一种基于矸石胶结高孔隙材料的高效充填开采方法

本发明涉及充填开采领域，具体涉及一种基于矸石胶结高孔隙材料的高效充填开采方法。

背景技术：

1、充填开采技术是实现绿色低碳开采的重要代表性技术，在地表沉陷控制、生态环境保护、矿山固废处置与利用、绿色低碳减排等方面具有显著的技术优势。煤炭行业推广“煤矸石井下充填+地面回填”，促进矸石减量；建立“梯级回收+生态修复+封存保护”体系，推动绿色矿山建设。然而充填作业影响采煤速度、影响出煤量、影响煤炭生产效益、大规模充填矸石原材料量不足等效率问题，制约着充填开采技术的进一步推广应用，破解充填开采效率问题迫在眉睫。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种基于矸石胶结高孔隙材料的高效充填开采方法，其简便、工作过程安全、高效、经济效益高。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种基于矸石胶结高孔隙材料的高效充填开采方法，包括：

4、高效充填开采工艺；通过液压支架上设置的多孔底卸式刮板输送机将高孔隙材料落入采空区，高孔隙材料落料过程中，利用预设的喷注系统喷出快速粘凝浆液胶结高孔隙材料堆体成形；

5、充填堆体形态控制方法；根据充填堆体高度控制落料速度、喷浆速度、喷浆压力、喷浆角度以及喷浆旋转速度，进而控制充填堆体形态；

6、高效充填开采工艺及充填堆体形态控制方法配合达到充填材料自膨胀接顶高效充填开采目的。

7、优选地，所述高效充填开采工艺具体包括；

8、落料工序；高孔隙材料经由多孔底卸式刮板输送机落入充填工作面架后采空区，通过控制多孔底卸式刮板输送机卸料口的大小控制落料速度；

9、喷浆工序；快速粘凝浆液经由架后喷注系统在落料的同时进行喷浆，快速粘凝浆液在自然堆积的高孔隙材料间快速膨胀、产生粘凝作用，形成具有一定强度的充填体，即矸石胶结高孔隙材料；

10、移架工序；在充填体充填材料自膨胀接顶后，充填体在工作面推进方向尺寸的达到推移步距时，液压支架开始移架；

11、落料工序和喷浆工序同步进行，移架工序滞后落料工序和喷浆工序。

12、优选地，所述充填堆体形态控制方法具体包括：

13、s31、充填堆体高度小于等于0.5倍采高时，落料速度、喷浆量、喷浆压力、喷浆旋转速度为额定量，额定量即为标准量，具体根据充填空间、矸石处理需求等共同确定，喷浆最大角度跟随落料高度实时变大，落料过程持续喷浆且由最小喷浆角度到最大喷浆角度循环喷浆；

14、s32、充填堆体高度大于0.5倍采高小于0.75倍采高时，落料速度降为额定量的0.75倍，喷浆量、喷浆压力、喷浆旋转速度为额定量，喷浆最大角度跟随落料高度实时变大，落料过程持续喷浆且由最小喷浆角度到最大喷浆角度循环喷浆；

15、s33、充填堆体高度大于0.75倍采高时，落料速度降为额定量的0.5倍，喷浆量、喷浆压力、喷浆旋转速度增大为额定量的1.25～1.5倍，喷浆最大角度跟随落料高度实时变大，落料过程持续喷浆且由最小喷浆角度到最大喷浆角度循环喷浆，直至充填堆体高度等于采高，即充填堆体接顶时，停止落料工序，喷浆工序滞后落料工序3～5分钟停止。

16、优选地，所述高孔隙材料选用散体煤矸石材料，其孔隙率达到50％以上。

17、优选地，所述快速粘凝浆液选用现有高水速凝材料，为非水硬性硅酸盐类的新型胶凝材料。

18、本发明的有益效果在于：本方法主要应用于煤层充填开采中，控制工作面顶板岩层移动的同时，通过矸石胶结高孔隙材料解决大范围充填矸石材料不足问题，充填工艺得到优化，提升充填开采效率，方法简便高效，工作过程安全，有利于促进充填开采方法大规模运用，具有较大的推广应用前景，其科学与工程意义巨大。

技术特征：

1.一种基于矸石胶结高孔隙材料的高效充填开采方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种基于矸石胶结高孔隙材料的高效充填开采方法，其特征在于，所述高效充填开采工艺具体包括；

3.如权利要求2所述的一种基于矸石胶结高孔隙材料的高效充填开采方法，其特征在于，所述充填堆体形态控制方法具体包括：

4.如权利要求1所述的一种基于矸石胶结高孔隙材料的高效充填开采方法，其特征在于，所述高孔隙材料选用散体煤矸石材料，其孔隙率达到50％以上。

5.如权利要求1所述的一种基于矸石胶结高孔隙材料的高效充填开采方法，其特征在于，所述快速粘凝浆液(6)选用现有高水速凝材料，为非水硬性硅酸盐类的新型胶凝材料。

技术总结
本发明公开了一种基于矸石胶结高孔隙材料的高效充填开采方法，利用架后喷浆系统喷射快速粘凝材料同矸石形成矸石胶结高孔隙材料，实现充填材料自膨胀接顶的高效充填开采技术，解决大规模充填所需矸石材料不足以及充填效率低下的问题，包括高效充填开采工艺及充填堆体形态控制方法。高效充填开采工艺的落料工序、喷浆工序同步执行，移架工序滞后；充填堆体形态控制方法为根据充填堆体高度控制落料速度、喷浆速度、喷浆压力、喷浆角度、喷浆旋转速度，进而控制充填堆体形态。本发明能够控制工作面顶板岩层移动的同时突破充填开采效率和矸石材料不足问题，方法简便高效，工作过程安全。

技术研发人员：谢和平,张吉雄,谢亚辰,高峰,周楠,李百宜
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