[发明专利]一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法

权利要求书

1.一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对煤矿进行嗣后注浆充填工程可行性分析：基于矿井矸石处置需求与地区环保法规政策，针对技术可行、经济可行两方面给出煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程可行性分析；

步骤2、确定注充系统空间的布局：根据矿井地质资料、矸石源位置、井下空间确定矸石充填料浆的制备位置及制备输送系统布置方式，并选择充填空间；

步骤3、矸石料浆特性测试及配比优化：分析矸石物理化学性质，研究矸石破碎及细粒径矸石保水悬浮特性，测试不同粒径级配及浓度矸石料浆的输送及力学性能，优化确定矸石充填材料配比，使其满足注浆充填要求；

步骤4、矸石料浆制备输送工艺及系统设计：基于矿井现有设备及工艺，提出矸石充填料浆制备输送工艺流程，设计矸石充填料浆制备输送系统，开展矸石料浆制备输送系统关键设备选型与配套；

步骤5、确定嗣后空间矸石料浆的注浆时机：结合矸石料浆处置空间结构及空隙率演化规律，分析嗣后空间的时间效应，确定嗣后空间不衰减时为最佳注浆充填时机；

步骤6、基于嗣后空间矸石注浆扩散范围优化钻孔布局：基于嗣后空间矸石料浆流动扩散原理，结合矿井地质条件，得到嗣后空间矸石注浆扩散范围，给出嗣后空间矸石注浆钻孔布局；

步骤7、设计矸石注浆充填效果保障措施：基于嗣后空间矸石注浆充填工程中的堵管现象、不吸浆现象、套管漏浆现象、跑浆现象，提出预防及处理措施方案；

步骤8、对煤矿开采嗣后注浆充填效果实测分析：建立注浆与空隙变化综合监测评价体系，设计嗣后矸石注浆充填效果监测方案，根据实测分析数据，给出煤矿开采嗣后矸石注浆充填工程效果评价。

2.根据权利要求1所述的煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，其特征在于，该设计方法的适应范围为：①适用于各种地质条件煤层开采后的嗣后空间；②适用于年处理矸石量小于200万t/a、泵送能力小于250m³/h的矿井；③适用于不缺水或矿井水可以循环利用的矿井；④矸石料浆中矸石的硬度要在4～8.5之间，以满足分级破碎的要求。

3.根据权利要求1所述的煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，其特征在于，所述注充系统空间布局方式由制备输送系统布置方式与注浆处置区域布置方式两部分构成，确定方式如下：

a1、制备输送系统基于矸石源与输送距离两个考虑因素，包括地面、井下及混合三种布置方式，当矸石源为地面矸石山、地面选煤厂时，制备及输送系统均布置在地面；当矸石源为井下掘进工作面、井下分选系统时，制备及输送系统均布置在井下；当矸石源与嗣后空间位置较远、输送距离远时，为了克服矸石料浆混合后不易输送的难题，粗颗粒矸石输送至井下，细颗粒矸石地面制浆自流至井下，配料搅拌输送系统布置在井下；

a2、注浆处置区域布置方式根据矿井地质条件、工作面尺寸、埋深和相邻工作面情况以及矿井充填需求确定，注浆处置区域包括垮落带、离层带及整体嗣后空间三类，其中垮落带分为本面垮落带和邻面垮落带两种；通过向离层带注浆用于控制地表沉陷及矿山压力显现，同时处理较少量矸石，垮落带利用处理后的矸石料浆进行注浆充填同时处理采煤矸石；整体嗣后空间注浆可最大限度利用地下空间实现井下矸石规模化处理，同时实现地表变形及矿压控制。