本发明专利技术涉及地下煤层充填开采领域，公开了一种煤层充填开采方法、一种用于煤层采空区的充填装置以及一种煤层充填开采装置。其中，所述方法包括：沿着地下煤层工作面对地下煤层进行开采，以形成位于地下煤层工作面后方的煤层采空区；在所述煤层采空区内填充充填体，以阻止所述煤层采空区地面塌陷；其中，所述充填体包括若干根垂直于水平面的柱体，若干根所述柱体在所述煤层采空区内彼此间隔分布，以部分充填所述煤层采空区。本发明专利技术提供的技术方案能够在阻止煤层采空区地面塌陷的同时，提高地下煤层充填开采的充填效率，降低充填成本。降低充填成本。降低充填成本。
【技术实现步骤摘要】
煤层充填开采方法和装置、用于煤层采空区的充填装置
[0001]本专利技术涉及煤层充填开采领域，具体地涉及一种煤层充填开采方法，此外，本专利技术还涉及一种用于煤层采空区的充填装置以及一种煤层充填开采装置。
技术介绍
[0002]充填开采是治理矿山开采沉陷、实现绿色矿山建设的最有效手段，能够最大限度地回收矿产资源，消耗固体废弃物，保护地下、地表环境，降低巷道围岩应力。国内外许多学者都对充填开采进行了大量理论研究和现场实践，但充填开采目前尚未大规模推广应用，其主要原因是充填效率滞后于工作面回采效率和高昂的生产成本。
[0003]因此，提高充填效率和降低生产成本是推广充填开采的最迫切需要解决的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了至少在一定程度上克服现有技术存在的上述问题，提供一种能够提高地下煤层充填开采的充填效率，降低充填成本的技术方案。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种煤层充填开采方法，所述方法包括：沿着地下煤层工作面对地下煤层进行开采，以形成位于地下煤层工作面后方的煤层采空区；在所述煤层采空区内填充充填体，以阻止所述煤层采空区地面塌陷；其中，所述充填体包括若干根垂直于水平面的柱体，若干根所述柱体在所述煤层采空区内彼此间隔分布，以部分充填所述煤层采空区。
[0006]优选地，若干根柱体沿着所述地下煤层工作面的倾向间隔分布，和/或，若干排柱体沿着所述地下煤层工作面的走向线间隔布置，其中，每排柱体包括沿着所述地下煤层工作面的倾向依次分布的多根柱体。
[0007]优选地，每排柱体包括沿着所述地下煤层工作面的倾向依次间隔分布的多根柱体，该多根柱体依次相连或彼此分离。
[0008]优选地，每排柱体包括沿着所述地下煤层工作面的倾向依次均匀间隔开的多根柱体，相邻两排柱体中的柱体在所述地下煤层工作面的走向线方向上彼此交错或彼此对齐。
[0009]优选地，所述柱体的横截面为圆形、椭圆形、方形、三角形、菱形或其他n边形，其中n的取值为4～100。
[0010]优选地，所述充填体的填充率在30％
‑
50％之间；和/或，所述柱体的横截面为圆形，所述柱体的高度和直径的比值在1.0～5.0之间，所述柱体的柱心距在1.0m
‑
10.0m之间。
[0011]优选地，所述柱体的柱心距在1.6m
‑
5.0m之间。
[0012]优选地，所述柱体为空心圆柱体或实心圆柱体。
[0013]优选地，所述充填体配置为，其材料支护强度同时满足如下公式
①
和公式
②
的关系：
[0014][0015][0016]其中，
[0017]P——支护强度，单位：MPa；
[0018]M——开采厚度，单位：m；
[0019]r——顶板岩石容重，单位：t/m3；
[0020]d——顶板动载系数；
[0021]a——煤层倾角，单位：
°
；
[0022]B——附加阻力系数；
[0023]n——不均衡安全系数；
[0024]k——顶板岩石碎胀系数。
[0025]优选地，所述充填体的材料为速凝膏体材料，所述速凝膏体材料达到初凝时间≤30min，终凝时间≤60min，2小时强度≥1.0Mpa，1天强度≥3.0Mpa。
[0026]本专利技术第二方面提供一种用于煤层采空区的充填装置，所述充填装置包括用于将充填体材料输送至地面下方的煤层采空区的注浆管路，以及与该注浆管路连通，以在所述煤层采空区内形成充填体的充填体模板；其中，所述充填体模板配置为，能够使得所形成的充填体包括垂直于水平面的柱体，若干根所述柱体在所述煤层采空区彼此间隔分布，以部分充填所述煤层采空区。
[0027]优选地，所述充填体模板为柔性充填体模板，以能够在所述注浆管路水平平移时，脱离所述充填体。
[0028]基于本专利技术第二方面提供的用于煤层采空区的充填装置，本专利技术实施例第三方面提供一种煤层充填开采装置，包括用于沿着地下煤层工作面对地下煤层进行开采，以形成位于地下煤层工作面后方的煤层采空区的采煤机，以及用于在所述煤层采空区内填充充填体，以阻止所述煤层采空区地面塌陷的充填装置；所述充填装置为根据本专利技术第二方面所述的充填装置。
[0029]本专利技术提供的技术方案具有如下有益效果：
[0030]本专利技术提供的煤层充填开采方法采用部分充填方法，煤层采空区的部分充填通过充填体自身的结构形式产生，充填体包括多根竖直布置且间隔分布的柱体，通过柱体的支撑作用，可以阻止采空区地面塌陷。另外，由于柱体之间彼此间隔，因此，本专利技术提供的煤层充填开采方法可以减少填充采空区所需的填充体的材料，并且提高填充效率。
[0031]进一步，这种部分充填方法与采煤机的采煤方式无关，采煤机只需要按照常规的掘进方式采煤即可，不影响采煤机的工作效率。
[0032]本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0033]图1是本专利技术第一实施例提供的煤层采空区内充填体的俯视图；
[0034]图2是图1的侧视图；
[0035]图3是本专利技术第二实施例提供的煤层采空区内充填体的俯视图；
[0036]图4是本专利技术第三实施例提供的煤层采空区内充填体的俯视图；
[0037]图5是本专利技术第四实施例提供的煤层采空区内充填体的俯视图；
[0038]图6是本专利技术图5的侧视图；
[0039]图7是本专利技术第五实施例提供的煤层采空区内充填体的俯视图；
[0040]图8是本专利技术第六实施例提供的煤层采空区内充填体的俯视图；
[0041]图9是图8的侧视图；
[0042]图10是本专利技术第七实施例提供的煤层采空区内充填体的俯视图；
[0043]图11是本专利技术第八实施例提供的煤层采空区内充填体的俯视图；
[0044]图12是本专利技术实施例提供的煤层工作面的参数示意图；
[0045]图13是本专利技术实施例提供的柔性充填体模板的其中一实施例的结构示意图。
[0046]附图标记说明
[0047]1‑
柱体；2
‑
工作面；3
‑
煤层采空区；4
‑
地下煤层工作面的走向线；5
‑
地下煤层工作面的倾向；6
‑
水平面；7
‑
充填体模板。
具体实施方式
[0048]在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所指的上、下、左、右。“内、外”是指相对于部件本身轮廓的内、外。
[0049]参阅图1
‑
图12，本专利技术实施例第一方面提供一种煤层充填开采方法，所述方法包括：通过采煤机沿着地下煤层工作面2对地下煤层进行开采，以形成位于地下煤层工作面2后方的煤层采空区3；在所述煤层采空本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种煤层充填开采方法，其特征在于，所述方法包括：沿着地下煤层工作面对地下煤层进行开采，以形成位于地下煤层工作面后方的煤层采空区；在所述煤层采空区内填充充填体，以阻止所述煤层采空区地面塌陷；其中，所述充填体包括若干根垂直于水平面的柱体，若干根所述柱体在所述煤层采空区内彼此间隔分布，以部分充填所述煤层采空区。2.根据权利要求1所述的煤层充填开采方法，其特征在于，若干根柱体沿着所述地下煤层工作面的倾向间隔分布，和/或，若干排柱体沿着所述地下煤层工作面的走向线间隔布置，其中，每排柱体包括沿着所述地下煤层工作面的倾向依次分布的多根柱体。3.根据权利要求2所述的煤层充填开采方法，其特征在于，每排柱体包括沿着所述地下煤层工作面的倾向依次间隔分布的多根柱体，该多根柱体依次相连或彼此分离。4.根据权利要求2所述的煤层充填开采方法，其特征在于，每排柱体包括沿着所述地下煤层工作面的倾向依次均匀间隔开的多根柱体，相邻两排柱体中的柱体在所述地下煤层工作面的走向线方向上彼此交错或彼此对齐。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的煤层充填开采方法，其特征在于，所述柱体的横截面为圆形、椭圆形、方形、三角形、菱形或其他n边形，其中n的取值为4～100。6.根据权利要求5所述的煤层充填开采方法，其特征在于，所述充填体的填充率在30％
‑
50％之间；和/或，所述柱体的横截面为圆形，所述柱体的高度和直径的比值在1.0～5.0之间，所述柱体的柱心距在1.0m
‑
10.0m之间。7.根据权利要求5所述的煤层充填开采方法，其特征在于，所述柱体的柱心距在1.6m
‑
5.0m之间。8.根据权利要求5所述的煤层充填开采方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：张栋，梁文斌，周保精，董阳，王霞，左然芳，巩思宇，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：
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