一种固体充填采煤技术人造储水地层的方法与流程

本发明涉及一种固体充填采煤技术人造储水地层的方法，尤其适用于缺水矿区煤层或者保护煤柱的保水开采。

背景技术：

我国14个大型煤炭基地、除云贵、两淮和蒙东基地以外，11个煤炭基地都严重缺水，尤其是西北地区，占全国75％的煤炭资源，而水资源仅为全国20％左右，降水大多沿地表径流很快流失，地表水蒸发流失严重。现代化矿区大多采用长壁垮落式开采，采空区很快被垮落的覆岩压实，而缺水矿区在煤层覆岩中大多不存在有效含水层，无法形成储水空间，开采后的矿区地面降水流失更为严重，矿区缺水问题会更加突出。另一方面，一般矿区都会含有大量保护煤柱无法回收，同时还会排放大量矸石等固体废弃物。

技术实现要素：

为了克服现有的上述不足，本发明提供一种固体充填采煤技术人造储水地层的方法，不仅能安全高效回收煤柱压煤，而且能充分利用和处理矿区固体废弃物，构造储水地层，即形成地下水库，解决缺水矿区水资源的储存和保护利用问题。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括如下步骤：对矿区煤柱及周边煤层实施非密实充填带和密实充填带相交替的采空区充填，在非密实充填带的采空区形成人造储水地层；并通过采动裂隙渗流通道和人工注水通道两种途径将地面降水引入人造储水地层中。

其中，所述人工注水通道的形成过程是：在采空区上方地面较低洼区建造自然降水集水池，从池底向人造储水地层钻孔连通。

进一步地，所述人造储水地层的容积v为：

式中，l为非密实充填带的倾向长度；d为单个非密实充填带的走向长度；h为工作面采高；为非密实充填带的充填率；a为非密实充填带的顶板下沉量；n为非密实充填带的数量。

优选地，所述充填使用的材料选择矿区开拓矸石、风积沙或黄土的固体物。

进一步地，将所述密实充填带的宽度与采煤的高度之比定义为宽高比，其比值为γ，设定γ参数值的依据是确保密实充填带的长期稳定性，并形成永久采空区空穴。同时，要满足岩层移动与地表沉陷控制指标要求。γ可以通过采动岩体的岩层移动与地表沉陷控制理论分析给出。

考虑到施工的方便性，优选地，所述非密实充填带与密实充填带的宽度相同。

进一步地，为了保证密实充填带内的充填率和其稳定性，还可以在非密实充填带与密实充填带之间布置隔离挡墙。

相比现有技术，本发明的一种固体充填采煤技术人造储水地层的方法，通过对矿区煤柱及周边煤层实施非密实充填带和密实充填带相交替的采空区充填，控制采动覆岩非充分垮落，从而在非密实充填带的采空区形成稳定的永久空穴，成为人造储水地层。可见，本方法不仅能安全高效回收煤柱压煤，而且能充分利用和处理矿区固体废弃物，构造储水地层，即形成地下水库，并通过人工注水通道和采动裂隙渗流通道两种途径向人造储水地层蓄水，实现了缺水矿区水资源的保护，净化后水资源可供矿区利用，解决了缺水矿区水资源的储存和保护利用问题。本方法技术方法简单，安全可靠，推广应用方便，具有良好的经济、社会和环境效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明一个实施例人造储水地层的原理示意图，图中箭头指示的是工作面推进方向。

图中：1、自然降水集水池，2、采动裂隙渗流通道，3、人工注水通道，4、煤层，5、非密实充填带，6、密实充填带，7、隔离挡墙，8、充填采煤液压支架，9、充填采煤工作面，10、人造储水地层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

图1示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，是以某矿ct3210工作面为例，对本发明的一种固体充填采煤技术人造储水地层的方法具体描述：

a.在该矿的矿井边界保护煤柱区域通过固体充填布置ct3210充填采煤工作面9，该充填采煤工作面9的倾向长度l为150m，工作面推进长度为1800m，采高h为3m。采用充填采煤液压支架8支撑工作面顶板，采煤与充填平行作业，其后部夯实机压实固体充填物(材料)，实现密实充填。

b.根据采区覆岩结构与岩层移动规律分析，并考虑到采煤与充填工艺要求，设定宽高比γ为2，即密实充填带6与非密实充填带5的宽度d均为6m，非密实充填带的数量n为150。由于煤柱区域采动应力较为集中，为保证控制顶板处于非充分垮落状态，确定非密实充填区域的充填率为0.55。

c.在采区上方低洼区建地面的自然降水集水池1，自然集水池底由双钻孔与充填采空区相通，作为汇集地面降水的人工通道。

d.根据该矿的固体充填物共计条件，采用矿区开拓矸石作为充填的材料，由于这些材料天然无污染，这样合理地处理了矿区矸石山问题。

e.根据岩层移动与地表沉陷观测得到，非密实充填带5的顶板下沉量a为0.9m，则可由人造储水地层10的容积计算公式得到ct3210工作面固体充填开采后形成的地下水库的容积v为6.075×10⁴m³。

本发明的优势如下：

(1)采取固体充填采煤技术解放“三下”(建筑物下、道路下、水体下)压煤资源，可实现安全开采，提高煤炭资源回收率；并通过实施非密实充填带5和密实充填带6相交替的采空区充填，在非密实充填带5的采空区形成稳定的永久空穴，成为人造储水地层10。

(2)通过人工注水通道3和采动裂隙渗流通道2两种途径向人造储水地层10蓄水，实现缺水矿区水资源的保护，净化后水资源可供矿区利用。

(3)合理利用矿区固体废弃物，解决矿区矸石山问题，且这种充填物料天然无污染，不会造成次生污染。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
一种固体充填采煤技术人造储水地层的方法，包括如下步骤：对矿区煤柱及周边煤层实施非密实充填带和密实充填带相交替的采空区充填，在非密实充填带的采空区形成人造储水地层；并通过采动裂隙渗流通道和人工注水通道两种途径将地面降水引入人造储水地层中。本发明不仅能安全高效回收煤柱压煤，而且能充分利用和处理矿区固体废弃物，构造储水地层，即形成地下水库，解决缺水矿区水资源的储存和保护利用问题。本方法简单，安全可靠，推广应用方便，具有良好的经济、社会和环境效益。

技术研发人员：缪协兴
受保护的技术使用者：缪协兴
技术研发日：2018.08.02
技术公布日：2019.01.04