一種柱旁雙側(cè)部分充填上行復(fù)采蹬空煤層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種柱旁雙側(cè)部分充填上行復(fù)采蹬空煤層的方法，主要適用于刀柱式殘采區(qū)上覆蹬空煤層的安全開采。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，煤炭資源有限性及其消費(fèi)需求無限性的矛盾日益突出。殘煤復(fù)采是是減緩上述矛盾的重要舉措。殘煤復(fù)采不僅可以提高煤炭資源的采出率、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，而且可以延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。
[0003]近年來，煤礦殘采區(qū)上行開采越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。受先期采動(dòng)影響，殘采區(qū)蹬空煤層及其底板巖層的完整性和穩(wěn)定性均遭受不同程度的損傷破壞，進(jìn)而可能引發(fā)礦井災(zāi)害，影響安全生產(chǎn)。因此，殘采區(qū)上覆蹬空煤層安全開采可行性評(píng)價(jià)與判定成為上行開采的首要任務(wù)。傳統(tǒng)地，殘采區(qū)上行開采可行性的判別方法主要包括三帶”判別法、圍巖平衡法、比值判別法和數(shù)理分析法等。CN101109283B從層間巖層結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)定量判別了蹬空煤層上行開采的可行性；CN104239697A采用PCA先對(duì)上行開采影響因素進(jìn)行建模，再采用方差貢獻(xiàn)率對(duì)所建模型進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，進(jìn)而評(píng)價(jià)了上行開采的可行性的；CN103147737A提供了一種上行開采覆巖破壞規(guī)律的探測(cè)方法，揭示了上行開采過程中覆巖破壞的時(shí)空演化規(guī)律，解決了上行開采工作面和巷道布置合理確定的問題，保證了上行開采的安全性。前述蹬空煤層上行開采可行性的判別方法主要是從層間巖層厚度及其穩(wěn)定性等角度入手研宄的，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)殘采區(qū)蹬空煤層上行開采可行性的預(yù)先判別與評(píng)價(jià)，進(jìn)而指導(dǎo)工程實(shí)踐。
[0004]然而，現(xiàn)有上行開采的理論研宄與工程實(shí)踐鮮有關(guān)注刀柱式殘采區(qū)煤柱群的穩(wěn)定性對(duì)蹬空煤層安全開采的影響。刀柱式殘采區(qū)煤柱群的穩(wěn)定性制約著蹬空煤層上行開采的安全進(jìn)行，其與上覆蹬空煤層及其底板巖層組成一個(gè)共生系統(tǒng)。隨著刀柱式殘采區(qū)的逐漸形成，采場(chǎng)應(yīng)力因煤柱側(cè)向應(yīng)力的解除而重新分布。這樣刀柱式殘采煤柱的受力狀態(tài)就會(huì)由原來均勻分布的載荷變?yōu)橄鄬?duì)集中分布的載荷，并逐漸向上覆蹬空煤層底板巖層中擴(kuò)散與傳遞。在此過程中，刀柱式殘采區(qū)煤柱會(huì)由表及里地發(fā)生蠕變破裂，其有效承載面積也逐漸減小，這樣就會(huì)引發(fā)集中應(yīng)力的再次分布而進(jìn)一步擴(kuò)大煤柱的屈服寬度，減小其彈性核區(qū)的寬度。當(dāng)?shù)吨綒埐蓞^(qū)煤柱的有效承載面積繼續(xù)減小到其極限承載面積時(shí)，就會(huì)發(fā)生瞬間性的失穩(wěn)破壞。此時(shí)，上述煤柱的瞬時(shí)失穩(wěn)產(chǎn)生的破壞波可能會(huì)轉(zhuǎn)移擴(kuò)散到相鄰煤柱，引發(fā)刀柱式殘采區(qū)煤柱群“多米諾骨牌”式的失穩(wěn)破壞，進(jìn)而影響上覆蹬空煤層及其底板巖層的整體性和穩(wěn)定性，甚至產(chǎn)生沖擊地壓等災(zāi)害，威脅安全高效生產(chǎn)。
[0005]綜上，亟需尋找一種加強(qiáng)蹬空煤層下伏刀柱煤柱群穩(wěn)定性的方法，進(jìn)而有效解決刀柱式殘采區(qū)煤柱群在蹬空煤層開采過程中發(fā)生局部瞬時(shí)失穩(wěn)或“多米諾骨牌”式的失穩(wěn)破壞，并最終保障蹬空煤層上行開采的安全進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供了一種柱旁雙側(cè)部分充填上行復(fù)采蹬空煤層的方法，有效解決了刀柱式殘采區(qū)煤柱群在蹬空煤層上行開采過程發(fā)生局部瞬時(shí)失穩(wěn)或“多米諾骨牌”式的失穩(wěn)破壞，保障了蹬空煤層上行開采的安全性。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種柱旁雙側(cè)部分充填上行復(fù)采蹬空煤層的方法在判別蹬空煤層上行開采可行性、探明刀柱式殘采區(qū)煤柱群和空區(qū)群分布狀況的基礎(chǔ)上，采用柱旁雙側(cè)部分充填的方法依次側(cè)護(hù)了蹬空煤層下伏刀柱式殘采區(qū)煤柱群，并逐漸采出蹬空煤炭資源。所述技術(shù)方案具體按照以下步驟進(jìn)行:
[0008](I)判別刀柱式殘采區(qū)上覆蹬空煤層上行開采的可行性；
[0009](2)結(jié)合礦井原有地質(zhì)、技術(shù)資料，勘探查明蹬空煤層下伏刀柱式殘采區(qū)煤柱群和空區(qū)群的分布狀況，繪制刀柱式殘采區(qū)煤柱群與空區(qū)群的分布形態(tài)圖以指導(dǎo)安全生采；
[0010](3)掘進(jìn)蹬空煤層的回采巷道，布置蹬空煤層工作面；
[0011](4)在蹬空煤層工作面底板由上至下鉆孔，布置刀柱式殘采區(qū)空區(qū)群膏體充填的輸送管路；
[0012](5)配制充填膏體，在充填泵的作用下沿步驟(4)的輸送管路將制備好的膏體均勻注入刀柱式殘采區(qū)端部空區(qū)中，使其凝固硬化對(duì)刀柱式殘采區(qū)端部煤柱產(chǎn)生側(cè)護(hù)作用；
[0013](6)推進(jìn)蹬空煤層工作面，待開采線推進(jìn)至下一個(gè)刀柱空區(qū)邊界線前3-8m時(shí)，停止推進(jìn)工作面；
[0014](7)隨著蹬空煤層的逐漸推進(jìn)，重復(fù)步驟(4)、(5)和(6)的施工工藝，采用柱旁雙側(cè)部分充填的方式依次側(cè)護(hù)刀柱式殘采區(qū)煤柱群，并逐漸采出蹬空煤炭資源。
[0015]優(yōu)選的，所述的步驟⑴采用“三帶”判別法、圍巖平衡法、比值判別法、數(shù)理分析法和授權(quán)公告號(hào)為CN101109283B所述的定量判別法來綜合判別刀柱式殘采區(qū)上覆蹬空煤層上行開采的可行性。
[0016]優(yōu)選的，所述的步驟(2)通過調(diào)研礦井原有地質(zhì)、技術(shù)資料查清蹬空煤層下伏刀柱式殘采區(qū)空區(qū)群和煤柱群的寬度、高度，采用三維激光掃描儀精準(zhǔn)探測(cè)刀柱式殘采區(qū)空區(qū)群的分布方位、尺寸和體積。
[0017]優(yōu)選的，所述的步驟(3)在步驟(2)探明的刀柱式殘采區(qū)端部煤柱的上方布置蹬空煤層的回采巷道與工作面。
[0018]優(yōu)選的，所述的步驟⑷中采用套管鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行鉆孔施工，孔直徑d為60—120mm、孔間距I為5—20m、孔傾斜角Θ為10° — 60°、鉆孔深度h由層間巖層厚度H和鉆孔傾斜角Θ確定。
[0019]優(yōu)選的，所述的步驟(5)按照質(zhì)量百分比為煤矸石/廢棄混凝土:粉煤灰:水泥:減水劑:水=45% —55%:15% —20%:10% —15%:3% —5%: 15% —25%的比例，配制濃度為75%—85%的充填膏體，配制量由步驟(2)勘探查明的刀柱式殘采區(qū)各空區(qū)的分布尺寸和分布體積來確定。
[0020]優(yōu)選的，所述的步驟(5)中充填泵的壓力控制在2 — 6MPa。
[0021]優(yōu)選的，所述的步驟(6)中蹬空煤層工作面的推進(jìn)距離為[(a+b) ±5]m ;其中，a為刀柱式殘采區(qū)空區(qū)寬度，b為刀柱式殘采區(qū)煤柱寬度。
[0022]優(yōu)選的，所述的步驟(7)中柱旁雙側(cè)充填體的寬度之*Cl+C2小于刀柱式殘采區(qū)空區(qū)的寬度a。
[0023]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有效效果是:
[0024]該發(fā)明在判別蹬空煤層上行開采可行性、探明刀柱式殘采區(qū)煤柱群和空區(qū)群分布狀況的基礎(chǔ)上，采用柱旁雙側(cè)部分充填的方法依次側(cè)護(hù)了蹬空煤層下伏刀柱式殘采區(qū)煤柱群，并逐漸采出蹬空煤炭資源。該發(fā)明在空區(qū)群中形成的柱旁雙側(cè)充填體不僅能對(duì)刀柱式煤柱群起到側(cè)護(hù)作用，而且能與之形成共同承載體，進(jìn)而減小煤柱群的應(yīng)力集中程度和蠕變變形，增強(qiáng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性，避免發(fā)生局部瞬時(shí)失穩(wěn)或“多米諾骨牌”式的失穩(wěn)破壞，并最終保障刀柱式殘采區(qū)上覆蹬空煤層的安全開采。
【附圖說明】
[0025]圖1為刀柱式殘采區(qū)上覆蹬空煤層工作面布置示意圖；
[0026]圖2為刀柱式殘采區(qū)端部煤柱柱旁充填示意圖；
[0027]圖3為刀柱式殘采區(qū)上覆蹬空煤層工作面推進(jìn)示意圖；
[0028]圖4為刀柱式殘采區(qū)空區(qū)群柱旁雙側(cè)部分充填立體效果圖；
[0029]圖5為刀柱式殘采區(qū)空區(qū)群柱旁雙側(cè)部分充填平面效果圖。
[0030]圖中:1 一蹬空煤層；2—層間巖層；3—刀柱式殘采區(qū)煤柱；4一刀柱式殘采區(qū)空區(qū)；5—蹬空煤層工作面；6—柱旁雙側(cè)部分充填輸送管路；7—刀柱式殘采區(qū)空區(qū)充填體；a—刀柱式殘采區(qū)空區(qū)寬度；b—刀柱式殘采區(qū)煤柱寬度；Cl一刀柱式殘采區(qū)空區(qū)左側(cè)充填體寬度；c2—刀柱式殘采區(qū)空區(qū)右側(cè)充填體寬度。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下實(shí)施例旨在對(duì)本發(fā)明作示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。
[0032]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)目標(biāo)、特征和效