[发明专利]一种电渗固结提高固体充填采煤采空区充实率的方法

说明书

本发明属采煤采空区充填技术领域，为解决现有技术提高采空区充实率方法存在工艺复杂、工程量大、影响采煤作业效率的问题，提供一种电渗固结提高固体充填采煤采空区充实率的方法。充填采煤液压支架后方连接阳极或阴极电极，开切眼靠近边界煤柱侧固定开排水孔的反向电极管，接通电源，电渗作用驱动采空区充填物料中的水运移至电极管并自流至水沟，电泳作用聚结采空区充填物料中的细物料至支架后方密实空间，电极附近物料氧化还原反应产生的胶结物将物料固结在一起。本发明通过电渗排水、电泳聚结、电化学胶结和覆岩加载等共同作用，含水率降低了41~66%，采空区的充实率提高至90.7~95.1%，充填物料的抗压强度提高3.4~7.8倍。

技术领域

本发明属于采煤采空区充填技术领域，具体涉及一种电渗固结提高固体充填采煤采空区充实率的方法，在固体充填采煤中通过电渗排水、电泳聚结和电化学改性等协同作用固结充填材料，从而提高采空区充实率的方法。

背景技术

固体充填采煤是目前解放“三下”压煤最有效的技术途径之一，充填体充实率直接影响充填采场的覆岩移动和地表沉陷控制效果。但是，实际中的采空区充实率较低，尤其是在采空区水较多的环境中。因此，如何大幅提高充实率成为固体充填的重要问题。

当前，提高采空区充实率的方法主要是从提高支架初撑力和夯实法两个角度入手。其中提高支架初撑力的目的在于使支架主动支撑顶板，以减小顶板在未充填前的下沉量。夯实法的控制原理有2方面：（1）减小充填欠接顶量，充填作业中必须保证夯实机的伸缩机构尽量伸出，每次夯实作业以夯实板前的物料堆积到顶板处且夯不动为止，发现充填未接顶时立即进行补夯；（2）减少充填物料的压缩变形量，为了尽量提高充填物料的初始压实度同时兼顾充填效率，确定落料后每轮夯实次数不少于10次。但是该方法存在成本高、工艺复杂、充填作业会影响煤炭开采效率等问题。并且在上覆岩层顶板裂隙发育以及煤层开采过程中水涌出量较大的情况下，采空区含水量较高，充入采空区的煤矸石、粉煤灰、黄土、矿渣等充填材料会一直处于一个水环境中，有些物料甚至发生膨胀，疏松度增加，抗压强度显著降低。

电渗法被广泛应用于软土脱水固结、软岩改性加固和强化油气采收等领域，其原理是通过电渗作用加快煤、岩、土等介质间的液体运移排出，同时又可通过电泳作用实现固体颗粒的定向运移，以及电化学反应产生新的胶结矿物。

发明内容

本发明为了解决现有技术提供的提高采空区充实率方法存在工艺复杂、工程量大、影响采煤作业效率的问题，提供了一种电渗固结提高固体充填采煤采空区充实率的方法。

本发明由如下技术方案实现的：一种电渗固结提高固体充填采煤采空区充实率的方法，在充填采煤液压支架后方连接阳极或阴极电极，在开切眼靠近边界煤柱一侧固定反向电极管，反向电极管上开设排水孔；接通电源，两电极间的电渗作用驱动采空区充填物料中的水运移至电极管并自流至水沟，两电极间的电泳作用聚结采空区充填物料中的细物料至支架后方密实空间，两电极附近物料发生氧化还原反应产生的胶结物将物料固结在一起增强充填物料的强度，提高采空区的充实率。

具体步骤如下：

（1）测试采空区煤矸石的组分与粒径分布，以及水环境中的成分与酸碱度；

（2）根据采空区内的水质及pH值，确定充填物料的种类与颗粒粒径；当采空区内的水体pH值小于5时，充填物料选择煤矸石、粉煤灰与矿渣，在保证煤矸石占比0.8的条件下，粉煤灰与矿渣比例为0.1:0.1~0.15:0.05；当采空区内的水体pH值大于5，充填物料选择煤矸石、粉煤灰与黄土，在保证煤矸石占比0.8的条件下，粉煤灰与黄土比例为0.05：0.15~0.1:0.1；

（3）在进风或回风顺槽倾斜方向一侧设置排水沟；

（4）在充填采煤液压支架后方设置阳极或阴极电极，在开切眼靠近边界煤柱侧固定反向电极管，反向电极管上开设排水孔；