[发明专利]连续梁桥式充填法采煤工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续梁桥式充填法采煤工艺，适用于厚度在1米及以上的煤层，属于煤炭开采充填领域。

背景技术

为了控制地表沉降及其环境损害，部分煤炭开采企业选用了全采全充的充填法采煤工艺。这种充填法采煤工艺存在的主要不足是：一是因为需要充填的空间量相对较大，充填材料供不应求的矛盾较为突出，充填材料直接成本的增加幅度也难以控制；二是因为充填工作量相对较大，挤占采煤工序的时间也相对较多，由此造成采煤工作面原有的生产效率大幅度降低。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于厚度在1米及以上煤层、能够以较少充填量实现控制地表沉降及其环境损害的连续梁桥式充填法采煤工艺。

本发明所述的连续梁桥式充填法采煤工艺，该工艺按下述步骤进行：

①在壁式采煤工作面，沿其平行方向将采空区依次分割成若干个长方体的充填单元和留空单元，充填单元和留空单元间隔设置：

1）通过理论计算和现场观测，确认直接顶或老顶岩体的破断步距P；

2）设计每个充填单元的宽度K为1.5～2倍的采煤高度h，长度L为一天的推进距离，

3）设计留空单元的平行和垂直跨度均为H=P×（1/2～2/3）；

②采用移动式液压密闭充填装置，将每个充填单元进行密闭，并在充填单元的最高点设置通气孔，移动液压密闭充填装置是本单位已经授权的专利（专利号为201210125192.X）；

③将已经密闭的每个充填单元与浆体材料的制送自助一体化设备连接成为一个连通器式的充填系统，浆体材料的制送自助一体化设备是本单位已经授权的专利（专利号为201320219898.2）；

④利用膨胀性浆体材料向施压的移动式液压密闭充填装置进行充填，直至充满充实每个充填单元；

⑤膨胀性浆体材料固结10～12小时后，沿工作面推进方向移动液压密闭充填装置向前移动一个充填步距，再形成新的密闭充填单元，准备下一个充填循环；

⑥随着采煤工作面推进，重复第③～⑤的步骤，直至一个采煤面结束，一个采煤面结束后，整个采空区形成了由若干个墙式固结充填体为支点和直接顶或老顶岩体为连续梁的桥式空间结构；

⑦根据地面建筑物保护等级的要求，确定对采空区的留空部分进行全部重填、部分充填或不充填，充填时，重复第③～④的步骤。

所述的膨胀性浆体材料是由基料、膨胀剂、速凝剂、固化剂和水组成的料浆，固液比为1：1.2～1.5，膨胀率为10%以下，各原料按以下配比组成：

其中，所述的基料是粉煤灰、尾矿、赤泥、风积沙中的一种或几种；膨胀剂是锌粉或者石膏粉或两者的混合物；速凝剂是钙、铝氧熟料的混合物；固化剂是水泥或者炉渣或两者的混合物。

膨胀性浆体材料在充填结束后，2小时开始固化，8小时固化结束并实现10%以下的体积膨胀达到充分接顶，24小时达到支撑强度1.5MPa，28天达到最终强度10MPa以上。因此，可以满足及时充填、快速凝固、充分接顶的要求。

本方法控制顶板的原理是：

以每个充填单元的固结充填体为支点，以直接顶或老顶的岩体为悬梁，整个采空区形成了连续梁桥式的空间结构。由于每一个直接顶或老顶岩体梁的跨度小于其破断步距，采空区的顶板不会垮落。因此，该方法能够保证顶板在整个开采过程中保持原始的地质力学平衡状态，从而把地表沉降及其环境损害控制在允许的任意程度之内。

本发明适用于厚度在1米及以上的煤层。依据煤层的厚度和工作面的推进速度，确定每个充填单元的几何尺寸；按照每个留空单元跨度小于直接顶或老顶岩体破断步距的原则，确定充填单元和留空单元的数量。采用移动式液压密闭充填装置将每个充填单元进行密闭，且将已经密闭的每个充填单元与浆体材料的制送自助一体化设备连接成为一个连通器式的充填系统，使用膨胀性浆体材料对充填单元进行充填。一个采煤面结束，整个采空区就形成了连续梁桥式的空间结构。根据地面建筑物保护等级的要求，确定对留空单元是否全部充填、部分充填或不充填。本方法可以用最小的充填成本将地表沉降及其环境损害控制在允许的任意程度之内，并保持采煤工作面的劳动效率不降低，属于1米及以上煤层充填开采技术领域。

本发明所具有的有益效果是：