一种防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法
【专利摘要】本发明公开了一种防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，利用探地雷达技术、钻探及采空区三维扫描技术等探明露天复采残留煤炭资源赋存情况、先期小煤窑乱采乱掘形成的地下巷道和采空区分布状况，通过注浆的方法，使得浆液在先期小煤窑乱采乱掘形成的地下巷道和采空区扩散充实、凝固和硬化；本发明在剥离露天复采残煤上覆岩体过程中通过控制爆破强度、采用三维不接触测量系统实测爆破形成的相互铰接的松碎岩体之间存在的裂隙间距、边坡稳定性预警监测系统监测预报、锚杆(索)加固露天复采稳定性较差的边坡等方法和措施，增强了露天复采残煤形成的台阶和边坡的稳定性，确保了露天复采残煤的安全，提高了露天复采的经济效益。
【专利说明】一种防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤炭开采【技术领域】，尤其是涉及一种防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法。
【背景技术】
[0002]受经济、技术条件的制约，先期小煤窑由于开采技术落后，通常采用房柱式等采煤方法来保证产量，从而留设有许多的煤柱，造成大量煤炭资源的残留。同时，先期小煤窑的乱采乱掘导致上述残留煤炭资源附近形成了许多地下巷道与采空区。
[0003]目前，露天复采是解放上述残留煤炭资源的一种极好方法，不仅可以提高资源的回收率，延长矿区或矿井的服务年限，而且可以增加矿井的经济效益，缓减企业压力。
[0004]然而，与传统的露天开采相比，由于残煤分布区附近存在的地下巷道与采空区的分布位置、大小和范围不清晰，露天复采残煤时重型剥离设备可能会向地下巷道或者采空区内陷落，进而影响残留煤炭资源的安全复采。同时，露天复采剥离残煤上覆岩体时，爆破强度过大，冲击作用较强，松碎岩体之间的裂隙间距也会增大，这将可能引发重型剥离设备的倾倒，进而影响矿井的正常复产。
[0005]因此，找出一种防止露天复采残煤时剥离设备倾倒和陷落的方法具有重大的意义。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:提供一种防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，有效的解决了重型剥采设备在露天复采残煤时出现的倾倒和陷落等问题。
[0007]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，包括以下步骤:
[0008](I)利用探地雷达技术探查露天复采残留煤炭资源赋存情况、先期小煤窑乱采乱掘形成的的地下巷道和采空区分布状况及其附近的积水分布情况；
[0009](2)布置钻孔，进行钻探补充勘查，将采空区三维扫描仪扫描探头沿钻孔深入先期小煤窑乱采乱掘时期形成的地下巷道和采空区中，进行扫描精准探查；同时，绘制地下巷道和采空区分布平面图，以指导安全复采；
[0010](3)利用排水泵将探明的积水抽排出去；
[0011](4)制备注浆浆液，利用注浆泵将制备好的浆液均匀地注入小煤窑乱采乱掘时期形成的地下巷道和采空区中，使浆液扩散充实、凝固和硬化；
[0012](5)利用剥采设备自上而下分台阶剥离露天复采残煤上覆岩体；
[0013](6)在剥离露天复采残煤上覆岩体过程中，控制爆破强度，破碎和松动露天复采残煤上覆岩体，以减小爆破震动强度。
[0014](7)在剥离露天复采残煤上覆岩体过程中，实测爆破形成的相互铰接的松碎岩体之间存在的裂隙间距。当爆破形成的相互铰接的松碎岩体之间存在的裂隙间距较大时，封锁重型剥离设备停止作业或者将重型剥离设备转移到间隙较小的松碎岩体区域作业。
[0015](8)在剥离露天复采残煤上覆岩体过程中，采用边坡稳定性预警监测系统实时分析边坡形体移动的规律，提供边坡稳定性分析资料，了解和掌握滑坡的形态、规模和发展趋势，预报滑坡。当边坡稳定性较差，预警监测系统预报告滑坡时，采用锚杆(索)加固边坡。
[0016]优选的，所述的步骤(I)需充分利用矿井原有地质、技术等资料探查残留煤炭资源分布范围、先期小煤窑乱采乱掘形成的的地下巷道和采空区的分布位置、大小和范围及其附近的积水分布情况。
[0017]优选的，所述的步骤(2)中在步骤(I)探明的先期小煤窑乱采乱掘形成的的地下巷道和采空区的分布范围内布置若干直径为80-120mm的钻孔，进行补充勘探；
[0018]优选的，所述的步骤(2)中所用的采空区三维扫描仪扫描探头沿钻孔深入先期小煤窑乱采乱掘时期形成的地下巷道和采空区中能进行360度的环形扫描；
[0019]优选的，所述的步骤(2)中需结合步骤(I)探地雷达扫描技术探查结果，绘制地下巷道和采空区分布平面图，以指导安全复采。
[0020]优选的，所述的步骤(3)将步骤(2)中的钻孔作为排水通道，进而将先期小煤窑乱采乱掘时期形成的地下巷道与采空区分布的积水抽排出去。
[0021]优选的，所述的步骤(4)中的注浆浆液需具备较好可注性和稳定性，凝结时间也易于调节，具体可采用黏土浆液、硅酸盐水泥浆液、粉煤灰浆液、氯化钙浆液、水玻璃浆液或高分子化学材料浆液；所采用的注浆浆液中需添加6%?8%微膨胀剂，并掺入减水剂；注浆浆液凝固和硬化后形成的固化结实体须有较好的力学强度、抗渗性和抗侵蚀性。
[0022]优选的，所述的步骤(4)中将步骤(2)中的钻孔作为注浆通道。
[0023]优选的，所述的步骤(6)综合了减少延发爆破的炸药量、预裂爆破、缓冲爆破等手段来实现控制爆破。
[0024]优选的，所述的步骤(7)中采用三维不接触测量系统(3GSM)来测量穿孔爆破剥离残煤上覆岩体时形成的松碎岩体之间存在的裂隙间距；所述的步骤(7)中当三维不接触测量系统(3GSM)测量穿孔爆破剥离残煤上覆岩体时形成的松碎岩体之间存在的裂隙间距大于IOOmm时，剥离设备需停止作业或者转移作业；所述的步骤(8)中所用边坡稳定性预警监测系统能够及时观测、及时整理分析监测数据和及时反馈监测信息。
[0025]采用了上述技术方案，本发明的有益效果为:
[0026](I)本发明利用探地雷达技术、钻探及采空区三维扫描技术等探明露天复采残留煤炭资源赋存情况、先期小煤窑乱采乱掘形成的地下巷道和采空区分布状况，通过注浆的方法，使得浆液在先期小煤窑乱采乱掘形成的地下巷道和采空区扩散充实、凝固和硬化，有效地避免了露天复采残煤时重型剥采设备向地下巷道和采空区陷落的事故的发生；
[0027](2)本发明在剥离露天复采残煤上覆岩体过程中通过控制爆破强度、采用三维不接触测量系统(3GSM)实测爆破形成的相互铰接的松碎岩体之间存在的裂隙间距、边坡稳定性预警系统监测预报、锚杆(索)加固露天复采稳定性较差的边坡等方法和措施，增强了露天复采残煤形成的台阶和边坡的稳定性，有效地解决了露天复采残煤时遇到的重型剥采设备的倾倒等问题。
【专利附图】
【附图说明】[0028]图1为露天复采残煤和先期小煤窑乱采乱掘形成的巷道与采空区分布示意图；
[0029]图2为抽排露天复采残煤分布区地下巷道和采空区积水示意图；
[0030]图3为注浆充实露天复采残煤分布区地下巷道和采空区示意图；
[0031]图4为采用锚杆(索)对露天复采边坡加固的示意图；
[0032]图5为采用锚杆(索)加固露天复采边坡时的局部放大图。
[0033]图中:1.残留煤炭资源；2.小煤窑乱采乱掘时期形成的地下巷道；3.小煤窑乱采乱掘时期形成的采空区；4.残煤上覆岩体；5.钻探钻孔(排水通道)；6.排水泵；7.注浆通道；8.注浆泵；9.重型剥采设备；10.露天复采形成的台阶；11.露天复采形成的边坡；12.边坡稳定性预警监测系统；13.锚杆。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0035]一种防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，包括如下步骤:
[0036]步骤一，结合矿井原有地质、技术资料，利用探地雷达技术探查露天复采残留煤炭资源I赋存情况、先期小煤窑乱采乱掘形成的的地下巷道2和采空区3的分布位置、大小和范围及其附近的积水分布情况；
[0037]步骤二，在步骤一探明的先期小煤窑乱采乱掘形成的的地下巷道2和采空区3的分布范围内，布置若干直径为80-200mm钻探钻孔5，进行补充探查，将采空区三维扫描仪扫描探头沿钻孔5深入先期小煤窑乱采乱掘时期形成的地下巷道2和采空区3中，进行360度的环形扫描，对残留煤炭资源I分布区域附近的地下巷道2和采空区3分布位置、大小和范围及其附近的积水分布情况进行精准探查；同时，绘制地下巷道和采空区分布平面图以指导安全复采；
[0038]步骤三，如图2所示，将步骤二中的钻孔5作为排水通道，利用功率排水泵6将步骤一和步骤二探明的积水抽排出去，消除积水对安全复采的威胁；
[0039]步骤四，如图2所示，制备注浆浆液，将步骤二中的钻孔5作为注浆通道7，利用注浆泵8将制备好的浆液均匀地注入小煤窑乱采乱掘时期形成的地下巷道2和采空区3中，使浆液扩散充实、凝固和硬化；
[0040]步骤五，利用剥采设备9自上而下分台阶剥离露天复采残煤上覆岩体4 ；
[0041]步骤六，在剥离露天复采残煤上覆岩体4过程中，采用减少延发爆破的炸药量、预裂爆破、缓冲爆破等控制爆破强度的方法来对露天复采残煤上覆岩体4进行破碎和松动，以减小爆破震动强度，进而防止因爆破空气冲击波；
[0042]步骤七，如图4所示，在剥离露天复采残煤上覆岩体过程4中，采用三维不接触测量系统(3GSM)实测爆破形成的相互铰接的松碎岩体之间存在的裂隙间距。当实测爆破形成的相互铰接的松碎岩体之间存在的裂隙间距大于IOOmm时，封锁重型剥离设备9停止作业或者将重型剥离设备9转移到间隙较小的松碎岩体区域作业。
[0043]步骤八，在剥离露天复采残煤上覆岩体4过程中，采用边坡稳定性预警监测系统12实时分析边坡形体移动的规律，提供边坡稳定性分析资料，了解和掌握滑坡的形态、规模和发展趋势，预报滑坡。当监控实测剥离形成的边坡稳定性较差时，采用锚杆13(索)加固边坡。[0044]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)利用探地雷达技术探查露天复采残留煤炭资源赋存情况、先期小煤窑乱采乱掘形成的地下巷道和采空区分布状况及其附近积水的分布情况； (2)布置钻孔，进行钻探补充勘查，将采空区三维扫描仪扫描探头沿钻孔逐渐深入先期小煤窑乱采乱掘时期形成的地下巷道和采空区中进行环形扫描，实现精准探查；同时，绘制地下巷道和采空区分布平面图以指导安全复采； (3)利用排水泵将步骤(1)和步骤(2)探明的积水抽排出去； (4)制备注浆浆液，利用注浆泵将制备好的浆液均匀地注入小煤窑乱采乱掘时期形成的地下巷道和采空区中，使浆液扩散充实、凝固和硬化； (5)利用剥采设备自上而下分台阶剥离露天复采残煤上覆岩体； (6)在剥离露天复采残煤上覆岩体过程中，控制爆破强度以减弱震动强度； (7)在剥离露天复采残煤上覆岩体过程中，实测爆破形成的松碎岩体间存在的裂隙间距。当爆破形成的相互铰接的松碎岩体之间存在的裂隙间距较大时，封锁重型剥离设备停止作业或者将其转移到间隙较小的松碎岩体区域作业； (8)在剥离露天复采残煤上覆岩体过程中，采用边坡稳定性预警监测系统实时分析边坡移动的规律，提供边坡稳定性分析资料，了解和掌握滑坡的形态、规模和发展趋势，预报滑坡。当边坡稳定性较差，预警监测系统预报告滑坡时，采用锚杆(索)加固边坡。
2.根据权利要求1所述的防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，其特征在于:所述的步骤(1)需充分利用矿井原有地质、技术等资料。
3.根据权利要求1所述的防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，其特征在于:所述的步骤(2)中在步骤(1)探明的先期小煤窑乱采乱掘形成的的地下巷道和采空区的分布范围内布置若干直径为80-120mm的钻孔，进行补充勘探。
4.根据权利要求1所述的防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，其特征在于:所述的步骤(2)将采空区三维扫描仪扫描探头沿钻孔深入先期小煤窑乱采乱掘时期形成的地下巷道和采空区时，需保证扫描探头不受损害，从而进行360°的精准扫描，验证步骤(1)的探查结果。
5.根据权利要求1所述的防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，其特征在于:所述的步骤(2)需结合步骤(1)探地雷达扫描技术探查结果，绘制地下巷道和采空区分布平面图，以指导安全复采。
6.根据权利要求1所述的防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，其特征在于:所述的步骤(3)将步骤(2)中的钻孔作为排水通道，进而将先期小煤窑乱采乱掘时期形成的地下巷道与采空区分布的积水抽排出去。
7.根据权利要求1所述的防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，其特征在于:所述的步骤(4)中的注浆浆液需具备较好可注性和稳定性，凝结时间也易于调节，具体可采用黏土浆液、硅酸盐水泥浆液、粉煤灰浆液、氯化钙浆液、水玻璃浆液或高分子化学材料浆液；所采用的注浆浆液中需添加6%~8%微膨胀剂，并掺入减水剂；注浆浆液凝固和硬化后形成的固化结实体须有较好的力学强度、抗渗性和抗侵蚀性。
8.根据权利要求1所述的防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，其特征在于:所述的步骤⑷中将步骤⑵中的钻孔作为注浆通道，进而使浆液扩散充实、凝固和硬化。
9.根据权利要求1所述的防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，其特征在于:所述步骤(6)综合了减少延发爆破的炸药量、预裂爆破、缓冲爆破等手段来实现控制爆破。
10.根据权利要求1所述的防止露天复采残煤时重型剥离设备倾倒和陷落的方法，其特征在于:所述步骤(7)中采用三维不接触测量系统(3GSM)来测量穿孔爆破剥离残煤上覆岩体时形成的松碎岩体之间存在的裂隙间距；所述步骤(7)中当采用三维不接触测量系统(3GSM)测量穿孔爆破剥离残煤上覆岩体时形成的松碎岩体之间存在的间隙大于IOOmm时，剥离设备需停止作业或者转移作业；所述步骤(8)中所用边坡稳定性预警监测系统能够及时观测、及时整理分 析监测数据和及时反馈监测信息。
【文档编号】E21C41/28GK103912278SQ201410141610
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】冯国瑞, 白锦文, 张玉江, 李振, 任鸿瑞, 冯佳瑞, 路之浩, 康立勋 申请人:太原理工大学