[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

说明书

本发明公开了一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，属于矸石充填工程设计领域。现有进行嗣后空间矸石注浆充填工程可行性分析、注充系统空间布局优化、矸石料浆配比优化试验、矸石料浆制备输送工艺及系统设计，结合嗣后空间结构及空隙率演化规律与嗣后空间矸石注浆充填控制岩层移动、地表减沉规律，确定嗣后矸石注浆充填层位与时机；基于嗣后空间矸石料浆流动扩散原理，得出矸石料浆扩散范围，给出注浆钻孔布局；建立注浆与空隙变化综合监测评价体系，给出煤矿开采嗣后矸石注浆充填工程效果评价。本方法能够有效解决煤矿开采矸石处置难题，并为嗣后空间注浆充填及工程应用提供了新思路，实际操作性强，方案设计合理。

技术领域

本发明涉及一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，属于矸石充填工程设计领域。

背景技术

煤炭开采过程中会产生大量矸石，我国每年新增矸石约6.5亿吨，存在矸石山自燃、爆炸及滑坡等隐患。近年来随着国家政策的不断完善，在矸石处理与治理方面也提出了更高要求。注浆充填技术作为一种绿色充填技术，由于能较好的处置矸石而在条件适宜的矿区得到了较快发展，但目前矸石注浆充填技术的充填位置大多针对煤矿开采的垮落带区域，没有充分利用井下空间，而且注浆工程影响生产；离层注浆技术利用关键层下的离层空间进行注浆充填，但其注浆充填材料主要为粉煤灰和水，矸石处理量小。因此，结合注浆充填技术研究现状，针对矸石排放量大、难以集中处理利用的技术难题，创新采用煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法利用煤矿开采过程中产生的大量地下空间以料浆的形式回填矸石，对于矸石高效集中处理具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，在低工作面干扰的情况实现矸石的井下高效处理，创新煤矸石井下充填处理技术，完善矸石综合处理与利用技术体系。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填工程设计方法，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。

进一步，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。