一种深井冰冻充填体降温设计方法技术

本发明专利技术公开了一种深井冰冻充填体降温设计方法，从矿井降温设计角度，对达到降温控制值时不同粒径级配、充填材料条件下的冰冻充填体制冷能力、时间、降温效率进行测试；从充实率设计角度，对达到工程控制值时不同粒径级配、充填材料冻融条件下的压实力学特性进行测试；确定达到降温且实现工程控制的最佳材料配比、粒径级配及温度；通过安装顶板动态监测设备、温感设备，实时调整冰冻充填体的温度、材料配比及粒径级配，保证充填及降温效果；此方法解决了深部固体充填开采技术在工程现场降温的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种深井冰冻充填体降温设计方法
本专利技术涉及一种深部开采中降温设计方法，特别是一种深井冰冻充填体降温设计方法。
技术介绍
目前，深部煤炭资源开采进入常态化，尤其进入1000～2000m的深部煤炭资源开采条件，在复杂地质条件、高地应力、高低温、高岩溶水压、高瓦斯以及高强扰动的开采环境下，在进入深部开采之后，岩层温度增速为（10-40)℃/km，采动岩层控制与采场降温成为深部开采重要的挑战。充填采煤技术作为煤矿绿色开采的核心技术之一，能有效抑制岩层移动，控制地表沉陷。在采用充填开采的同时，如何降低工作面温度，实现深部煤炭资源充填工作面适温开采对深部资源开发具有重要意义。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是要提供一种深井冰冻充填体降温设计方法，解决目前对于深部固体充填采煤冰冻充填体降温的设计及控制还没有一套准确全面的处理方法的问题。技术方案：本专利技术的深井冰冻充填体降温方法，包括以下步骤：（1）矿井降温设计a.测试回采工作面温度的分布特征及变化规律；b.结合现场实践，得到一个充填步距的体积下冰冻充填体对原岩温度的影响，以及对工作面的降温效果；c.根据采空区充填入矸石的体积，计算达到降温控制值时冰冻充填体的初始温度；d.通过实验室试验，对不同粒径级配、不同充填材料条件下的冰冻充填体制冷能力、制冷时间、降温效率经行测试，得到深井冰冻充填体降温的材料配比及粒径级配；（2）充实率设计a.根据充填开采目的及控制对象得到固体充填采煤充实率的数据设计值；b.测试冰冻充填体吸热升温，发生水泥水化反应后，冻融条件下的压实力学特性；c.综合分析冰冻充填体对充实率的影响，得出充实率的工程控制值；e.通过实验室试验，对不同粒径级配、不同充填材料冻融条件下的压实力学特性，得到实现工程控制的材料配比及粒径级配；（3）动态反馈设计a.根据步骤（1）、（2）的材料配比及粒径级配比较，确定达到降温且实现工程控制的最佳材料配比及粒径级配；b.在采空区安装顶板动态监测设备实测得到现场工作面不同推进位置的充实率；对比工程控制值，实时调整冰冻充填体的温度、材料配比及粒径级配以确保充填实测值满足工程设计的需要，保证充填效果；c.在工作面安装温感设备监测温度；对比降温控制值，实时调整冰冻充填体的温度、材料配比及粒径级配以确保工作面温度满足降温控制的需要，保证降温效果。所述实现工程控制的材料为矸石、粉煤灰、黄土、风积沙和尾砂，材料配比根据现场实际情况经实验测试确定，粒径级配范围为15~50mm。有益效果：由于采用了上述技术方案，本专利技术解决目前对于深部固体充填采煤冰冻充填体降温的设计及控制还没有一套准确全面的处理方法的问题。从矿井降温设计、充实率设计、动态反馈设计三个阶段，建立了深井冰冻充填体降温的设计方法，研发了采空区充填与矿井降温的协同设计方法，得到深井冰冻充填体降温的最佳初始温度、材料配比及粒径级配，解决了深部固体充填开采技术在工程现场降温的难题。能有效抑制岩层移动，控制地表沉陷。为在采用充填开采的同时，如何降低工作面温度，实现深部煤炭资源充填工作面适温开采对深部资源开发提供了一种途径，其方法简单，操作方便，在本
内具有广泛的实用性。具体实施方式本专利技术的深井冰冻充填体降温设计方法，具体步骤如下：（1）矿井降温设计a.测试回采工作面温度的分布特征及变化规律；b.结合现场实践，得到体积下冰冻充填体对原岩温度的影响，以及对工作面的降温效果；c.根据采空区充填入矸石的体积，计算达到降温控制值时冰冻充填体的初始温度；d.通过实验室试验，对不同粒径级配、不同充填材料条件下的冰冻充填体制冷能力、制冷时间、降温效率经行测试，得到深井冰冻充填体降温的材料配比及粒径级配；（2）充实率设计a.根据充填开采目的及控制对象得到固体充填采煤充实率的理论设计值；b.测试冰冻充填体吸热升温，发生水泥水化反应后，冻融条件下的压实力学特性；c.综合分析冰冻充填体对充实率的影响，设计出充实率的工程控制值；e.通过实验室试验，对不同粒径级配、不同充填材料冻融条件下的压实力学特性，得到实现工程控制的材料配比及粒径级配；（3）动态反馈设计a.根据步骤（1）、（2）的材料配比及粒径级配比较，确定达到降温且实现工程控制的最佳材料配比及粒径级配；b.在采空区安装顶板动态监测设备实测得到现场工作面不同推进位置的充实率；对比工程控制值，实时调整冰冻充填体的温度、材料配比及粒径级配以确保充填实测值满足工程设计的需要，保证充填效果；c.在工作面安装温感设备监测温度；对比降温控制值，实时调整冰冻充填体的温度、材料配比及粒径级配以确保工作面温度满足降温控制的需要，保证降温效果。所述实现工程控制的材料为矸石、粉煤灰、黄土、风积沙和尾砂，材料配比根据现场实际情况经实验测试确定，粒径级配范围为15~50mm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深井冰冻充填体降温方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）矿井降温设计a.通过在工作面设置温度传感器，测试回采工作面温度的分布特征及变化规律；b.结合现场实践，得到一个充填步距的体积下冰冻充填体对原岩温度的影响，以及对工作面的降温效果；c.根据采空区充填入矸石的体积，计算达到降温控制值时冰冻充填体的初始温度；d.通过实验室试验，对不同粒径级配、不同充填材料条件下的冰冻充填体制冷能力、制冷时间、降温效率经行测试，得到深井冰冻充填体降温的材料配比及粒径级配；（2）充实率设计a.根据充填开采目的及控制对象得到固体充填采煤充实率的数据设计值；b. 测试冰冻充填体吸热升温，发生水泥水化反应后，冻融条件下的压实力学特性；c.综合分析冰冻充填体对充实率的影响，得出充实率的工程控制值；e. 通过实验室试验，对不同粒径级配、不同充填材料冻融条件下的压实力学特性，得到实现工程控制的材料配比及粒径级配；（3）动态反馈设计a.根据步骤（1）、（2）的材料配比及粒径级配比较，确定达到降温且实现工程控制的最佳材料配比及粒径级配；b.在采空区安装顶板动态监测设备实测得到现场工作面不同推进位置的充实率；对比工程控制值，实时调整冰冻充填体的温度、材料配比及粒径级配以确保充填实测值满足工程设计的需要，保证充填效果；c.在工作面安装温感设备监测温度；对比降温控制值，实时调整冰冻充填体的温度、材料配比及粒径级配以确保工作面温度满足降温控制的需要，保证降温效果。...

【技术特征摘要】
1.一种深井冰冻充填体降温方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）矿井降温设计a.通过在工作面设置温度传感器，测试回采工作面温度的分布特征及变化规律；b.结合现场实践，得到一个充填步距的体积下冰冻充填体对原岩温度的影响，以及对工作面的降温效果；c.根据采空区充填入矸石的体积，计算达到降温控制值时冰冻充填体的初始温度；d.通过实验室试验，对不同粒径级配、不同充填材料条件下的冰冻充填体制冷能力、制冷时间、降温效率经行测试，得到深井冰冻充填体降温的材料配比及粒径级配；（2）充实率设计a.根据充填开采目的及控制对象得到固体充填采煤充实率的数据设计值；b.测试冰冻充填体吸热升温，发生水泥水化反应后，冻融条件下的压实力学特性；c.综合分析冰冻充填体对充实率的影响，得出充实率的工程控制值；e.通过实验室试验，对不同粒径级配...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，张吉雄，王佳奇，齐文跃，欧阳神央，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32