一種柱旁單側部分充填上行復采蹬空煤層的方法技術

本發明專利技術公開了一種柱旁單側部分充填上行復采蹬空煤層的方法。該發明專利技術在判別蹬空煤層上行開采可行性、探明刀柱式殘采區煤柱群和空區群分布狀況的基礎上，采用柱旁單側部分充填的方法依次側護了蹬空煤層下伏刀柱式殘采區煤柱群，并逐漸采出蹬空煤炭資源。該發明專利技術在空區群中形成的柱旁單側充填體不僅能對刀柱式煤柱群起到側護作用，而且能與之形成共同承載體，進而減小煤柱群的應力集中程度和蠕變變形，增強長期穩定性，避免發生局部瞬時失穩或“多米諾骨牌”式的失穩破壞，并最終保障刀柱式殘采區上覆蹬空煤層的安全開采。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及煤炭開采
，尤其是涉及，主要適用于刀柱式殘采區上覆蹬空煤層的安全開采。
技術介紹
當前，煤炭資源有限性及其消費需求無限性的矛盾日益突出。殘煤復采是是減緩上述矛盾的重要舉措。殘煤復采不僅可以提高煤炭資源的采出率、提升企業經濟效益，而且可以延長礦井服務年限、促進可持續發展。近年來，煤礦殘采區上行開采越來越成為人們關注的焦點。受先期采動影響，殘采區蹬空煤層及其底板巖層的完整性和穩定性均遭受不同程度的損傷破壞，進而可能引發礦井災害，影響安全生產。因此，殘采區上覆蹬空煤層安全開采可行性的評價與判定成為上行開采的首要任務。傳統地，殘采區上行開采可行性的判別方法主要包括三帶”判別法、圍巖平衡法、比值判別法和數理分析法等。CN101109283B從層間巖層結構的角度出發定量判別了蹬空煤層上行開采的可行性；CN104239697A采用PCA先對上行開采影響因素進行建模，再采用方差貢獻率對所建模型進行權重計算，進而評價了上行開采的可行性的；CN103147737A提供了一種上行開采覆巖破壞規律的探測方法，揭示了上行開采過程中覆巖破壞的時空演化規律，解決了上行開采工作面和巷道布置合理確定的問題，保證了上行開采的安全性。前述蹬空煤層上行開采可行性的判別方法主要是從層間巖層厚度及其穩定性等角度研宄的，其可以實現對殘采區蹬空煤層上行開采可行性的預先判別與評價，進而指導工程實踐。然而，現有上行開采的理論研宄與工程實踐鮮有關注刀柱式殘采區煤柱群的穩定性對蹬空煤層安全開采的影響。刀柱式殘采區煤柱群的穩定性制約著蹬空煤層上行開采的安全進行，其與上覆蹬空煤層及其底板巖層組成一個共生系統。隨著刀柱式殘采區的逐漸形成，采場應力因煤柱側向應力的解除而重新分布。這樣刀柱式殘采煤柱的受力狀態就會由原來均勻分布的載荷變為相對集中分布的載荷，并逐漸向上覆蹬空煤層底板巖層中擴散與傳遞。在此過程中，刀柱式殘采區煤柱會由表及里地發生蠕變破裂，其有效承載面積也逐漸減小，這樣就會引發集中應力的再次分布而進一步擴大煤柱的屈服寬度，減小其彈性核區的寬度。當刀柱式殘采區煤柱的有效承載面積繼續減小到其極限承載面積時，就會發生瞬間性的失穩破壞。此時，上述煤柱的瞬時失穩產生的破壞波可能會轉移擴散到相鄰煤柱，引發刀柱式殘采區煤柱群“多米諾骨牌”式的失穩破壞，進而影響上覆蹬空煤層及其底板巖層的整體性和穩定性，甚至產生沖擊地壓等災害，威脅安全高效生產。綜上，亟需尋找一種加強蹬空煤層下伏刀柱煤柱群穩定性的方法，進而有效解決刀柱式殘采區煤柱群在蹬空煤層開采過程中發生局部瞬時失穩或“多米諾骨牌”式的失穩破壞，并最終保障蹬空煤層安全開采。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是:提供了，有效解決了刀柱式殘采區煤柱群在蹬空煤層上行開采過程發生局部瞬時失穩或“多米諾骨牌”式的失穩破壞，保障了蹬空煤層上行開采的安全性。為解決上述技術問題，本專利技術的技術方案是:在判別蹬空煤層上行開采可行性、探明刀柱式殘采區煤柱群和空區群分布狀況的基礎上，采用柱旁單側部分充填的方法依次側護了蹬空煤層下伏刀柱式殘采區煤柱群，并逐漸采出蹬空煤炭資源。所述技術方案具體按照以下步驟進行:(I)判別刀柱式殘采區上覆蹬空煤層上行開采的可行性；(2)結合礦井原有地質、技術資料，勘探查明蹬空煤層下伏刀柱式殘采區煤柱群和空區群的分布狀況，繪制刀柱式殘采區煤柱群與空區群的分布形態圖以指導安全生產；(3)掘進蹬空煤層的回采巷道，布置蹬空煤層工作面；(4)在蹬空煤層工作面底板由上及下鉆孔，布置刀柱式殘采區空區群膏體充填的輸送管路；(5)配制充填膏體，在充填泵的作用下沿步驟(4)的輸送管路將制備好的膏體均勻注入刀柱式殘采區端部空區中，使其凝固硬化對刀柱式殘采區端部煤柱產生側護作用；(6)推進蹬空煤層工作面，待開采線推進至下一個刀柱空區邊界線前3-8m時，停止推進工作面；(7)隨著蹬空煤層的逐漸推進，重復步驟(4)、(5)和(6)的施工工藝，采用柱旁單側部分充填的方式依次側護刀柱式殘采區煤柱群，并逐漸采出蹬空煤炭資源。優選的，所述的步驟⑴采用“三帶”判別法、圍巖平衡法、比值判別法、數理分析法和授權公告號為CN101109283B所述的定量判別法來綜合判別刀柱式殘采區上覆蹬空煤層上行開采的可行性。優選的，所述的步驟(2)通過調研礦井原有地質、技術資料查清蹬空煤層下伏刀柱式殘采區空區群和煤柱群的寬度、高度，采用三維激光掃描儀精準探測刀柱式殘采區空區群的分布方位、尺寸和體積。優選的，所述的步驟(3)在步驟(2)探明的刀柱式殘采區端部煤柱的上方掘進蹬空煤層回采巷道與工作面。優選的，所述的步驟⑷中采用套管鉆進技術進行鉆孔施工，孔直徑d為60—120mm、孔間距I為5—20m、孔傾斜角Θ為10° — 60°、鉆孔深度h由層間巖層厚度H和鉆孔傾斜角Θ確定。優選的，所述的步驟(5)按照質量百分比為煤矸石/廢棄混凝土:粉煤灰:水泥:減水劑:水=45% —55%:15% —20%:10% —15%:3% —5%: 15% —25%的比例，配制濃度為75%—85%的充填膏體，配制量由步驟(2)勘探查明的刀柱式殘采區各空區的分布尺寸和分布體積來確定。優選的，所述的步驟(5)中充填泵的壓力控制在2 — 6MPa。優選的，所述的步驟(6)中蹬空煤層工作面的推進距離為m ;其中，a為刀柱式殘采區空區的寬度，b為刀柱式殘采區煤柱的寬度。優選的，所述的步驟(7)中柱旁單側充填體的寬度c應小于刀柱式殘采區空區的寬度a。采用上述技術方案，本專利技術的有效效果是:該專利技術在判別蹬空煤層上行開采可行性、掌握刀柱式殘采區煤柱群和空區群分布狀況的基礎上，采用柱旁單側部分充填的方法依次側護了蹬空煤層下伏刀柱式殘采區煤柱群，并逐漸采出蹬空煤炭資源。該專利技術在空區群中形成的柱旁單側充填體不僅能對刀柱式煤柱群起到側護作用，而且能與之形成共同承載體，進而減小煤柱群的應力集中程度和蠕變變形，增強長期穩定性，避免發生局部瞬時失穩或“多米諾骨牌”式的失穩破壞，并最終保障刀柱式殘采區上覆蹬空煤層的安全開采。【附圖說明】圖1為刀柱式殘采區上覆蹬空煤層工作面布置示意圖；圖2為刀柱式殘采區端部煤柱柱旁充填示意圖；圖3為刀柱式殘采區上覆蹬空煤層工作面推進示意圖；圖4為刀柱式殘采區空區群柱旁單側部分充填立體效果圖；圖5為刀柱式殘采區空區群柱旁單側部分充填平面效果圖。圖中:1 一蹬空煤層；2—層間巖層；3—刀柱式殘采區煤柱；4一刀柱式殘采區空區；5—蹬空煤層工作面；6—柱旁單側部分充填輸送管路；7—刀柱式殘采區空區充填體；a—刀柱式殘采區空區寬度；b—刀柱式殘采區煤柱寬度；c—刀柱式殘采區空區群充填體寬度。【具體實施方式】以下實施例旨在對本專利技術作示意性說明和解釋，并不限定本專利技術的范圍。為了對本專利技術的技術目標、特征和效果有更清楚的理解，現結合附圖對柱旁雙側當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柱旁單側部分充填上行復采蹬空煤層的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)判別刀柱式殘采區上覆蹬空煤層上行開采的可行性；(2)結合礦井原有地質、技術資料，勘探查明蹬空煤層下伏刀柱式殘采區煤柱群和空區群的分布狀況，繪制刀柱式殘采區煤柱群與空區群的分布形態圖以指導安全生產；(3)掘進蹬空煤層的回采巷道，布置蹬空煤層工作面；(4)在蹬空煤層工作面底板由上及下鉆孔，布置刀柱式殘采區空區群膏體充填的輸送管路；(5)配制充填膏體，在充填泵的作用下沿步驟(4)的輸送管路將制備好的膏體均勻注入刀柱式殘采區端部空區中，使其凝固硬化對刀柱式殘采區端部煤柱產生側護作用；(6)推進蹬空煤層工作面，待開采線推進至下一個刀柱空區邊界線前3?8m時，停止推進工作面；(7)隨著蹬空煤層的逐漸推進，重復步驟(4)、(5)和(6)的施工工藝，采用柱旁單側部分充填的方式依次側護刀柱式殘采區煤柱群，并逐漸采出蹬空煤炭資源。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮國瑞，白錦文，戚庭野，郭育霞，賈學強，李典，劉國艷，宋凱歌，康立勛，
申請(專利權)人：太原理工大學，
類型：發明
國別省市：山西;14