一种矸石堆积体灌浆连采连充方法与流程

1.本发明涉及填充开采技术领域，特别是涉及一种矸石堆积体灌浆连采连充方法。


背景技术：

2.持续提高煤矸石综合利用水平，推进煤矸石矿井充填等领域的利用；推动煤矸石等大宗固废产生过程自消纳；在煤炭行业推广“煤矸石井下充填+地面回填”，促进矸石减量。
3.目前应用广泛的井下充填方式是膏体充填。所谓膏体充填就是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、炉渣、劣质土、城市固体垃圾等固体废物在地面加工成“无临界流速、不需脱水”的膏状浆体，利用充填泵和(或)重力作用通过管道输送到井下，适时充填采空区的采煤方法。因膏体浓度高(一般指质量浓度达到了75％以上的充填料浆)，管道阻力大，存在堵管危险，影响生产。特别是膏体采用高压泵送，堵管及处理堵管过程中存在重大安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，以解决现有技术存在的问题，可实现矸石与浆液分别输送，从而解决高浓度膏体输送带来的堵管等安全隐患。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，包括如下步骤：
6.在回采区域内挖掘进风巷、回风巷以及用于连通进风巷和回风巷的切眼，进风巷、回风巷和切眼之间形成工作面；
7.在工作面内沿远离切眼方向依次间隔挖掘若干支巷，采用一条支巷掘进另一支巷充填的方式平行作业；
8.多次对工作面内相邻两支巷之间区域挖掘支巷进行回采，且同样采用一条支巷掘进另一支巷充填的方式平行作业；
9.其中，任一支巷完成掘进后封堵其一端，填满矸石后，封堵支巷另一端并进行灌注浆液在支巷内形成充填体，保证利用充填体保护所留支巷、填充体达到强度要求。
10.进一步的，利用抛矸机向支巷内抛撒矸石，调整抛射机方向，对整个支巷全断面抛矸，操纵推平器，推挤压实抛填后的矸石。
11.进一步的，在完成支巷掘进后，在支巷顶部预留有充填管和排气管，所述充填管由若干注浆管组成，且相邻两所述注浆管通过丝扣可拆卸连接，所述注浆管外壁上开设有若干出浆口。
12.进一步的，采用地面制浆或井下制浆站制浆，所述浆液渗透到支巷内的整个矸石堆积体中，组成以矸石为主要骨料的充填体。
13.进一步的，在支巷坡度大于10
°
时，将待充支巷的下出口封堵严密，用充填管在待充支巷的上口与矸石汇合，形成泥石流状，自流进入支巷内进行填充。
14.进一步的，采用充填体保护所留支巷、充填体达到强度要求后再进行二次回采，直
到整个工作面回采-充填完毕，实现煤炭资源全部回收。
15.进一步的，所述支巷宽度
16.其中，a—支巷最大宽度，m；r—直接顶抗拉强度，mpa；q—直接顶所受均布载荷，mpa；h—顶煤及直接顶厚度，m。
17.进一步的，各所述支巷采用综掘机或连采机掘进采煤，且所述支巷内间隔留设支巷支撑顶板。
18.本发明公开了以下技术效果：
19.(1)矸石与浆液分离，管道输送阻力小、流动性好，不堵塞管路。从而提升生产效率，提高安全度。
20.(2)矸石不需要破碎，有效降低矸石破碎过程中带来的粉尘、噪音污染，更有利于环保；
21.(3)减少水泥等胶结料用料，可有效降低充填成本。
22.(4)高压灌浆使得充填体压紧挤密，从而在采空区形成了充分接顶的充填体，提高了充填率和密实率，提高充填体强度和稳定性。对采空区及时提供支撑，实现控制围岩变形的目的。
23.(5)精心加工的注浆管，一根即可满足整个支巷的灌浆，避免一条支巷采用多根注浆管路不能连续灌浆带来的效率低、材料成本高等问题。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明的结构示意图；
26.图2为本发明中充填体的横向断面图；
27.图3为本发明中充填体的纵向断面图；
28.图4为本发明中注浆管的结构示意图；
29.图5为本发明中出浆口的位置示意图；
30.其中，1、进风巷；2、充填管；3、排气管；4、回风巷；5、注浆管；7、出浆口；8、切眼。
具体实施方式
31.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.参照图1-图5，本发明提供一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，包括如下步骤：
34.在回采区域内挖掘进风巷1、回风巷4以及用于连通进风巷1和回风巷4的切眼8，进风巷1、回风巷4和切眼8之间形成工作面；
35.在工作面内沿远离切眼8方向依次间隔挖掘若干支巷，采用一条支巷掘进另一支巷充填的方式平行作业；
36.多次对工作面内相邻两支巷之间区域挖掘支巷进行回采，且同样采用一条支巷掘进另一支巷充填的方式平行作业；
37.其中，任一支巷完成掘进后封堵其一端，填满矸石后，封堵支巷另一端并进行灌注浆液在支巷内形成充填体，保证利用充填体保护所留支巷、填充体达到强度要求。
38.本发明的目的在于针对现有井下支巷开采及其他巷道开采中膏体充填的不足，提出一种矸石堆积灌浆充填连采连充方法，在工作面内的支巷掘出后，先对支巷末端封闭，把矸石抛入采空支巷内形成堆石体，抛矸完成后，对支巷端头进行封闭，利用预留充填管2将浆液高压注入矸石堆积体内，利用料浆流动性良好的特性逐渐渗透到整个矸石堆积体中，组成以矸石为主要骨料的充填体，浆液中水泥水化反应胶结，将矸石散体胶结成一个坚实的整体，从而形成具有一定支撑强度的充填体。矸石与浆液分别输送，从而解决高浓度膏体输送带来的堵管等安全隐患。
39.连采连充工艺，在回采区域内布置走向长壁工作面，形成工作面开采时主要的运输、充填、通风等系统；进风巷1、回风巷4、切眼8形成工作面时采用全负压通风。
40.进一步优化方案，利用抛矸机向支巷内抛撒矸石，调整抛射机方向，对整个支巷全断面抛矸，操纵推平器，推挤压实抛填后的矸石。
41.支巷掘进完成后，对末端封堵，进行矸石抛矸充填；矸石经下矸孔、运矸皮带输送至抛矸机，通过抛矸机抛撒，实现对充填区域的充填。调整抛矸机方向，通过左右上下调整，可实现在整个巷道全断面均匀抛矸。操纵推平器，推挤压实抛填后的矸石，提高充实率。
42.进一步优化方案，在完成支巷掘进后，在支巷顶部预留有充填管2和排气管3，充填管2由若干注浆管5组成，且相邻两注浆管5通过丝扣可拆卸连接，注浆管5外壁上开设有若干出浆口7。
43.注浆管5，根据水泥浆液渗透理论及经验，渗透距离大于100m。因此选取一根φ73
×
6mm注浆管5，每根注浆管5沿长度方向均匀布置两组出浆口7，两组出浆口7呈90
°
布置，每组两个出浆口7上下(左右)贯通，出浆口7的尺寸为200
×
10mm。充填管2长度与支巷基本等长，吊挂于支巷顶板中间，即可满足整个支巷的灌浆，避免一条支巷采用多根注浆管5路不能连续灌浆带来的效率低、材料成本高等问题。每根注浆管5长度3-4m，采用丝扣连接，灌浆完成后，可以回撤复用。
44.进一步优化方案，采用地面制浆或井下制浆站制浆，浆液渗透到支巷内的整个矸石堆积体中，组成以矸石为主要骨料的充填体。
45.进一步优化方案，在支巷坡度大于10
°
时，将待充支巷的下出口封堵严密，用充填管2在待充支巷的上口与矸石汇合，形成泥石流状，自流进入支巷内进行填充。
46.进一步优化方案，采用充填体保护所留支巷、充填体达到强度要求后再进行二次回采，直到整个工作面回采-充填完毕，实现煤炭资源全部回收。
47.进一步优化方案，支巷宽度
48.其中，a—支巷最大宽度，m；r—直接顶抗拉强度，mpa；q—直接顶所受均布载荷，mpa；h—顶煤及直接顶厚度，m。
49.在此数据范围内，考虑到现场施工因素，综合确定支巷宽度：综掘机施工，考虑综掘机的定位最大截割宽度，以5m左右为宜；连采机施工，连采机截割包括切槽和采垛两道工序，连采机宽3.3m，支巷一般定为6.6m，正好完成切槽、采垛工序。
50.进一步优化方案，各支巷采用综掘机或连采机掘进采煤，且支巷内间隔留设支巷支撑顶板。
51.本发明采用跳跃式后退开采方式，即从工作切眼8处由里向外先采奇数支巷，即从工作切眼8处由里向外按照
①③⑤……
支巷的顺序依次开采奇数巷，留偶数支巷。待已采奇数支巷充填完毕，充填体稳定后再由里向外依次开采偶数数支巷，即从工作切眼8处由里向外按照
②④⑥……
支巷的顺序依次开采偶数支巷。直到整个工作面回采-充填完毕，实现煤炭资源全部回收。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
53.以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，其特征在于，包括如下步骤：在回采区域内挖掘进风巷(1)、回风巷(4)以及用于连通进风巷(1)和回风巷(4)的切眼(8)，进风巷(1)、回风巷(4)和切眼(8)之间形成工作面；在工作面内沿远离切眼(8)方向依次间隔挖掘若干支巷，采用一条支巷掘进另一支巷充填的方式平行作业；多次对工作面内相邻两支巷之间区域挖掘支巷进行回采，且同样采用一条支巷掘进另一支巷充填的方式平行作业；其中，任一支巷完成掘进后封堵其一端，填满矸石后，封堵支巷另一端并进行灌注浆液在支巷内形成充填体，保证利用充填体保护所留支巷、填充体达到强度要求。2.根据权利要求1所述的一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，其特征在于：利用抛矸机向支巷内抛撒矸石，调整抛射机方向，对整个支巷全断面抛矸，操纵推平器，推挤压实抛填后的矸石。3.根据权利要求1所述的一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，其特征在于：在完成支巷掘进后，在支巷顶部预留有充填管(2)和排气管(3)，所述充填管(2)由若干注浆管(5)组成，且相邻两所述注浆管(5)通过丝扣可拆卸连接，所述注浆管(5)外壁上开设有若干出浆口(7)。4.根据权利要求1所述的一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，其特征在于：采用地面制浆或井下制浆站制浆，所述浆液渗透到支巷内的整个矸石堆积体中，组成以矸石为主要骨料的充填体。5.根据权利要求4所述的一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，其特征在于：在支巷坡度大于10
°
时，将待充支巷的下出口封堵严密，用充填管(2)在待充支巷的上口与矸石汇合，形成泥石流状，自流进入支巷内进行填充。6.根据权利要求1所述的一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，其特征在于：采用充填体保护所留支巷、充填体达到强度要求后再进行二次回采，直到整个工作面回采-充填完毕，实现煤炭资源全部回收。7.根据权利要求1所述的一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，其特征在于：所述支巷宽度其中，a—支巷最大宽度，m；r—直接顶抗拉强度，mpa；q—直接顶所受均布载荷，mpa；h—顶煤及直接顶厚度，m。8.根据权利要求1所述的一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，其特征在于：各所述支巷采用综掘机或连采机掘进采煤，且所述支巷内间隔留设支巷支撑顶板。

技术总结
本发明属于填充开采技术，公开一种矸石堆积体灌浆连采连充方法，包括如下步骤：在回采区域内挖掘进风巷、回风巷以及用于连通进风巷和回风巷的切眼，进风巷、回风巷和切眼之间形成工作面；在工作面内沿远离切眼方向依次间隔挖掘若干支巷，采用一条支巷掘进另一支巷充填的方式平行作业；多次对工作面内相邻两支巷之间区域挖掘支巷进行回采，且同样采用一条支巷掘进另一支巷充填的方式平行作业；其中，任一支巷完成掘进后封堵其一端，填满矸石后，封堵支巷另一端并进行灌注浆液在支巷内形成充填体，保证利用充填体保护所留支巷、填充体达到强度要求。本发明可实现矸石与浆液分别输送，从而解决高浓度膏体输送带来的堵管等安全隐患。患。患。


技术研发人员：江河
受保护的技术使用者：山西文龙中美环能科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/11