填完成后，按照上述操作，进行第二层充填，此过程中，随时调整自动翻袋机构的高度，使其高度大于充填袋的高度，便与充填顺利实施。充填完成后，启动充填支架6后部的推挡装置，使充填袋在采空区3内排列紧密。随着工作面的不断推进，继续进行下一排充填作业，下一排充填袋紧靠上一排充填袋，重复上述操作，直至整个采空区完成充填工作。

图2中柔性充填方法的受力机理图更为具体的描述：

随着国家煤炭资源的不断开采延伸，现许多矿井进入石炭-二叠系的下组煤开采,开采深度增加,矿压引起的底板破坏深度加大,而下组煤层下部奥灰含水层存在压力大、水量丰富等特点,如即使采取条带、底板加固等特殊开采方法,仍无法保证安全开采,矿井突水事故频繁发生,甚至无法开采,造成资源的巨大浪费。柔性充填开采,即在工作面开采后,用在轨道顺槽1内布设自动装袋机4将煤矸石以及城市建筑垃圾材料装入充填袋8通过自动翻袋机构7将其翻入采空区内并及时充填,使采场围岩得到及时支护,提高围岩的整体自身承载能力,限定其顶底板移动空间,进而达到减少底板破环,保证矿井安全开采的目的。

传统垮落法开采后,煤体应力由原三向应力变为两向应力状态且底板应力出现降低区,在侧向矿山压力作用下出现底板底鼓并失去了其稳定性,孔隙率和渗透性较大,阻水性能降低,在底板奥灰水承压水与采动应力作用下形成的导水通道，对工作面产生突水影响；采用柔性充填法开采深部受承压水威胁的煤层时,充填袋8将充填材料在自动翻袋机构7的作用下充入采空区3直到与煤层顶板相平，此时充填体承受上部岩层的载荷,并向底板转移,又由于充填袋有一定柔性让压作用并对底板施加一定的压力,限制了底板底鼓趋势，柔性充填体占据了底板运移的空间,阻止底板空间运移的可能充填开采周期来压不明显,减少其对底板的扰动影响，使其由原垮落法开采底板破坏14范围变为现充填后破坏范围13，改善底板周围岩体的应力分布和状态,底板导水破坏带深度显著减少,进而增加了底板隔水层的厚度,提高底板自身的承载能力,共同维护底板的稳定提高煤层开采上限,解放受水威胁的矿井储量。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (3)

1.一种用于深部开采控制底板突水的柔性充填方法，其包括以下步骤：

A、将预先装填的充填袋通过转载机转运到自动翻袋机构上，再通过自动翻袋机构中的运输装置，将充填袋整齐紧密的排列在自动翻袋机构上；

B、充填袋排列完成后，通过自动翻袋机构中的翻袋装置，将充填袋抛入采空区内；

C、重复步骤A、B完成一排充填,此过程中，随时调整自动翻袋机构的高度，使其高度大于充填袋的高度；随着工作面的不断推进，继续进行下一排充填作业，下一排充填体紧靠上一排充填袋，重复步骤A、B，依次循环，直至整个采空区完成充填工作。

2.根据权利要求1所述的柔性充填方法，其特征在于，在步骤A之前还包括：在地面将矸石或建筑垃圾进行破碎筛分，使其粒径小于100mm，装填进充填袋内形成上述预先装填的充填袋，再经矿车运输到自动翻袋机构内。

3.根据权利要求1所述的柔性充填方法，其特征在于，在步骤A之前还包括：在轨道顺槽内布设自动装袋机和转载机，转载机靠近采空区一侧与自动翻袋机构连接，自动翻袋机构固定在充填支架的后方。