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一种覆岩注浆充填回收煤矿井下条带开采遗留煤柱的方法与流程

  • 国知局
  • 2024-07-27 10:41:03

本发明涉及煤矿开采,尤其涉及一种覆岩注浆充填回收煤矿井下条带开采遗留煤柱的方法。

背景技术:

1、我国中东部矿区地面村庄密集,压煤问题突出,煤炭资源损失较大,而城镇化速度的加块、地矿关系趋于复杂等问题,使村庄搬迁也越来越困难。因此,保证不搬迁村庄的压煤开采技术将是解决上述难题的关键途径。压煤条带开采是解决地表建(构)筑物、铁路、水体下压覆煤炭资源的一项有效手段,理论和大量工程实践均已表明,该方法可以有效控制地表的下沉,保护地面建(构)筑物处于设计的损坏等级以内。但是,由于需要留设一定宽度的条带煤柱,该方法明显降低了煤炭资源回收率,同时增加了巷道掘进率,因此近年来应用范围逐步减少。煤炭是典型的不可再生固体能源,随着开采总量的不断增加,煤炭资源剩余总量将越来越少,部分矿区可采资源量面临枯竭,尤其是早期村庄压煤严重的东部矿区,在采用条带开采之后,遗留了大量的条带煤柱资源无法开采。

2、随着充填技术的发展,使条带煤柱置换充填开采成为可能,并形成了多种材料的井下煤柱置换充填方法,如矸石、高水、膏体充填等。但是由于充填工艺系统复杂、充填开采与井下工作面回采相互干扰严重、充填材料成本高等问题,全部充填回收条带煤柱存在较大的效益局限性。

3、专利zl201210164929.9公开了一种采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法,可以在压煤区域内布置长壁工作面,在建筑物不迁村采煤实践中得到了推广应用,并取得了显著成效。尤为关键的是,采动覆岩注浆充填采煤方法实现了地面的充填与井下开采不直接干扰的目标,极大提高了工作面开采效率。因此在有效控制条带开采新增下沉、实现原有条带开采保护对象持续稳定的前提下,效率高、成本低的条带煤柱回收方法对解决煤柱回收难题、实现矿井可持续发展意义重大。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决煤矿条带开采遗留煤柱损失大的、矿井资源面临枯竭的难题,而提出的一种地面注浆系统简单、充填与井下开采无直接干扰、成本相对较低的条带开采遗留煤柱回收方法。

2、为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:

3、一种覆岩注浆充填回收煤矿井下条带开采遗留煤柱的方法,包括以下具体步骤:

4、s1:针对煤矿已经形成的条带开采区域,对整个条带开采区域划分若干个回采单元a、b、c等,每个回采单元包含左右两个条带开采面1、2和中间一个条带遗留煤柱3;

5、s2:根据回采区域需要的日回采煤量q,计算对应条带煤柱回收开采时的日回采长度d=q/(m×a×γ),计算基于地表沉陷控制效果的条带煤柱回收时所需日注灰量t=d×(2×a+b)×m×α×η,日需注灰总量与单个钻孔平均日可注灰量q的比值取整后向上取整数值,即为需要在地面施工的注浆充填钻孔个数

6、s3:根据确定的钻孔个数n,在回采单元对应地表9布置注浆充填钻孔,其中钻孔5、钻孔6分别位于已经开采的条带工作面1、条带工作面2对应地表9中部,钻孔7、钻孔8位于煤柱上方中部,即单个回采单元的中部;

7、s4:利用覆岩注浆充填开采技术,以设定的浆液可以扩散距离r为准,设计煤柱2回收过程中后续成组钻孔与第一组钻孔间距不大于浆液可扩散距离r,即注浆钻孔6与注浆钻孔9的间距,在工作面推进至距离每组第一个钻孔7以前10-30m范围内开始实施注浆,直至工作面回采完毕;

8、s5:按照整个条带开采区域内回采单元的开采顺序,重复s2-4步骤,直至回采完后续所有回采单元。

9、作为本发明的进一步技术方案,所述s1中,条带开采区域存在一定的条带开采宽度a、条带煤柱宽度b和合适的条带开采采出率k1,而且条带开采宽度和所留设煤柱宽度满足条带煤柱的长期稳定性设计基本要求。

10、作为本发明的进一步技术方案,条带开采宽度a为40-80m,条带煤柱宽度b为40-80m,整个条带开采区域的煤炭采出率k1不大于50%。

11、作为本发明的进一步技术方案,所述s1中,整个条带开采区域内的回采单元之间保留隔离煤柱4不回收。

12、作为本发明的进一步技术方案,所述s2中,式中m为煤层采高,a为条带开采工作面宽度,b为条带煤柱宽度,γ为煤体容重,α为设计注采比,η为高压注浆作用下粉煤灰压实泌水后每m3需要的松散干粉煤灰重量。

13、作为本发明的进一步技术方案,所述s5中,回采单元的开采顺序一般要求从条带开采区域边界的回采单元向中部回采单元过渡,即先回收边界回采单元中的条带煤柱,再回收条带开采区域中部回采单位内的条带煤柱,先开采回采单元a或c,再开采回采单元b。

14、本发明的有益效果为:根据条带开采工作面与遗留煤柱的分布情况,能够确定具体回收条带和需要作为隔离煤柱不能回收的条带位置,可以确定优先回收的条带煤柱位置,使注浆充填的沉陷控制效果达到最优;能够根据已有条带开采采出尺寸和遗留煤柱尺寸,根据工作面的日回采煤量要求,计算对应煤柱尺寸下需要布置的地面钻孔合理数据和布置方式,可以保障避免设计钻孔过多造成的资源浪费和经济不合理,或设计钻孔过少影响注浆充填沉陷控制效果造成工程实施失败。

技术特征:

1.一种覆岩注浆充填回收煤矿井下条带开采遗留煤柱的方法,其特征在于,包括以下具体步骤:

2.根据权利要求1所述的一种覆岩注浆充填回收煤矿井下条带开采遗留煤柱的方法,其特征在于,所述s1中,条带开采区域存在一定的条带开采宽度a、条带煤柱宽度b和合适的条带开采采出率k1,而且条带开采宽度和所留设煤柱宽度满足条带煤柱的长期稳定性设计基本要求。

3.根据权利要求2所述的一种覆岩注浆充填回收煤矿井下条带开采遗留煤柱的方法,其特征在于,条带开采宽度a为40-80m,条带煤柱宽度b为40-80m,整个条带开采区域的煤炭采出率k1不大于50%。

4.根据权利要求1所述的一种覆岩注浆充填回收煤矿井下条带开采遗留煤柱的方法,其特征在于,所述s1中,整个条带开采区域内的回采单元之间保留隔离煤柱4不回收。

5.根据权利要求1所述的一种覆岩注浆充填回收煤矿井下条带开采遗留煤柱的方法,其特征在于,所述s2中,式中m为煤层采高,a为条带开采工作面宽度,b为条带煤柱宽度,γ为煤体容重,α为设计注采比,η为高压注浆作用下粉煤灰压实泌水后每m3需要的松散干粉煤灰重量。

6.根据权利要求1所述的一种覆岩注浆充填回收煤矿井下条带开采遗留煤柱的方法,其特征在于,所述s5中,回采单元的开采顺序一般要求从条带开采区域边界的回采单元向中部回采单元过渡,即先回收边界回采单元中的条带煤柱,再回收条带开采区域中部回采单位内的条带煤柱,先开采回采单元a或c,再开采回采单元b。

技术总结本发明公开了一种覆岩注浆充填回收煤矿井下条带开采遗留煤柱的方法,包括以下步骤:S1:对整个条带开采区域划分若干个回采单元A、B、C等;S2:确定钻孔个数n;S3:在回采单元对应地表布置注浆充填钻孔;S4:在工作面推进至距离每组第一个钻孔以前10‑30m范围内开始实施注浆,直至工作面回采完毕;S5:按照回采单元的开采顺序重复S2‑4,直至回采完所有回采单元。本发明能确定具体回收条带和不能回收的条带位置,可确定优先回收的条带煤柱位置,使注浆充填沉陷控制效果达到最优;能计算地面钻孔合理数据和布置方式,可保障避免设计钻孔过多造成资源浪费和经济不合理,或设计钻孔过少影响注浆充填沉陷控制效果造成工程失败。技术研发人员:马新青,王晓振,程龙,许家林,武飞,轩大洋,张明伟,王玮受保护的技术使用者:中煤天津设计工程有限责任公司技术研发日:技术公布日:2024/7/4

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