一种采空区充填方法及管道贯串式多孔充填装置与流程

1.本发明涉及采空区充填技术领域，特别是涉及一种采空区充填方法及管道贯串式多孔充填装置。


背景技术：

2.我国地下开采矿山目前的实际情况是采空区灾害发生频繁，因事故死亡人数和国外同类相比相对较高，安全生产形势相当严峻，危及到人民群众的生命安全，对生态环境造成了严重破坏，给国家造成了巨大的经济损失，制约了我国矿山企业的可持续发展。
3.当开采完成形成采空区后，在上覆压力和地下水等因素的作用下，该煤柱和开采区两侧的煤层软化，失去强度，导致上覆岩体塌陷、冒落，形成滑坡。地下采空区对采矿工程的危害是显著和累积叠加的，主要体现在二个方面：一是采空区矿柱变形、破坏、顶板大面积冒落、岩移，造成地表沉陷、开裂和塌陷，破坏地面环境和影响露天作业，更为严重的是采空区突然垮塌的高速气浪和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏；另一方面在矿山开采过程中，采空区围岩受爆破震动影响导致岩体裂隙发育，甚至贯通地表或连通老窑积水，发生突水事故，淹没坑道和工作面，造成巨大经济损失。
4.地下空区已经成为制约矿山发展的一个重要难题，随着矿山向深部开采，地压增大，地下空区在强大的地压下，容易发生坍塌事故，尤其对地下转露天开采的矿山影响很大；地下开采残留大量的采场、硐室、巷道没有进行及时处理，对露天开采带来了严重的隐患，同时给矿山工作人员和设备带来严重的威胁。
5.对于矿山地下开采遗留的采空区，处理方法通常有封闭、崩落、加固和充填四大类，如充填法可分：千石充填法、尾砂充填法、胶结充填法等，而在使用尾砂充填法进行充填时，大多采用嗣后充填的方式进行充填，但是充填物通过管路充填至采空区一侧后，然后流动到采空区另一侧，在流动过程中，尾砂料浆发生离析，造成粗细颗粒分级，造成尾砂沉降不均匀，胶结质量下降问题，充填体存在安全隐患。
6.例如，申请号为“200910244126.2”，名称为“煤矿采空区充填系统”的发明专利公开了一种采空区充填装置，包括用于存储水泥的水泥仓、煤矸石料斗、水池和搅拌槽，搅拌槽具有入口和出口，入口与水泥仓、煤矸石料斗和水池相连以接纳水泥、煤矸石和水，出口与煤矿采空区相连以将水泥、煤矸石和水搅拌成的充填料浆供给到煤矿采空区，但是当充填料浆供给到煤矿采空区后，充填料浆会从一侧向另一侧流动，直至填满采空区，在充填料浆流动过程中充填料浆会发生离析，出现分级问题，导致充填料浆沉降不均匀，进而影响胶结质量的问题。
7.申请号为“202010908462.9”，名称为“一种矿山采空区全尾砂多点充填方法”的发明专利公开了一种采空区充填方法，从采空区的两端以及中部进行投放充填物，但是当面对较长的采空区时，依旧存在一定的充填物离析、分级的问题，降低胶结质量，而且需要在采空区的两端以及中部上方打孔进行投料，增加了充填成本。
8.因此人们亟需一种胶结质量好、成本低的采空区充填方法。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种采空区充填方法及管道贯串式多孔充填装置，以解决上述现有技术存在的问题，既能提高胶结质量，也能降低充填成本。
10.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种采空区充填方法，包括以下步骤：
11.s1：在矿房回采前，在采空区轴向两侧的矿柱上施工锚杆，每个矿柱的同侧施工若干个锚杆，将输送管路一端与输送泵的出料口连接，另一端伸入竖井内；
12.s2：根据输送泵的功率、充填物自身离析时间以及充填管路距离采空区地面的高度，确定充填物从通孔喷出落地后的流动过程中，开始产生离析时与通孔正下方地面的距离，该距离为离析运动长度，将若干个无缝钢管连接成充填管路，充填管路同一侧均匀开设若干个通孔，相邻通孔之间的距离的一半小于离析运动长度，充填管路一端与输送管路连接，利用钢丝绳将充填管路与锚杆进行连接，实现充填管路吊挂固定在采空区的顶部，保持充填管路开设的若干个通孔朝下；
13.s3:启动输送泵，输送泵将充填物泵入输送管道内，进而进入到充填管路内，充填管路内的充填物从通孔喷出，直至采空区充填完成，充填过程中，落地后的充填物会先向四周流动，相邻通孔所排出的充填物落地流动交汇时，充填物不发生离析，也即充填物在流动离析前，已经与其他流动的充填物汇集，并逐渐堆叠，在不产生充填物流动离析的基础上逐渐充填整个采空区。
14.本发明还提供一种采空区充填方法所应用的管道贯串式多孔充填装置，包括输送管路以及充填管路，所述输送管路一端与供料机构连接，另一端与所述充填管路连接，所述充填管路沿所述采空区延伸方向设置，且所述充填管路与采空区长度相同，所述充填管路设置在所述采空区顶部，所述充填管路的底部均匀开设有若干个用于排放充填物的通孔，相邻所述通孔所排出的充填物落地流动交汇时，充填物不发生离析。
15.优选的，所述充填管路设置在所述采空区的顶部靠近中间的位置。
16.优选的，还包括用于固定所述充填管路的固定机构，所述固定机构包括锚杆以及钢丝绳，采空区轴向两侧的矿柱顶部均设置有所述锚杆，所述锚杆朝向采空区的侧壁水平设置，所述锚杆上连接有所述钢丝绳，所述钢丝绳远离所述锚杆的一端与所述充填管路绑扎连接。
17.优选的，采空区轴向两侧的所述矿柱顶部分别设置有若干个所述锚杆，单个所述矿柱上设置的若干个所述锚杆位于所述矿柱同一侧。
18.优选的，所述锚杆为长1.5m、直径28mm的螺纹钢，所述锚杆位于所述矿柱内长度为1m。
19.优选的，所述钢丝绳直径为12.5mm。
20.优选的，所述充填管路包括若干个无缝钢管，相邻所述无缝钢管间法兰连接，所述无缝钢管上设置有所述通孔。
21.优选的，所述无缝钢管的直径为150mm，相邻所述通孔间间距为10m，所述通孔的孔径为80mm。
22.优选的，所述供料机构包括输送泵以及充填物储存罐，所述输送泵设置在所述充填物储存罐内，所述输送泵的出料口与所述输送管路连接。
23.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
24.1、本发明中在采空区顶部设置充填管路，充填管路的底部均匀设置若干个通孔，且通孔间的间距是根据输送泵的功率、充填物自身离析时间以及充填管路距离采空区地面的高度等数据进行计算得出的离析运动长度确定的，充填过程中，落地后的充填物会先向四周流动，相邻通孔所排出的充填物落地流动交汇时，充填物不发生离析，也即充填物在流动离析前，已经与其他流动的充填物汇集，并逐渐堆叠，在不产生充填物流动离析的基础上逐渐充填整个采空区，能够有效保证充填物沉降的均匀性，提高胶结质量，而且通过此种方式可减少充填物中胶固粉的使用，节约充填成本。
25.2、本发明中利用采空区内的矿柱、锚杆以及钢丝绳完成对充填管路的固定，无需其他辅助支架的设立，进一步节约充填成本。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明管道贯串式多孔充填装置的结构示意图；
28.图2为图1中a处的结构放大图；
29.其中，1、采空区；2、竖井；3、输送管路；4、充填管路；5、矿柱；6、锚杆；7、钢丝绳；8、通孔。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明的目的是提供一种采空区充填方法及管道贯串式多孔充填装置，以解决现有技术存在的问题，既能提高胶结质量，也能降低充填成本。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.请参考如图1～2所示，提供一种采空区充填方法，包括以下步骤：
34.s1：在矿房回采前，在采空区1轴向两侧的矿柱5上施工锚杆6，每个矿柱5的同侧施工若干个锚杆6，多个锚杆6可配合钢丝绳7更好的固定充填管路4，将输送管路3一端与输送泵的出料口连接，另一端伸入竖井2内，为了避免输送泵带动输送管路3振动的问题，可将输送管路3固定在竖井2内；
35.s2：根据输送泵的功率、充填物自身离析时间以及充填管路4距离采空区1地面的高度以及其他可能影响充填物流动过程中离析的因素，确定充填物从通孔8喷出落地后的流动过程中，开始产生离析时与通孔8正下方地面的距离，该距离为离析运动长度，或者通过在地面做模拟实验确定离析运动长度，将若干个无缝钢管连接成充填管路4，充填管路4
同一侧均匀开设若干个通孔8，相邻通孔8之间的距离的一半小于离析运动长度，充填管路4一端与输送管路3连接，利用钢丝绳7将充填管路4与锚杆6进行连接，实现充填管路4吊挂固定在采空区1的顶部，保持充填管路4开设的若干个通孔8朝下；
36.s3:启动输送泵，输送泵将充填物泵入输送管道内，进而进入到充填管路4内，充填管路4内的充填物从通孔8喷出，直至采空区1充填完成，充填过程中，落地后的充填物会先向四周流动，相邻通孔8所排出的充填物落地流动交汇时，充填物不发生离析，也即充填物在流动离析前，已经与其他流动的充填物汇集，并逐渐堆叠，在不产生充填物流动离析的基础上逐渐充填整个采空区1，有效保证充填物沉降的均匀性，提高胶结质量，而且通过此种方式可减少充填物中胶固粉的使用，节约充填成本。
37.本发明还提供一种上述采空区充填方法所应用的管道贯串式多孔充填装置，包括输送管路3以及充填管路4，输送管路3一端与供料机构连接，另一端与充填管路4连接，充填管路4沿采空区1延伸方向设置，且充填管路4与采空区1长度相同，充填管路4设置在采空区1顶部，充填管路4的底部均匀开设有若干个用于排放充填物的通孔8，相邻通孔8所排出的充填物落地流动交汇时，充填物不发生离析，也即相邻通孔8之间的距离的一半小于离析运动长度。
38.通过在充填管路4上设置通孔8进行充填的方式相较于从地面开设多个孔洞的方式，节省了打孔器械的使用，在孔洞较多的情况下，有利于节省成本。
39.输出管路可通过环形固定件固定在竖井2中，环形固定件环绕在输送管路3四周，且环形固定件的开口段插入竖井2内壁的土壤中；也可以通过在输出管路四周设置固定支杆固定输出管路。
40.为了进一步提高充填物流动的均匀性，充填管路4设置在采空区1的顶部靠近中间的位置，使充填物能够均匀的向采空区1的两侧流动充填。
41.利用固定机构固定充填管路4，固定机构包括锚杆6以及钢丝绳7，采空区1轴向两侧的矿柱5顶部均设置有锚杆6，锚杆6朝向采空区1的侧壁水平设置，利用锚杆6以及钢丝绳7固定充填管路4的方式为：锚杆6上连接有钢丝绳7，钢丝绳7远离锚杆6的一端与充填管路4绑扎连接，此时通过拉动靠近锚杆6的钢丝绳7，将充填管路4吊起，拉动过程中余出的钢丝绳7可缠绕在锚杆6上，此种情况下也可在两个矿柱5中间的采空区1的顶部间隔设置锚杆6，并且利用钢丝绳7对充填管路4固定，可进一步提高充填管路4的固定效果；或者一侧矿柱5上的锚杆6与钢丝绳7的一端固定连接，另一端为自由端，将钢丝绳7间断式缠绕在充填管路4上，然后拉动钢丝绳7的自由端，将钢丝绳7绷直，带动充填管路4运动至采空区1的顶部，然后将钢丝绳7的自由端固定在另一侧的矿柱5上；或者是其他可利用水平锚杆6个钢丝绳7固定充填管路4的方式。
42.可在采空区1轴向两侧的矿柱5顶部分别设置有若干个锚杆6，单个矿柱5上设置的若干个锚杆6位于矿柱5同一侧，这样能够利用多个锚杆6固定钢丝绳7，增加钢丝绳7与整体锚杆6之间的接触面积，提高钢丝绳7的固定效果。
43.本实施例中所采用的锚杆6为长1.5m、直径28mm的螺纹钢，锚杆6位于矿柱5内长度为1m，可根据充填管路4的重量自行选择锚杆6的规格以及位于矿柱5内长度。
44.本实施例中所采用的钢丝绳7直径为12.5mm，可根据充填管路4的重量自行选择钢丝绳7的规格。
45.充填管路4包括若干个无缝钢管，相邻无缝钢管间法兰连接，无缝钢管上设置有通孔8，可将若干个无缝钢管拼接后再开设通孔8，或者时在单个无缝钢管上开设通孔8后再拼接。
46.本实施例中所采用的无缝钢管的直径为150mm，相邻通孔8间间距为10m，通孔8的孔径为80mm，可根据所需泵入的充填物的粒径大小以及粘稠度，输送泵的功率、充填物自身离析时间以及充填管路4距离，所需的出料流量自行确定无缝钢管的直径、通孔8间的间距以及通孔8的孔径。
47.供料机构包括输送泵以及充填物储存罐，输送泵设置在充填物储存罐内，输送泵的出料口与输送管路3连接。
48.根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
49.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
50.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。