长壁逐巷负碳高效充填开采方法

本发明属于负碳高效充填开采，尤其涉及一种基于长壁逐巷负碳高效充填开采方法。

背景技术：

1、煤炭在开发利用过程中产生的矸石、粉煤灰等大量固废堆积的问题也亟待解决。我国煤矿多为地下开采，地下采煤引起的地表沉陷和生态环境问题日益严重。当前，煤炭绿色开采与岩层变形控制研究也成为重中之重。因此亟需一种负碳高效充填开采方法的出现。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种长壁逐巷负碳高效充填开采方法，不仅有效控制了地表沉陷，而且是一个负碳高效充填开采全新的技术路径，也是在煤炭开发利用全过程自身实现碳中和新路径。为实现上述目的，采用的技术方案如下:

2、一种长壁逐巷负碳高效充填开采方法，包括以下步骤：

3、步骤1、实验室测试，获取充填材料的强度液态co2的稳定时间t1和胶结料硬化时间t2；其中，矸石、胶结料、液态co2三种材料的混合形成充填材料；

4、步骤2、依次求解长壁逐巷工作面支巷的宽度k、回采间距j，以及所需要的充填强度φ，具体包括以下步骤：

5、步骤2a、理论分析及数值模拟等方法分析并求解长壁逐巷工作面支巷宽度k、回采间距j；

6、步骤2b、工作面达到矿井地面控制要求时所需充填体强度φ；

7、步骤3、验证步骤1中的充填材料是否合格，具体包括以下步骤：

8、步骤3a、基于步骤2a中的回采间距j、支巷宽度k，求解工作面推进一个循环的时间t3，若t3＞液态co2的稳定时间t1，则步骤1中的充填材料的稳定时间合格；其中，求解t3的具体步骤包括：

9、步骤3a1、求解工作面推进一个循环，回采的支巷条数：

10、工作面推进长度为l,支巷的条数＝l/k；

11、工作面推进一个循环,回采的支巷条数＝l/(j+k)+1；

12、步骤3a2、求解回采一条支巷的时间t4：

13、t4＝支巷长度c/日进尺；

14、步骤3a3、求解t3：

15、t3＝t4*{l/(j+k)+1}；

16、步骤3b、若步骤1中的充填材料的强度大于步骤2c中的所需充填体强度φ，则充填材料的强度合格；

17、步骤4、充填支巷：

18、在待充填支巷的上巷最高点布置注浆管与注液管，在下巷中设置充填挡墙，在地面将矸石、胶结料、混合制成浆液；

19、浆液通过注浆管注入待充填支巷，液态co2通过注液管同时注入待充填支巷。

20、优选地，在充填支巷之前，还包括设计充填方案的步骤，具体包括：

21、根据支巷长度c，设计对支巷为多次充填，之后设置每次充填后等待时间t5，使得t5＞胶结料硬化时间t2，以防充填料浆对充填挡墙产生的侧向压力过大，使得充填挡墙失稳而产生跑浆。

22、优选地，一条支巷的充填次数为5。

23、优选地，步骤1中的充填材料根据具体工程条件所需强度进行配比。

24、优选地，步骤1中的矸石为散体矸石。

25、与现有技术相比，本发明的优点为：

26、1、通过理论分析研究和实验的结合，确保充填材料强度、充填材料中液态co2的稳定时间均满足实际充填需求。

27、2、通过实验获取胶结料硬化时间t2，为每次充填后等待时间提供理论依据，提高了充填效率。

28、3、既可推进形成co2资源化利用、固废规模化处置等煤炭资源绿色化开采的协同技术途径，促进实现“碳炭置换”，助力加快能源资源领域“双碳”战略目标实现，形成一个负碳高效充填开采全新的技术路径，也是在煤炭开发利用全过程自身实现碳中和新路径，而且也可满足高要求的地表控制标准。

29、4、为负碳高效充填开采提供了参考，为基于长壁逐巷胶结充填的负碳高效充填开采方法提供理论借鉴。此设计方法简单易行，技术创新性强，操作方便，具有较高的经济性和实用性，应用前景十分广阔。

技术特征：

1.一种长壁逐巷负碳高效充填开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的长壁逐巷负碳高效充填开采方法，其特征在于，在充填支巷之前，还包括设计充填方案的步骤，具体包括：

3.根据权利要求2所述的长壁逐巷负碳高效充填开采方法，其特征在于，一条支巷的充填次数为5。

4.根据权利要求1所述的长壁逐巷负碳高效充填开采方法，其特征在于，步骤1中的充填材料根据具体工程条件所需强度进行配比。

5.根据权利要求1所述的长壁逐巷负碳高效充填开采方法，其特征在于，步骤1中的矸石为散体矸石。

技术总结
本发明提出了一种长壁逐巷负碳高效充填开采方法，包括：步骤1、实验室测试，获取充填材料的强度、液态CO<subgt;2</subgt;的稳定时间t<subgt;1</subgt;和胶结料硬化时间t<subgt;2</subgt;；步骤2、依次求解长壁逐巷工作面支巷的宽度K、回采间距J，以及所需要的充填强度；步骤3、验证步骤1中的充填材料是否合格；步骤4、充填支巷。本发明不仅有效控制了地表沉陷，而且是一个负碳高效充填开采全新的技术路径。

技术研发人员：张吉雄,谢和平,周楠,李存宝,李百宜,杨峰
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15