[发明专利]一种浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法及其沉降观测装置

说明书

本发明公开了一种浅埋煤层注浆充填的采煤方法及其沉降观测装置，操作步骤如下：1)收集资料；2)勘察地形；3)钻孔；4)注浆完成采煤；本发明从采煤方法上做了质的改变，不再是等待采煤后进行塌陷区的综合治理，而是在采煤的同时注浆充填，对土地和地面其他设施进行保护，防止地表沉降形成破坏；本发明提供的方法将采煤后的工作面上方沉降值控制一定范围内，只需对土地进行平整即可，无需进行土地复垦甚至征地；本发明提供的方法在注浆过程中，对井下的煤层开采不产生影响；本发明提供的方法占用的实际工作较少，对采矿区域内的生态环境产生较小影响，且对地面设施起到有效保护。

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体为一种浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法及其沉降观测装置。

背景技术

中国中部地区以中原地区为代表，多数处于平原地带，开采方法以长壁垮落法为主，当地表有村庄以及其他需要保护的建筑物时，则需考虑保护性开采法来减小覆岩的破坏变形从而达到保护地表建筑物的目的，但中部大部分地区煤层埋深较浅，煤炭开采后地表沉降显现较快，易导致范围内地表塌陷，地面建筑及耕地损失严重。对于采煤形成的塌陷区综合治理，有效的方法有：首先，传统的采煤沉陷区充填方法是将沉陷区的表土剥离后大面积地堆放，当按照设计标高完成粉煤灰或煤矸石的填充后，再将剥离的表土回填；其次，水产养殖复垦；最后，煤矸石、粉煤灰充填覆土。

然而现有技术中存在一些缺陷：第一，采煤沉陷区的充填复垦治理，改变了土壤的酸碱性，对农作物的生长造成不利影响；第二，采煤沉陷区进行充填复垦之后，会在很大程度上破坏土壤结构，导致充填复垦后的土壤过于贫瘠；第三，破坏水资源循环，煤矿开采过程中，会对地下水和地表水循环模式造成不良影响，减少地表水资源；第四，复垦时间难把握，当复垦工作的开始时间太超前时，未来可能发生的情况对复垦工作会造成很大的影响，导致之前所做的工作努力全部白费；为此我们提供一种浅埋煤层注浆充填的采煤方法及其沉降观测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种浅埋煤层注浆充填的采煤方法，操作步骤如下：

1)收集资料：收集采煤工作面地质资料，对工作面区域内地层岩性、构造以及水文地质等资料做详细分析。

2)勘察地形：根据地层岩性，构造水文地质资料以及设计钻孔结构。

3)钻孔：在采煤工作面开采之前，依次在采煤工作面的注浆充填控制区域上方向煤层方向施工若干个钻孔。同时建立地面移动沉降观测系统。

4)注浆：工作面开始采煤时，距离钻孔20～50m开始注浆。工作面采煤回采结束后继续注浆，直至地面沉降稳定。

优选的，所述步骤1)中，收集采煤区工作面的地质资料包括根据地质资料以及采取相邻或相近工作面的实际测量，分别计算出冒落带、导水裂隙带、以及弯曲下沉带的高度；分析采煤区工作面附近构造；分析采煤区工作面出水情况的水文地质资料；分析土壤厚度、以及基岩岩层的分层情况。

优选的，所述步骤2)中，钻孔深度根据水文地质资料，浅埋煤层两侧向下延伸至采空区煤层顶板冒落带之上、导水裂隙带发育最高点之下；浅埋煤层内向下延伸至煤层顶板离层带区域，所述钻孔在采煤区工作面每隔100m的水平距离设置，且钻孔在采煤区工作面的中线10～20m的距离错开分布；并在所述钻孔位置所在的表土层段匹配与钻孔口径相同的套管。

优选的，所述步骤2)中，在钻孔内注浆过程中，将钻孔液柱压力作为控制参数，根据钻孔液柱压力与地层压力，计算出设计压力，并作为注浆过程参考标准；

所述设计压力＝(地层压力-钻孔液柱压力)*富裕系数；富裕系数取1.2～1.5。

优选的，所述步骤3)中，沿着水平采煤区工作面布设横向线，沿垂直采煤区工作面布设纵向线，布设测点间距为15～30m，且布设的横向线与纵向线对称分布。