一种用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿采空区处理方法，适用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法
【背景技术】
[0002]煤矿采空区坚硬顶板处理问题是困扰矿井工作面安全高效生产的重要难题。当开采煤层顶板为完整坚硬的岩层时，随着工作面向前推进，采空区上方坚硬顶板大面积悬空而不发生相应的垮落，从而导致工作面后方采空区上方顶板悬露面积逐渐增大，此时坚硬顶板积聚了大量弹性能，一旦发生大面积垮落时，将产生强烈的冲击地压。此外，采空区内大量空气被突然压缩，在巷道内产生飓风，冲击损毁一切开采设备和作业人员，甚至影响到全矿井其他区域和矿井主扇风机。
[0003]目前，一般情况下所采取的控制顶板的方法，主要为人工强制放顶、顶板注水软化、水压致裂、深浅孔倾斜爆破等。这些方法在现场应用中取得了一定的成效，但都存在坚硬顶板钻孔施工困难、严重制约回采速度等问题，并未能从根本上解决坚硬顶板控制难题。本发明转变了现有治理思路，采用充填方法解决坚硬顶板大面积垮落带来的冲击灾害，并提出新的分区充填方法实现全矿井废矸利用、回采与充填协同进行以及地表沉陷的有效控制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了解决上述当前坚硬顶板控制技术所存在的问题，提供一种在技术上成熟简单、控顶成本低，控顶效果好的方法。该方法可有效解决上述目前控顶技术所存在的问题，如存在控顶成本较高，施工工艺复杂，坚硬顶板难以从根本上得到相应的有效控制等一系列突出问题。
[0005]为实现本发明的上述目的，本发明提供一种适用于控制采空区坚硬顶板突然下沉垮落的方法。当工作面从开切眼向前推进一定距离后，在支架尾部采空区中铺设相应的注浆管道。与此同时在整个工作面后方均匀的向采空区顶板打1?3个深部钻孔。钻孔深度打到顶板主关键层下顶板发生离层处，与此同时相应并铺设一根无孔的注浆管路，其中注浆管与导入钻孔处要用环形橡胶圈密封。注浆管路采用软管，并在管道周围铺设有相应的钢筋框架保护结构，避免采空区矸石冒落砸毁相应的注浆管路。当工作面相应推进一定距离后，在工作面支架后面用废弃矸石皇起具有一定宽度和高度横切面为梯形的支撑密闭墙，其中梯形的顶部宽度为5?10m，高度为相应的开采高度，其具体大小可根据矿井废弃矸石量进行相应调整；在支撑密闭墙表面铺设金属网，利用混凝土注浆管道对其进行相应的注浆加固；在混凝土浆液还未凝固之前，对支撑密闭墙从上往下间隔均匀装上加强索具，与此同时施加相应预应力，以此增加支撑密闭墙的整体强度，使得其成为采空区主支撑充填带。当对支撑充填带注浆完毕并且达到其相应一定强度后，采用高水材料通过铺设在采空区辅助充填区中央处的注浆管道对主支撑充填带后的采空区辅助充填区进行滞后注浆；随着工作面的向前推进，与此同时继续对主支撑充填带及采空区辅助充填区中进行相应的注浆加固，当随着工作面继续向前推进，其工作面后方采空区顶板将会发生相应的离层，此时采用高水材料通过铺设在采空区顶板中的注浆管道对顶板离层区进行相应的注浆加固，以此来减少由地下煤炭的开采所引起的地表下沉现象。
[0006]有益效果
[0007]本发明实现了井下煤矸直接分离和转运，将井下分离出来的矸石破碎后直接运送至采空区进行充填，减少了地表下沉，减轻了运输提升的压力。同时减少了矸石山的占地面积和环境污染，能够很好地控制地表下沉，适用于对地表沉陷控制要求较高的场所；此外其所选用的充填材料简单易获得，充填材料成本低，有效地解决了充填工作面积水与淤泥过多等问题。充填速度快，充填方法简单，实现了工作面回采和充填采空区同时进行，可靠性强，投资少、成本低，在坚硬顶板控制技术领域内具有广泛的实用性。
【附图说明】
[0008]图1是本发明解决坚硬顶板大面积垮落灾害的充填控制方法的结构示意图。
[0009]图2是图1中A-A剖视图。
[0010]图3是图1中B-剖视图。
[0011]图4是图1中C-C线剖视图。
[0012]图5是图1、图2与图3中的局部放大图。
[0013]附图标记说明:1_采空区主支撑充填带；2_混凝土充填管道；3-采空区中高水材料注浆区；4_采空区中注浆管道；4a-钢筋框架；4b-注浆孔；5_顶板离层区；6_顶板离层区注浆管道；6a-环形橡胶密封塞；7_实体煤；8_工作面；9_充填栗站；10a-钢绞线；10b-托盘；10c-钢筋梯子梁；11-金属网。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示的一种用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法，包括:采空区主支撑充填带1 ;混凝土注浆管道2 ;采空区中高水材料注浆区3 ;采空区中注浆管道4 ;钢筋框架4a ;注浆孔4b ;顶板离层区5 ;顶板离层区注浆管道6 ;环形橡胶密封塞6a ;实体煤7 ;工作面8 ;充填栗站9 ;加强索具；钢绞线10a ;托盘10b ;钢筋梯子梁10c ;金属网
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[0015]本申请的一种用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法，其支护方法为:当工作面8从开切眼向前推进一定距离后，在支架尾部采空区中铺设相应的注浆管道4，与此同时在整个工作面后方均匀向顶板打1?3个深部钻孔，钻孔深度打到顶板发生离层的主关键层处，并铺设一根无孔的注浆管道6，将注浆管道6安装到钻孔孔底；以达到最佳的注浆控制顶板下沉效果；此外钻孔与注浆孔的孔口处要采用环形橡胶密封塞6a密封，当工作面相应向前推进到一个辅助充填区长度，在工作面支架后面用煤矸石皇起具有一定宽度和高度且其横切面为梯形的采空区主支撑充填带1，其中梯形顶部宽度为5?10m，高度为相应的开采高度，其具体大小可根据矿井废弃矸石量进行相应调整；在主支撑充填带1表面铺设金属网11，利用混凝土注浆管道2对其进行相应的注浆加固；在混凝土浆液还未凝固之前，对主支撑充填带1从上往下间隔均匀装上加强索具，通过锁具将钢绞线10a、托盘10b与钢筋梯子梁10c紧密连为一整体，与此同时施加相应预应力，以此增加主支撑充填带1的整体强度。其所铺设的管道均采用钢筋框架4a对注浆管路进行相应的保护，将管路保护在其中以防注浆管被采空区矸石压坏同时又不影响其相应的注浆效果；当对主支撑充填1注浆完毕，并且达到相应一定强度之后，采用高水材料通过铺设在工作面后方中央处的注浆管道4对主支撑充填带1后的采空区进行滞后注浆；当对主支撑充填带1后方采空区注浆完毕之后，随着工作面8的继续向前推进，其工作面8后方采空区中的顶板将会发生离层，此时采用高水材料通过铺设在顶板离层区5中的注浆管道6对顶板离层区5进行相应的注浆加固，以此来减少由于地下煤炭的开采所引起的地表下沉现象。所述辅助充填区长度主要取决于顶板周期来压步距L、支撑墙体宽度d、墙体自施工至发挥支撑作用的时间t以及工作面推进速度V，其长度应小于L 一 vt — d，保证主支撑墙体施工过程中，工作面可正常开采，顶板不会发生破断；在工作面推进至破断位置时，主支撑充填带已能形成有效支撑，避免发生大面积垮落灾害。
【主权项】
1.一种用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法，其特征在于:所述的用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法，利用在坚硬顶板下的作业空间进行分区分类充填支护，能在回采的同时，进行充填支护作业，所述方法包括:当工作面推进至一个辅助充填区长度后，立即在工作面支架后用全矿井运至该处的废弃矸石堆砌成一个梯形支撑墙体，在堆砌过程中预埋钢绞线，并对废弃矸石支撑墙体进行混凝土注浆，之后在支撑墙体斜面铺设废旧金属网，并将预埋的钢绞线用回收的钢托板、钢筋梯子梁构件对混凝土注浆后的矸石墙进行预应力施加，使得其整体具有较高抗压强度，成为采空区主支撑充填带；在主支撑充填带施工过程中，预埋注浆管路，并采用相应的钢筋框架结构进行保护，以防注浆管路在主支撑带发挥作用时被损坏；在一个主支撑充填带完成并能达到一定强度之后，即在其封闭的辅助充填区内进行高水材料注浆充填作业，形成整个采空区的充填，避免随着时间推移，主支撑充填带发生失稳垮帮，进而发生采空区顶板大面积垮落；当对采空区辅助充填区注浆完毕之后，随着工作面的继续向前推进，其工作面顶板将会发生离层，此时采用高水材料通过铺设在顶板中的注浆管道对顶板离层区进行相应的注浆加固，减弱离层区向上扩展，加强对地表沉陷的控制。2.根据权利要求1所述的一种用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法，其特征在于:当工作面从开切眼向前推进一定距离后，即可在采空区中向顶板施工1?3个钻孔，钻孔深度打到顶板发生离层的主关键层处，在主支撑充填带形成之前，完成顶板离层区的注浆管路敷设工作，该注浆管路沿采空区顶板敷设。3.根据权利要求1所述的一种用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法，其特征在于:所述辅助充填区长度主要取决于顶板周期来压步距L、支撑墙体宽度d、墙体自施工至发挥支撑作用的时间t以及工作面推进速度V，其长度应小于L 一 vt — d，保证主支撑墙体施工过程中，工作面可正常开采，顶板不会发生破断；在工作面推进至破断位置时，主支撑充填带已能形成有效支撑，避免发生大面积垮落灾害。4.根据权利要求1所述的一种用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法，其特征在于:用于堆砌采空区主支撑充填带所采用的废弃矸石是全矿井正常生产中所产生的，将井下矸石废物再利用，可减轻原有材料运输系统负担同时避免将矸石提升至地面的能耗，以及地面矸石堆放与处理带来的生产和环境问题。5.根据权利要求1所述的一种用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法，其特征在于:采空区主支撑充填带横截面为梯形，梯形顶部宽度为5?10m，高度为相应的开采高度，其具体大小可根据矿井废弃矸石量进行相应调整，若矿井矸石产量较大时，可直接将多余的废弃矸石铺放在辅助充填区内，避免因支撑墙体宽度过大，从而导致施工量和注浆量急剧增大，并影响工作面开采推进速度。
【专利摘要】本发明公开一种用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法，所述的一种用于控制坚硬顶板大面积垮落灾害的分区充填方法将采空区分为主支撑充填带、辅助充填区以及顶板离层充填区。主支撑充填带主要由废弃矸石、混凝土、短锚索以及支护构件组成，使其成为具有较强支撑与封闭能力的主支撑充填带；辅助充填区主要是在两主支撑充填带之间的封闭空间内，采用高水材料或其他材料进行充填，在顶板下沉过程中，主支撑充填带与两侧煤壁对充填体有约束作用，使得辅助充填区内充填体具有较强支撑能力；顶板离层充填区是指在辅助充填区范围顶板发生离层区域进行高压注浆充填，阻止更上位岩层的离层，进而实现对地表沉陷的有效控制。
【IPC分类】E21F15/04, E21F15/08
【公开号】CN105317459
【申请号】CN201510802272
【发明人】谢生荣, 孙运江, 马占元, 李世俊
【申请人】中国矿业大学(北京)
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月19日