[发明专利]一种分阶式充水采空区充填方法

说明书

本发明提出了一种分阶式充水采空区充填方法，首先钻孔至第N阶充水采空区，然后布置充水采空区的充填装置、充填水采空区，待所述第N阶充水采空区的浆液硬化后，取出充填装置，继续沿上述孔钻至第N+1阶充水采空区，之后重复以上充填步骤。本发明采用由上而下分阶式方法依次充填所有阶充水采空区，当充填完毕第N阶充水采空区后，只需沿着第N阶充水采空区的钻孔，将充水采空区的充填装置延伸至第N+1阶充水采空区以重复充填步骤即可。由于采用由上而下分阶式充填、A料浆液和B料浆液在高压气的作用下流动性提高且充填均匀，由此，只需要在地面上钻一个孔即可完成所有阶充水采空区的充填，成本降低。

技术领域

本发明属于矿山开采技术领域，尤其涉及一种分阶式充水采空区充填方法。

背景技术

地下资源的开采加快经济建设的同时也给人们的生活带来了困扰，由于地下资源开采破坏了原岩的初始应力状态，引起采场周围应力场扰动，造成岩体内部应力场重新分布。伴随工作面资源开采，采场围岩将出现一系列变形破坏现象，如垮落、破断、离层等，同时这种破坏还可能向上传递波及地表，引起地表移动变形，造成了山体滑坡、地表耕地和建筑的破坏。在“脉状”矿体中，由于采用分阶段的开采形式，从而形成了大量的呈“多阶式”的采空区。“多阶式”的采空区的围岩及顶板相对完整，但是有少量沟通裂隙，地表水通过裂隙流入采空区，矿井由于长期关闭而形成充水采空区。根据研究可知，地下水会对采空区的影响往往具有滞后性、累积性及隐蔽性，随着时间的推移，地下水会逐渐侵蚀围岩及顶板造成强度下降、完整度降低，从而引起地表的沉降，对此需对充水采空区进行充填。国内外大多充填研究聚集于充填开采，而对充水、关闭矿井研究较少。充填开采中充填材料主要包括煤矸石、膏体、高水、水泥等充填材料。

然而，上述充填材料均存在一定的缺陷：1）煤矸石充填材料主要利用综合机械化固体充填装备在地下采空区进行充填，对于充水、密闭采空区显然不适用。2）膏体充填材料一般由细骨料、粗骨料、胶结物以及其他添加物混合而成，膏体充填材料在水中会分解沉淀而无法凝结固化。3）水泥因造价昂贵，作为充填材料充填水采空区经济效益不明显，同时在充填过程中由于采空区存在大量的水，不可避免也会出现分层的现象。4)煤矸石、膏体、水泥等充填材料，由于其泵送浓度较大，流动性受到进一步限制，因此充填每一分阶的采空区均需要在地面上钻多个孔才能完整充填采空区。5）现有技术中，高水材料充填无法进行封闭采空区的充填；且高水材料充填时，通常预先抽水后再进行充填，导致充水采空区的地表容易出现突然沉陷，针对地表沉陷或变形要求较高的充水采空区，无法进行充填。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分阶式充水采空区充填方法，以解决现有技术中充填效果差的难题，且适用于地表沉陷或变形要求不高的充水采空区、封闭充水采空区。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分阶式充水采空区充填方法，包括以下步骤：

S1:由地面钻孔至第N阶充水采空区；

S2:布置充水采空区的充填装置：在钻孔内布置套管；所述套管的上段伸出所述钻孔并固定；所述套管内固定一对注浆管和一高压空气管；所述注浆管和套管之间、所述高压空气管和套管之间均设置预留间隙；所述套管、注浆管和高压气管均伸入所述第N阶充水采空区内；所述套管伸入所述第N阶充水采空区的长度小于所述注浆管、高压气管伸入所述第N阶充水采空区的长度；

S3:充填充水采空区：向所述注浆管内分别泵送高水充填材料的A料浆液及B料浆液，同时注入高压气至所述高压空气管；

S4:重复步骤S3，判断所述第N阶充水采空区是否充分充填，若是，则进行步骤S5；

S5:取出充填装置：取出所述套管、注浆管和高压空气管，待所述第N阶充水采空区内的浆液硬化后，执行步骤S6；

S6：沿步骤S1中的孔向下钻孔至第N+1阶充水采空区；

S7：执行步骤S2，直至所有阶充水采空区充填完毕。