采煤过程中控制地表塌陷的方法与流程

本发明涉及“三下”压煤开采领域，具体涉及一种采煤过程中控制地表塌陷的方法。

背景技术

目前，我国建筑物下采煤主要有条带开采法、采空区充填法和传统的覆岩离层注浆充填法。其中，条带开采法在解放我国“三下”压煤中曾发挥极为重要作用，但由于其采出率低、生产效率低、巷道掘进率高，目前已逐渐趋于淘汰。采用采空区充填法需要在井下同时安排采煤系统和充填系统，由于采煤与充填相互干扰严重，从而采煤效率受到较大影响。另外，其充填成本较高，煤矿企业难以承受。而传统的覆岩离层注浆充填法是在离层形成以后，地表存在一定的变形，无法有效的控制地表沉陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种采煤过程中控制地表塌陷的方法，以避免主关键层发生破断，保证采煤与充填过程互不干扰、提高生产效率。

为达到上述目的，本发明提供了一种采煤过程中控制地表塌陷的方法，该方法包括以下步骤：

在地表开设取样孔；

通过所述取样孔对各个岩层进行取样、以获取主关键层和各个亚关键层的层位信息；

根据所述主关键层和所述亚关键层的层位信息，在地表沿工作面的推进方向开设多个分别延伸至注浆层位的注浆孔；其中，所述注浆层位为所述主关键层与其下方软弱层的接触面所在层位；

通过高压泵向各个所述注浆孔中注水；

沿所述工作面的推进方向进行采煤，同时判断各个所述注浆孔中的水压是否减小，若是则通过所述高压泵将预先混合的粉煤灰浆注入对应的所述注浆孔中。

其中，所述粉煤灰浆中粉煤灰浓度为70％～75％。

其中，所述粉煤灰浆中添加有添加剂。

其中，所述添加剂包括防冻剂、速凝剂、缓凝剂和/或增稠剂。

其中，所述高压泥浆泵为变频泵。

其中，所述高压泵的注浆压力不小于所述注浆层位上覆岩层的压力。

本发明成本低廉、操作便捷，通过利用取样孔对各个岩层进行取样，就可获取主关键层和各个亚关键层的层位信息；然后，根据主关键层和各个亚关键层的层位信息，就可沿工作面推进方向开设多个分别延伸至主关键层与其下方软弱层接触面的注浆孔；接着，通过高压泵向各个注浆孔中注水，就可在采煤时利用注浆孔中水压的变化来判断离层形成的时机，也就是说，当注浆孔中水压减小时离层正在逐渐形成，从而通过高压泵将预先混合的粉煤灰浆注入该注浆孔后，就可利用高压粉煤灰浆和地层自重的共同作用将注浆层位下覆岩层压实至煤层底板形成压实区；与此同时，这些高压粉煤灰浆还会对注浆层位上覆岩层即主关键层位施加向上的支持力，提前限制了注浆层位上覆岩层的移动变形，形成一种有效承载的“覆岩结构－隔离煤柱－充填压实区”柱式(楞式)平台结构，进而也就避免了主关键层发生破断，从根本上消除了残余移动变形空间，实现了空间守恒，避免了地表塌陷。另外，由于采煤与充填过程互不干扰，不会影响井下工作面的正常生产，因此显著提高了生产效率；并且，整个过程中只需在主关键层与其下方软弱层之间注浆，因此大幅减少了粉煤灰浆的用量，降低了成本，缩短了终凝时间，避免了粉煤灰浆中水分的流失和跑浆、串浆和冒浆现象的发生。

附图说明

图1是本发明实施例中注浆前采煤区的剖面图；

图2是本发明实施例中注浆后采煤区的剖面图。

附图标记：

1、主关键层；2、亚关键层；3、软弱层；4、注浆层位；

5、采空区；6、注浆孔；7、粉煤灰浆；8、压实区。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种采煤过程中控制地表塌陷的方法，该方法包括以下步骤：

在地表开设取样孔；

通过取样孔对各个岩层进行取样、以获取主关键层1和各个亚关键层2的层位信息；

根据主关键层1和亚关键层2的层位信息，在地表沿工作面的推进方向开设多个分别延伸至注浆层位4的注浆孔6；其中，注浆层位4为主关键层1与其下方软弱层3的接触面所在层位；

通过高压泵向各个注浆孔6中注水；

沿工作面的推进方向进行采煤，同时判断各个注浆孔6中的水压是否减小，若是则通过高压泵将预先混合的粉煤灰浆7注入对应的注浆孔6中。具体地，当工作人员沿着工作面的推进方向采煤时，工作面的上覆岩层会随着采煤的进行而逐渐产生裂隙，进而导致临近工作面的注浆孔6中水发生泄露，注浆孔6中水压大幅降低，也就是说此时离层正在形成，从而工作人员就可通过高压泵将预先混合的粉煤灰浆7注入该注浆孔6中。随着主关键层1与其下方软弱层3之间即注浆层位4处粉煤灰浆7的不断增多，这些粉煤灰浆7就会对注浆层位上覆岩层和下覆岩层形成柱状支撑，也就是说，这些粉煤灰浆7上托注浆层位上覆岩层、下压注浆层位下覆岩层，不仅对上覆岩层中形成的裂隙形成挤压，提前限制了注浆层位上覆岩层的移动变形，而且还可在自身重力和流体压力的共同作用下将注浆层位下覆岩层压实至煤层采空区5，形成压实区8。

可见，本发明通过利用取样孔对各个岩层进行取样，就可确定主关键层1和各个亚关键层2的层位信息；然后，根据主关键层1和各个亚关键层2的层位信息，就可沿工作面推进方向开设多个分别延伸至主关键层1与其下方软弱层3接触面的注浆孔6；接着，通过高压泵向各个注浆孔6中注水，就可在采煤时利用注浆孔6中水压的变化来判断离层形成的时机，也就是说，当注浆孔6中水压减小时离层正在形成，从而通过高压泵将预先混合的粉煤灰浆7注入该注浆孔6后，就可利用填充在主关键层1与其下方软弱层3之间高压粉煤灰浆7和地层自重的共同作用将注浆层位下覆岩层压实至煤层底板形成压实区8；与此同时，这些高压粉煤灰浆7还会对注浆层位上覆岩层即主关键层1位施加向上的支持力，提前限制了注浆层位上覆岩层的移动变形，形成一种有效承载的“覆岩结构－隔离煤柱－充填压实区”柱式(楞式)平台结构，进而也就避免了主关键层1发生破断，从根本上消除了残余移动变形空间，实现了空间守恒，避免了地表塌陷。另外，由于采煤与充填过程互不干扰，因此显著提高了生产效率；并且，整个过程中只需在主关键层1与其下方软弱层3之间注浆，因此大幅减少了粉煤灰浆7的用量，降低了成本，缩短了终凝时间，避免了粉煤灰浆7中水分的流失和跑浆、串浆和冒浆现象的发生。

优选地，粉煤灰浆7中粉煤灰浓度为70％～75％。进一步地，实际使用时，可根据现场气候和岩层裂隙的发育情况，在粉煤灰浆7中添加添加剂，例如防冻剂、速凝剂、缓凝剂和/或增稠剂。

优选地，高压泥浆泵为变频泵，以便根据岩层的变形情况随时调整注浆压力，其中，注浆压力不小于注浆层位上覆岩层的压力，也就是说，注浆压力等于或略大于注浆层位上覆岩层的压力。这样设置的好处在于，可利用较高的注浆压力迅速阻止和切断采动后各个岩层失稳，保证注浆层位上覆岩层保持稳定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。