[发明专利]一种房式采空区的充填方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种房式采空区的充填方法，属于煤矿开采技术领域。

背景技术

在地下煤层开采过后，通常都应对采空区进行处理，其目的在于防止上覆岩层突然性的垮落造成冲击地压或者造成较大的地表下沉现象等，如果不能妥善处理采空区或采取如仅留设矿柱等不当措施来处理采空区，易造成危险事故，例如2005年河北邢台石膏矿经过多年开采，由于没有妥善处理采空区，同时由于过度开采导致煤柱尺寸普遍偏小，从而诱发了冲击地压，最后造成33人死亡，数十人受伤等严重后果。目前采空区的处理方法包括4类基本方法及在其基础上发展起来的联合方法。这4类基本方法包括崩落法、充填法、支撑法、封闭隔离法。

目前，处理房式采空区的方法除留设煤柱外应用较普遍的是充填法。其中对于留设煤柱来支撑上覆岩层，房式采煤法最显著的特点是只采煤房不回收煤柱，煤柱的大小和尺寸根据煤层赋存条件、埋深、采高及地质条件等因素确定，一般地，采用连续采煤机开采时，煤柱的宽度多设置为8~20m。如果把这些煤柱永久留在地下来支撑采空区顶板，一方面对于煤炭的损失太大，从而造成回采率较低；另一方面，地下煤柱经过长时间的风化、腐蚀、煤壁剥落等因素，使煤柱的抗压强度减小，降低了煤柱对上覆顶板的支撑力，加大了顶板冒落的可能。矿山充填法控制顶板方式包括胶结充填法和非胶结充填法。其中胶结充填法是采用煤矿的废弃材料加一定的胶凝材料制备成料浆，采用泵通过管道输送到井下，形成胶凝体支撑上覆顶板来充填采空区的技术。中国专利CN102061938A“一种采用膏体充填采空区回收煤柱的充填工艺”，公开了一种典型的较为完备的膏体充填系统，但是该系统存在如下问题：充填工艺系统装置和设备较为复杂，操作不便；膏体料浆制备不易，容易发生离析和沉淀等现象；在充填过程中出现接顶困难等问题，在支护初期难以实现支撑顶板的作用；在整个充填过程中料浆用量大，增加泵送难度和人力成本等问题。非胶结充填法是向采空区内直接充填河沙、煤矸石、工业废渣等充填材料来支撑上覆岩层的技术。虽然非胶结充填法与胶结充填相比工艺相对简单且初期投入成本较低，但是该技术存在弊端较多，如井下充填设备占用空间太大，运输系统极为复杂等。

针对当前房式采空区充填工艺所面临的问题，亟待发明一种成本低、易操作、运送方便的提高房式采空区顶板强度进而控制上覆岩层的方法。

发明内容

本发明旨在提供一种房式采空区的充填方法，解决了如何在最大限度地减少房式采煤法造成的煤损前提下，有效、经济地控制采空区上覆岩层垮落的问题。

本发明提供了一种房式采空区的充填方法，包括以下步骤：

（1）首先选取井下房式采空区相邻的两个煤柱，在顶板下方煤柱的中心位置处设置凹槽，相邻两个煤柱上的凹槽为相对设置；

（2）在相邻煤柱之间重复步骤（1）的操作，设置一系列凹槽，在此期间为防止发生顶板冒落，布置金属网假顶保证施工安全；即在工作面已开采完毕并留设煤柱之后，实施上述工艺之前，及时铺设金属网假顶；

（3）采用适用于煤炭、水煤浆运输的厚壁钢板为原材料通过无缝焊接技术生产注浆槽，将注浆槽安装于两个相邻煤柱的凹槽上方，注浆槽两端的形状与凹槽形状相同，且注浆槽端部尺寸小于凹槽的尺寸，以能卡在凹槽内为准；在注浆槽的顶部中心处设有注浆孔；

（4）在注浆槽布置完毕后，通过注浆装置向注浆槽内注入膨胀料浆，待膨胀料浆固结并达到最终强度后，判断是否与采空区顶板接顶，若接顶，则该工序结束；若不接顶，则进行二次注入，直到充填体与采空区接顶；充填完毕。

上述充填方法中，所述步骤（1）中相邻煤柱上的凹槽形状为长方体或者U型。

所述步骤（1）中凹槽的形状为长方体时；凹槽位于截面为矩形的煤柱顶部，凹槽的长度为煤柱的矩形长边的1/3~1/2，凹槽的宽度为煤柱矩形宽边的1/3~1/2，凹槽的高度与其宽度相等，这样形成的支撑结构稳定性最高。

或者，所述步骤（1）中凹槽的横截面为U型时，底部为1/4圆环结构，所述圆环对应圆的半径为煤柱的矩形长边的1/3~1/2。

步骤（3）中对于注浆槽的形状，如果煤柱上凹槽为长方体结构，注浆槽即为上部开口且中空的长方体形状的槽，注浆槽端口的形状应与煤柱上凹槽的形状相同，但尺寸比凹槽略小，以正好能卡在凹槽处为准；如果煤柱上凹槽为U型，注浆槽即为上部开口且中空、端部为弧形的槽，注浆槽的形状其尺寸略小于凹槽，同样以能卡入凹槽为准。