一种煤矸石注浆充填减少应力集中的方法与流程

1.本发明属于采矿工程绿色开采领域，具体涉及一种煤矸石注浆充填减少应力集中的方法。


背景技术：

2.采煤工作面上覆一般会存在多层岩层，随着工作面的推进，达到一定跨距后发生垮落，但是在某些地区，上覆岩层中存在厚硬岩层，如华丰巨厚砾岩、焦坪巨厚砾岩、济宁巨厚火成岩等，在跨距非常大的时候仍然不会垮落，导致该厚硬岩层发生应力集中，可能导致冲击矿压，造成事故。煤矸石是煤矿开采中产生的废物，含碳量低，燃烧性能差，大部分被当作废物堆放处理，不仅占据大量土地污染环境，而且具有自燃等风险。将煤矸石作为材料进行注浆充填来减少上覆岩层的应力集中，既可以缓解煤炭开采中的应力集中问题，又可以解决煤矸石堆放和污染问题，有着重大意义。


技术实现要素：

3.对此本发明提出一种煤矸石注浆充填减少应力集中的方法，包括如下步骤：
4.a.在采区内布置若干个工作面，相邻工作面之间不留煤柱，各工作面采用沿倾斜自上而下顺序依次开采；
5.b.在各工作面内沿走向间隔布置若干组注浆钻孔，其中第2n-1个工作面内的各组注浆钻孔采用逆向飞机式布置，即在工作面倾斜中部布置一个注浆钻孔作为机头，在工作面倾向两侧远离机头靠近停采线方向各布置一个钻孔作为机翼，n为正整数；
6.c.第2n个工作面内的各组注浆钻孔采用正向飞机式布置，即在工作面倾斜中部布置一个注浆钻孔作为机头，在工作面倾斜两侧远离机头靠近切眼方向各布置一个钻孔作为机翼；
7.且相邻工作面之间，某一工作面的机头注浆钻孔与另一工作面机翼注浆钻孔沿倾斜在同一直线上，该某一工作面的机翼注浆钻孔与该另一工作面机头注浆钻孔沿倾斜在同一直线上；
8.d.当工作面回采至距注浆钻孔一定距离时，开始向该注浆钻孔中注水，观测孔口注水压力变化，若孔口注水压力呈现逐渐降低趋势则开始向该注浆钻孔内注入矸石粉浆体；所述矸石粉浆体是将煤矸石研磨成矸石粉后加入水中制成的浆体；
9.e.注入的矸石粉浆体将冒落的岩石在采空区压实，在采空区形成压实区分担上覆岩层在煤体上的压力，减少应力集中。
10.优选的，步骤a中，相邻工作面之间采用沿空留巷技术。
11.优选的，步骤b-c中，采用错层位注浆方案，各组注浆钻孔中，对于机头注浆钻孔其孔底距离煤层为15-40倍采高，对于机翼注浆钻孔，当某翼注浆钻孔靠近煤柱侧则其深度较机头注浆钻孔深30-50m，当某翼注浆钻孔靠近采空侧则其深度与机头注浆钻孔深度相同。
12.优选的，步骤d中，当工作面回采至距注浆钻孔30-50m时，开始向该注浆钻孔中注
水。
13.优选的，步骤d中，煤矸石来自于矿井掘进、开采或者洗煤，通过装载机至给料机，给料机将煤矸石给入一级破碎机，之后通过一级皮带输送机到达二级破碎机，破碎完成后到达二级皮带输送机，之后到达振动筛，不过筛部分回到二级破碎机进行再次破碎，过筛部分进入缓冲料仓，后经过三级皮带输送机进入球磨机粉碎并制成浆体，浆体通过旋流器，不达标物料返回球磨机继续研磨，达标物料进入搅拌池，形成注浆充填用浆体，通过注浆泵输送到二级注浆站，利用二级注浆站的注浆泵并通过钻孔注入到覆岩下空间内。
14.进一步的，矸石粉最大粒径不超过0.2mm，符合正态分布。
15.进一步的，矸石粉浆体体积浓度在60％-90％。
16.有益效果：本发明提出一种煤矸石注浆充填减少应力集中的方法，沿走向布置多组注浆钻孔以实现走向上的充分注浆充填，同时各组注浆钻孔中的注浆钻孔沿走向具有一定的间距，使得注浆钻孔沿走向分布的更加均匀，可以减小沿走向布置的注浆钻孔组数；各组注浆钻孔采用飞机式布置方式，在工作面倾斜中部布置一个钻孔为机头，压实采空区中部垮落岩石，在工作面两侧各布置一个钻孔为机翼，压实采空区两侧垮落岩石；同时相邻工作面之间，某一工作面的机头注浆钻孔与另一工作面机翼注浆钻孔沿倾斜在同一直线上，如此可以提高倾向上注浆钻孔布置的均匀度，提高倾向上注浆充填量的均匀度，提高注浆减压效果；更重要的是，本发明基于岩层中存在厚硬岩层这一工况，提出了相邻工作面之间不留煤柱的注浆充填方案，如此可以使得后一工作面注浆充填空间与前一个工作面的注浆充填空间连通，大大提高注浆充填量、提高采空区压实区宽度与压实程度，减小应力集中；此外，本发明提出了错层位注浆的方案，当某翼注浆钻孔靠近煤柱侧则其深度较机头注浆钻孔深30-50m，当某翼注浆钻孔靠近采空侧则其深度与机头注浆钻孔深度相同，如此可以提高采空区侧部的压实效果，进一步提高后一工作面注浆充填空间与前一个工作面的注浆充填空间的连通性。该方法缓解了煤炭开采过程中上覆岩层应力集中的问题，并且解决了煤矸石占地、污染环境的问题。
附图说明
17.图1是本发明煤矸石注浆充填减少应力集中方法钻孔布置平面图；
18.图2是本发明煤矸石粉碎制浆流程图；
具体实施方式
19.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。
20.如图1-2所示，一种煤矸石注浆充填减少应力集中的方法，包括如下步骤：
21.a.在采区内布置若干个工作面(图1中仅示意出两个)，相邻工作面之间不留煤柱采用沿空留巷技术，各工作面采用沿倾斜自上而下(自煤层埋深浅向埋深深方向)顺序依次开采；
22.b.在各工作面内沿走向间隔布置若干组注浆钻孔，其中第2n-1个工作面(包括首采工作面在内的第奇数个工作面)内的各组注浆钻孔采用逆向飞机式布置，即在工作面倾斜中部布置一个注浆钻孔作为机头1，在工作面倾向两侧远离机头靠近停采线方向各布置一个钻孔作为机翼2，n为正整数；
23.c.第2n个工作面(第偶数个工作面)内的各组注浆钻孔采用正向飞机式布置，即在工作面倾斜中部布置一个注浆钻孔作为机头3，在工作面倾斜两侧远离机头靠近切眼方向各布置一个钻孔作为机翼4，n为正整数；
24.且相邻工作面之间，某一工作面的机头注浆钻孔与另一工作面机翼注浆钻孔沿倾斜在同一直线上，该某一工作面的机翼注浆钻孔与该另一工作面机头注浆钻孔沿倾斜在同一直线上；
25.d.当工作面回采至距注浆钻孔30-50m时，开始向该注浆钻孔中注水，观测孔口注水压力变化，若孔口注水压力呈现逐渐降低趋势则开始向该注浆钻孔内注入矸石粉浆体；所述矸石粉浆体是将煤矸石研磨成矸石粉后加入水中制成的浆体；
26.e.注入的矸石粉浆体将冒落的岩石在采空区压实，在采空区形成压实区分担上覆岩层在煤体上的压力，从而减少应力集中。
27.优选的，采用错层位注浆方案，各组注浆钻孔中，对于机头注浆钻孔其孔底距离煤层为15-40倍采高，对于机翼注浆钻孔，当某翼注浆钻孔靠近煤柱侧则其深度较机头注浆钻孔深30-50m，当某翼注浆钻孔靠近采空侧则其深度与机头注浆钻孔深度相同。
28.优选的，煤矸石来自于矿井掘进、开采或者洗煤，通过装载机至给料机，给料机将煤矸石给入一级破碎机，之后通过一级皮带输送机到达二级破碎机，破碎完成后到达二级皮带输送机，之后到达振动筛，不过筛部分回到二级破碎机进行再次破碎，过筛部分进入缓冲料仓，后经过三级皮带输送机进入球磨机粉碎并制成浆体，浆体通过旋流器，不达标物料返回球磨机继续研磨，达标物料进入搅拌池，形成注浆充填用浆体，通过注浆泵输送到二级注浆站，利用二级注浆站的注浆泵并通过钻孔注入到覆岩下空间内。
29.优选的，矸石粉最大粒径不超过0.2mm，符合正态分布。
30.优选的，矸石粉浆体体积浓度在60％-90％。