一种无煤柱开采地下资源防止地表沉陷的开采方法与流程

本发明属于煤矿开采，涉及一种无煤柱开采地下资源防止地表沉陷的开采方法。

背景技术：

1、煤炭开采对区域生态的影响主要包括采煤地表沉陷，其表现形式为地表移动变形，进而会影响土地的利用、加速水土流失、加速土地沙化、地表建构筑物损害等，露天开采则是完全破坏原地表植被、建构筑物。

2、在回采地下煤炭资源不给地表造成沉陷的施工方法发展史中，可以追溯到传统的采煤方法，即只采不充。这种方法容易导致地面的沉陷，对周围的建筑物和环境造成影响。随着科技的发展和环保要求的提高，越来越多的采煤方法开始注重对地面的控制，如充填开采法、保水开采法、离层充填等。

3、近年来，随着充填技术和设备的不断发展和完善，对离层区进行充填的方法得到了广泛应用。这种方法的出现，在一定程度上提高了对地表减沉或缓沉的施工水平，同时也促进了充填材料和工艺的发展。

4、此外，随着信息化和智能化技术的应用，采煤方法也开始向数字化、智能化的方向发展。例如，通过建立数字化矿井模型，可以对地面的变形和沉降情况进行实时监测和预警，从而更好地控制地面的沉陷。

5、其中，充填开采是从源头防止地表沉陷，实现以最小的生态扰动获取煤炭资源及其它地下资源，把对生态环境、水土资源和基础设施等的影响限制在生态环境对开采行为容忍度可控范围之内的有效方法，促进煤炭开采和生态环境协调、共融发展。目前，在开采地下煤炭资源不给地表造成沉陷的现有施工方法主要包括以下几种：

6、1、支架后充填法：在专用回采充填支架后方充填开采，回采过程中将矸石运输至支架后方充填采空区。

7、2、连掘连充跳汰式充填开采。

8、3、保水开采法：在开采地下资源时，尽可能保留好地下水的水力条件，避免对地下水的水位和水质造成影响。同时采用一些采矿技术如水平或近水平层状矿体开采，利用充填料和采矿弃渣进行边坡充填等，可以控制地面沉降。

9、4、矿柱支撑：在开采资源时，使用矿柱进行支撑，可以防止地表的沉陷。

10、5、离层充填法：通过识别和利用采动离层空间进行充填，利用采动后形成的离层进行注浆充填来控制地表缓沉，进而达到控制地面减沉的目的。

11、在回采地下煤炭资源不给地表造成沉陷的现有施工方法中，存在的一些缺点包括：

12、1、巷道固体充填早期操作简单，但充填时需要增设特殊的充填专用支架及特殊的充填系统，包括充填材料的制作、运输、建立在井下的充填设备等。在充填开采时由于工艺流程繁琐无法实现高产，又受地质条件特性的限制，增加了回采面安全风险，严重限制充填开采工艺的推广，只能在特定地区和特殊需求时发挥作用。

13、2、连掘连采跳汰式充填开采地表控制效果好，但开采效率低、成本高。

14、3、普通离层注浆只在冒落岩层上方形成的离层区域进行注浆充填，在没有形成离层时还需用大量的水加压制造出离层区域再进行注浆充填，这样在回采后还会造成地表不同程度的沉陷。普通离层注浆开采需要留设一定宽度的煤柱，不能实现沿空留巷等无煤柱开采，造成资源浪费。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提出一种无煤柱开采地下资源防止地表沉陷的开采方法，解决使用长臂式机械回采煤炭资源或其它地下资源过程中出现地表沉陷的问题，采用本发明可以让回采工作面开采后顶板有规律垮落，进行精准密实注浆充填，并且可以实现沿空留巷等无煤柱绿色开采的施工技术要求。

2、为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种无煤柱开采地下资源防止地表沉陷的开采方法，包括以下步骤：

4、1）布置回采工作面，掘进运输顺槽、回风顺槽、切眼三条巷道；回采工作面上部具有可以离层的岩体，沿着回采工作面从三条巷道顶部向可以离层的岩体内均匀打设若干切顶泄压孔；切顶泄压孔深度大于可以离层的岩体的深度。

5、2）设定单次回采的长度≤煤层埋藏深度的30%；将切眼的切顶泄压孔全部爆破，然后由里向外将运输顺槽、回风顺槽位于第一次回采长度内的切顶泄压孔爆破，使第一次回采对应的可以离层的岩体形成裂缝，且形成裂缝的可以离层的岩体的深度超过20m，用于人为控制回采工作面顶板岩体离层垮落的时间及位置。

6、3）按照单次回采的长度进行第一次回采，第一次回采后回采工作面向前推进，第一次回采工作面的煤层顶板岩体随着推进速度在工作面支架后方煤层顶板岩体离层垮落。

7、4）在第一次回采后形成的岩体垮落带上方打设注浆孔，注浆孔打设至回采后的岩体垮落带上，然后对岩体垮落带内的覆岩及覆岩上方的空间进行注浆充填；注浆充填时停止回采操作。

8、如注浆充填时不停止回采，则会出现在注浆充填体未达到预期凝固效果时，不能起到支撑未垮落岩层的作用，注浆充填体会造成沉陷或出现向工作面溃浆从而导致未垮落的岩体垮落引起地面塌陷的情况。

9、5）注浆充填完成后，按照步骤2）将下一次回采长度内位于运输顺槽、回风顺槽的切顶泄压孔爆破，回采工作面继续向前推进，按照步骤3）、步骤4）循环完成回采工作面的开采。

10、进一步的，切顶泄压孔的深度根据工作面支架的高度、注浆充填体在回采后岩体垮落带内覆岩的渗透力和覆岩岩体岩层结构设定。

11、进一步的，注浆孔的孔间距根据每次回采推进长度设定。

12、进一步的，步骤4）中所述的注浆充填是分多次进行：在打设的注浆孔的数量＞2时开始注浆充填，第一次注浆充填量不大于回采量体积的30%，注浆充填体的水灰比为1:0.46或设定针对性的注浆充填材料；注浆充填体充填到回采量体积的30%时，将注浆充填体的水灰比调整为1:0.54或根据承压要求的注浆充填体水灰比继续充填。

13、更进一步的，注浆充填体包括以下质量百分数的原料：5-10%的水泥、30-50%的粉煤灰、30-50%的煤矸石或建筑垃圾，煤矸石或建筑垃圾的颗粒＜3mm，或设定针对性的注浆充填材料。

14、本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

15、本发明针对使用长臂式机械回采煤炭资源或其它地下矿山资源时，在回采过程中可以人为控制让回采工作面上方煤层顶板岩体出现有规律的离层垮落，从而可以对出现的岩体离层垮落空间进行快速高效精准的充填，对地下地质结构遭到破坏的围岩裂隙可以有规律的精准填充加固后，使得地面不再出现沉陷，地面建筑物等受到可靠保护。

16、采用本方法可以安全高效的开采地下资源，在一定程度上为现有的矿产资源的回收利用，提供了可靠且实施性强的开采方式。在开采的过程中，采用废弃的物料进行填充，从一定程度上提高了废弃物的循环利用率，从而起到了一定的环境保护作用，并且可以实现沿空留巷等无煤柱绿色开采的施工技术要求。具体的优点包括：

17、1、采用本方法能够主动保护地表环境，以最小的生态扰动来获取煤炭资源利益的最大化，同时能控制地表沉陷、保护生态环境。

18、2、本方法能更好的精准掌握长臂式回采工作面上方煤层顶板岩体离层垮落带产生的时间及位置，从源头上提高回采工作面充填开采的安全系数，能切实的解决煤矿企业资源回收、产量、安全难题。

19、3、矸石是煤矿第一固体废弃物污染源，矸石大量堆积在煤矿地面，以及建筑垃圾都缺乏有效处置。采用本方法能有效利用地面矸石和建筑垃圾，是高效处置煤矸石和建筑垃圾的有效途径。

20、4、本方法能够准确控制地表的下沉、变形，降低建筑物等受回采影响的损坏程度，避免地面建筑物等的破坏和村庄迁移产生的费用。