[发明专利]一种间隔式布设矸石充填与囊袋注浆联合支撑减损方法

说明书

本发明公开了一种间隔式布设矸石充填与囊袋注浆联合支撑减损方法，适用于中西部矸石较多的矿区，且顶板较坚硬的薄及中厚煤层。采用液压支架后抛矸装置堆砌矸石的方式，在采煤作业进行中设置间隔式胶结矸石与囊袋联合支撑。顶板处于“悬臂梁”状态，在其断裂垮落前，利用液压支架暂时性支撑的工作间隙，利用抛矸机将破碎矸石向预订支撑点进行抛射堆积，待其注浆胶结成一定强度后，布设注浆囊袋进行注浆支撑；同时，借由水泥浆初凝时间与注浆压力控制注浆过程，保证施工质量。由此，本发明所设计的支撑手段可满足绿色开采的环保要求与技术需求。

技术领域

本发明涉及一种间隔式布设矸石充填与囊袋注浆联合支撑减损方法，涉及煤矿开采技术领域。

背景技术

伴随着近几年煤炭开采向西部地区的转移，导致了西部地区的环境恶化，加剧了西部生态的破坏。特别是西部生态脆弱区，干旱少雨，水资源匮乏，生态环境脆弱，使得大规模开采煤炭资源与生态环境保护的矛盾十分突出。采煤活动引起煤层上覆岩层产生断裂及下沉，导致出现地表沉降、塌陷和开裂等问题，使原有地质条件发生变化，地表生态环境受到破坏，建筑及公路桥梁等基建设施受到损害，地下水流场受到影响，维系地表生态系统的地下水出现渗漏或水位下降，致使生态系统退化，以上问题严重制约着当地煤炭资源开采的可持续发展。

为应对因采煤引起的种种问题，留设保护煤柱开采和充填开采成为该区域最为常见的减损方法。但留设煤柱开采方法一方面造成资源浪费、减少矿井服务年限；另一方面，影响生产布局和煤炭的高效回采。对充填法而言外运建筑材料充填开采的成本投入太高，经济效益性差，诸如此类问题使以上减损方法难以进行大面积推广实施。近年来随着矸石充填液压支架、高速抛干机等相关技术设备的发展，矸石充填技术的实际应用产生了一定的成效。但是，碎胀的矸石经过上部覆岩的压实作用，压实后产生一定的沉降，使得充填效果减弱，地表仍会产生一定的裂缝与变形。因此，进一步探究科学、合理的煤矸石充填减损技术手段成为煤炭资源开采亟待解决的技术难题。

现有技术中，对于传统切顶卸压垮落充填的方法，在顶板垮落后未注浆加固或从地面向下钻孔注浆全断面充填方法，较少有井下间隔式布设囊袋注浆加固形成支护体的方法；其次对于碎胀系数的研究大多在于观测评价，较少有对矸石充填体进行注浆加固方面的探索，并没有针对如何应用碎胀系数研究进行间隔式注浆充填加固的方法；再者对于采空区全断面矸石充填方法产生的二次沉降，并没有采用井下注浆矸石胶结结合囊袋注浆进行间隔式支撑的减损方法。

发明内容

本发明的发明目的在于，针对上述存在的问题，提出一套间隔式布设矸石充填与囊袋注浆联合支撑减损方法，利用采煤作业中产生的大量矸石，采取机械抛射至指定位置堆积，代替原有采空区垮落后全断面注浆充填方法，实现对采空区间隔式布设充填加固的目标；

针对传统矸石未注浆充填的情况，由于上覆岩石的压实作用，采空区会进一步被压实，地面仍会产生部分沉降，因此提出在采空区坚硬顶板处于“悬臂梁”状态时利用破碎矸石进行间隔式充填注浆的加固措施，利用碎胀原理精确计算注浆量，实现间隔式布设注浆充填加固；该方法结合囊袋注浆能有效避免充填的矸石由于压实作用引起的二次沉降问题。同时，该方法一方面充分利用破碎矸石间隔式注浆加固减少了采空区注浆量，不但解决了大量矸石升井和污染问题，又满足了对于充填材料的需求；另一方面，利用囊袋注浆充填解决了矸石胶结的垛桩体与顶板接触问题。最终保证支撑顶板覆岩的稳定性，解决压实沉降问题与顶板覆岩失稳问题。

本发明采用的技术方案如下：