[发明专利]一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构及其充填方法

说明书

本发明公开了一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构及其充填方法，针对薄、中厚或厚煤层长壁工作面采空区，采用从顶板或底板灌注胶结充填材料的方法进行充填，充填工作与采煤工作同步配合进行，最终实现整个煤层采空区的充填。本发明可以安全高效的充填多种煤层条件的长壁工作面采空区，包括薄煤层工作面、大采高工作面和放顶煤工作面。该方法不仅可以通过充填采空区控制岩层移动和矿压显现，而且可以处理矿山废弃物，为绿色矿山的建立提供重要的技术支持，具有系统简单、布置灵活、高效安全等优点，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构及其充填方法，属于矿山充填开采科学研究领域。

背景技术

近些年来，建设绿色矿山、发展绿色矿业成为中国矿业领域的发展目标和迫切需求，充填开采作为一种绿色开采技术，是实现该目标的重要技术手段之一。充填开采技术的种类有很多，从材料的角度可以分为固体直接充填和胶结充填两大类，其中胶结充填由于其系统布置相对灵活，输送技术成熟等优点被广泛应用。胶结充填是矿山充填开采技术将尾矿、矸石、粉煤灰等固体废弃物掺入适量的胶凝材料，加水混合搅拌制成胶结充填料浆，再通过泵送或自流的方式沿管路将充填料浆输送到采空区进行充填作业，然后使料浆在采空区中凝固，形成具有一定强度和整体性的充填体。胶结充填体对覆岩起到一定的支撑作用，可以减缓顶板下沉从而减弱顶板岩层破坏，进行采空区充填后，工作面矿山压力显现不明显，工作面安全系数高，采空区上方地表的沉陷较小，是一种有效的岩层控制手段。

就煤矿长壁工作面采空区充填开采而言，目前仅在采高2m～4m左右的工作面取得了较大的发展，在采高过小或者过大时，由于充填空间难以维护，并没有可靠的充填方法。特别是大采高工作面或者放顶煤工作面，由于开采过后所形成的采空空间巨大，按照目前已有的采空区充填技术思路，无法实现这种条件下的充填开采作业。然而，目前小于2m的薄煤层和大于4m厚煤层开采占整个煤炭产能的50％左右，因此研究一种能够实现薄煤层工作面、大采高工作面和放顶煤工作面的安全高效充填开采技术已成为亟需解决的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构及其充填方法，能够安全高效地充填包括大采高和放顶煤工作面等在内的各种长壁工作面采空区。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种煤层顶底板灌注式采空区充填结构，在长壁工作面的顶板和/或底板位置沿工作面推进方向设置有中空结构的充填巷，分别为顶板充填巷、底板充填巷；所述充填巷均匀间隔开设若干充填钻孔，分别对应为顶板充填钻孔、底板充填钻孔；所述充填钻孔垂直设置，终孔位置连通至采空区；在充填巷内和充填钻孔内布置有充填管路，充填管路与矿井充填系统连接。

进一步的，所述的充填管路安设于顶底板充填巷内，通过固定螺栓和固定抱箍固定于巷道顶板、两帮或底板；充填管路通过混凝土浇筑安装于充填钻孔内。

进一步的，所述的长壁工作面包含大采高工作面和放顶煤工作面。

进一步的，所述的顶板充填巷位于工作面垮落带以上，垂直距离Xr不小于5m；所述的底板充填巷位于工作面底板破坏带以下，垂直距离Xf不小于5m。

进一步的，所述的顶板充填钻孔位于顶板充填巷内部，由底板垂直向下，终孔位置位于工作面垮落带中间；所述的底板充填钻孔位于底板充填巷内部，由顶板垂直向上，终孔位置位于长壁工作面内。

进一步的，所述顶板充填钻孔、底板充填钻孔均沿充填巷道走向布置，其间距不大于25m；所述充填钻孔为圆形，孔径不小于150mm。

进一步的，所述的顶板充填巷、底板充填巷的条数由长壁工作面斜长确定，至多每50m工作面斜长配套一条顶板充填巷和/或底板充填巷。