[发明专利]煤层顶板套管水平长钻孔随采随充生态采煤方法及系统

说明书

本发明公开了煤层顶板套管水平长钻孔随采随充生态采煤方法及系统，首先在工作面上方的直接顶岩层中施工沿综采工作面走向延伸的水平定向长钻孔，在水平定向长钻孔中下入套管，形成充填膏体的充注通道；开始工作面回采，直接顶岩层随采随垮落，当直接顶岩层垮落使其中的套管前端出露于采空区后，向采空区注入充填膏体；实时监测采空区的充填情况和套管位置，当套管前段埋入采空区的充填膏体中时，割断套管，使套管前段的出浆口始终出露在采空区；当充填量达到设计要求时，停止充填；实现了对采空区上覆岩层减沉、控沉的目的，从而解决因采煤引起的地表塌陷、水资源流失、地表生态环境破坏、地面建筑损坏等问题。

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤层顶板套管水平长钻孔随采随充生态采煤方法及系统。

背景技术

煤炭开采后顶板常规处理方式为自然垮落，采区上覆岩层垮落会导致地表沉降、地下水资源破坏、瓦斯灾害、煤自燃等问题，引起生态环境破坏、生产安全风险；同时，采出矸石堆放和处理给煤矿区环保带来压力。充填开采作为一种解决采区覆岩沉降引起上述问题的技术途径，越来越受到重视，但当前常用的充填开采方式是在工作面推进到预定距离后停采，然后开始对采空区进行充填，俗称“串联”充填，待充填凝固后开始回采，依次重复完成作业，由此带来采充接替矛盾突出，造成采煤工作面效率低、原煤产量低，无法适应现代化高产矿井的生产需求。另外，中煤科工集团西安研究院有限公司的地面定向长钻孔采充并行非沉降采煤方法，以地面水平梳状孔为充填逐渐通道，是实现综采工作面采空区充填的一种有效方式，但也面临着梳状侧分支井眼密度较大、工程造价较高的问题。因此，为解决煤矿高强度开采带来的生态环境破坏和采充接替矛盾的问题，实现煤矿高效开采工作面的低成本、及时充填，亟需开发一种适合现代化高产矿井的环境友好型生态开采新方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种煤层顶板套管水平长钻孔随采随充生态采煤方法及系统，解决目前综采工作面采空区上覆岩层塌陷导致的生态破坏、生产安全风险，煤矿区固废(矸石等)处理难以及目前充填开采方式采充效率低、采充接续矛盾突出的问题。

本发明的煤层顶板套管水平长钻孔架后随采随充生态采煤方法，包括：

在待回采的综采工作面煤层上方的直接顶岩层中进行地面水平孔定向钻进或井下水平孔定向钻进，在直接顶岩层形成沿综采工作面走向延伸的水平定向长钻孔，向水平定向长钻孔中下入套管，形成充填膏体的充注通道；在工作面回采过程中，直接顶岩层随采随垮落，通过所述充注通道向采空区注入充填膏体；直至完成整个综采工作面作业。

具体的，在工作面回采过程中，直接顶岩层随采随垮落，当直接顶岩层垮落使其中的套管前端出露于采空区后，通过所述充注通道向采空区注入充填膏体；实时监测采空区的充填情况和套管位置，当套管前段埋入采空区的充填膏体中时，割断套管，使套管前段的出浆口始终出露在采空区；当充填量达到设计要求时，停止充填。

具体的，工作面回采过程中，当直接顶板岩层不易垮落时，在水平定向长钻孔中采用空气炮或水力切割的方式将直接顶岩层切割落入采空区。

优选的，在进行工作面回采的液压支架后连接有用于遮挡充填膏体流入采煤作业区的挡护装置，所述挡护装置同液压支架同步移动。

优选的，在进行工作面回采的液压支架后方设置有监测系统，用于监测套管出露长度和采空区的充填情况。

优选的，在进行工作面回采的液压支架后方设置有切割装置，用于割断采空区的套管。

本发明还公开了一种综采工作面采空区充填系统，包括：注浆通道、挡护装置和切割装置；

所述注浆通道包括设置在煤层直接顶岩层中的水平定向长钻孔和设置在水平定向长钻孔中的套管，所述水平定向长钻孔沿综采工作面长度方向设置；所述挡护装置设置为靠近采空区一侧的充填体挡护结构，用于阻挡充填体流向煤壁一侧；所述切割装置用于切割采空区部分的套管。