高强度开采工作面煤矸石覆岩隔离注浆充填绿色开采方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113700527A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202111001916.5(22)申请日2021.08.30(71)申请人中国矿业大学地址221116江苏省徐州市铜山区大学路中国矿业大学科研院(72)发明人许家林轩大洋李建王秉龙张亮(74)专利代理机构北京天奇智新知识产权代理有限公司11340代理人龙涛(51)Int.Cl.E21F15/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称高强度开采工作面煤矸石覆岩隔离注浆充填绿色开采方法(57)摘要本发明公开了一种高强度开采工作面煤矸石覆岩隔离注浆充填绿色开采方法，适用于矿区矸石无害化处理与地表塌陷控制领域的绿色开采领域。收集工作面基本信息，确定基本参数，沿充填工作面推进方向，按照距离x将充填工作面分成n段，将充填工作面走向的分段划分为若干个周期，当充填工作面开采周期内的最后一段之前，矿井产出的矸石每天进入注浆充填站的临时矸石仓内暂时储存，在充填工作面开采至周期内的最后一段时，利用该段上方的地面钻孔，将煤矸石制成的浆液充填至覆岩关键层下的裂隙区域，直至整个充填工作面回采结束。本方法不改变矿井现有的采煤工作面布置方法，实现了矿井采煤过程中煤矸石的均衡无害化处理，实现矿井内不建矸石山的目的。CN113700527ACN113700527A权利要求书1/1页1.高强度开采工作面煤矸石覆岩隔离注浆充填绿色开采方法，其特征在于，步骤如下：a.收集需要充填的工作面的基本信息，包括工作面每天平均产出矸石重量与采出煤炭重量的比值β、为维持工作面上方关键层稳定所需的充填率α、工作面的采宽和走向长度；其中，充填率α为工作面每天需注矸石重量与采出煤炭重量的比值；充填率α根据注浆充填层位上方的关键层厚度、强度、与煤层间距信息确定；b.沿工作面推进方向，按照距离x将工作面分成n个分段，分别记为第1分段、第2分段……第n分段；其中，最后一个分段，即第n分段的长度小于等于x；距离x取0.8‑1.0r，r为充填工作面所在地层条件下的浆液扩散半径；c.用α除以β，将得到的数值四舍五入后记为整数γ，将工作面走向的n个分段划分为若干个周期，每γ个分段为一个周期；例如，第1个周期包括1，2,…,γ分段；d.在第1个周期内，当充填工作面开采第1，2,…,γ‑1分段时，矿井产出的矸石每天进入注浆充填站的临时矸石仓内暂时储存，当第γ‑1分段回采结束后，储存的矸石总重量与每个分段采出煤炭重量的比值为(γ‑1)β；e.在充填工作面开采至第γ分段时，利用第γ分段上方的地面钻孔，在开采过程中同步对覆岩关键层下的裂隙区域注浆充填，使每天的充填率等于α；若第γ分段开采结束之前，矸石仓内的矸石已消耗完毕，则停止该分段内的地面钻孔注浆充填；若第γ分段开采结束时，矸石仓内的矸石消耗完毕，则停止该分段内的地面钻孔注浆充填，若矸石仓内的矸石未消耗完毕，则继续注浆充填，直至矸石仓内的矸石消耗完毕；f.充填工作面持续向前回采进入后续周期时，重复步骤d、e，直至整个充填工作面回采结束。2.根据权利要求1所述的绿色开采方法，其特征在于：步骤e中，如浆液向后方出现较大量扩散，采用帷幕注浆方法进行封堵，维持充填工作面开采与地面钻孔注浆充填。3.根据权利要求1所述的绿色开采方法，其特征在于：步骤e中，第γ分段上方的地面钻孔为1个或多个，首孔在第γ分段起始线以外、上方或以内。4.根据权利要求1所述的绿色开采方法，其特征在于：步骤e中，注浆充填的浆液为矸石仓中储存的矸石经过粉碎、球磨、塔磨方法制备成的粉体物料与水混合后制成的浆液，粉体物料满足浆液在覆岩离层裂隙内流动的需要。2CN113700527A说明书1/5页高强度开采工作面煤矸石覆岩隔离注浆充填绿色开采方法技术领域[0001]本发明涉及一种煤矸石覆岩隔离注浆充填绿色开采方法，尤其适用于高强度开采煤矿区矸石减排的覆岩隔离注浆充填绿色开采方法。背景技术[0002]煤炭开采在获得资源的同时，也产出了煤矸石，带来了占地、污染等环境问题。随着我国生态文明建设力度不断增强，煤矿区的生态环境保护地位愈发突显。西部是我国煤炭的主产区，高强度开采是该区域煤矿生产的典型特征，由于矿井开采强度大、煤炭产量高，煤矸石排放量也大，带来的环境问题凸显，已成为煤矿区环境保护的重中之重。[0003]绿色开采技术是解决煤矿采动损害与环境问题的重要手段，充填是其重要组成部分，也是煤矸石等固废无害化处理的重要途径。专利ZL2012101649299公开的《采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法》是通过地面钻孔向煤层上覆岩层中的采动裂隙内注浆，从而实现处理废弃物、支撑覆岩关键层、防止地面塌陷的目的。该技术的优势是地面充填与井下采煤