煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法，根据煤矿不同程度开采扰动空间，使用固体、流体等多种形式充填方法，在地面与井下布置高位、中位及低位不同空间层位立体全覆盖的充填系统，各层位的充填系统遵照科学的采充匹配关系，在合理的充填时机承担主充、辅充及补充等不同要求的充填定位，通过多种形式充填方法及不同空间层位充填系统形成多种形式组合的立体充填模式。适用于“三下”压煤解放、遗留煤柱复采、煤基固废处置、优质煤炭产能提升、矿山绿色高效开采促进等矿山场景使用，可实现共同精准协同控制岩层运动及控制地表变形、处理大宗煤基固废处置、地热存储及CO2封存等功能充填等多重目的。封存等功能充填等多重目的。封存等功能充填等多重目的。

【技术实现步骤摘要】
煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法


[0001]本专利技术涉及煤矿开采
，具体涉及一种煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法，尤其适用于“三下”压煤解放、遗留煤柱复采、煤基固废处置、优质煤炭产能提升、矿山绿色高效开采促进等矿山场景使用。

技术介绍

[0002]通常情况下，一般采用条带充填开采、采空区流体或固体充填或覆岩离层注浆充填开采方法解决“三下”压煤解放、遗留煤柱复采问题。但是条带充填开采置换遗留煤柱时会出现地表沉降继续扩大的现象；采空区固体或流体充填开采因工艺技术和地质条件等原因难以达到设计充实率；另外，（隔离煤柱）覆岩离层注浆充填开采技术对地表沉降的控制效果有限，难以达到控制目标。
[0003]综上，利用覆岩离层注浆充填技术和条带充填开采技术解放建下“三下”压煤控制指标沉陷的效果不佳，而利用采空区流体或固体充填开采技术又难以达到设计充实率，并且采空区充填技术存在采充干扰现象严重影响生产效率。
[0004]另外，上述常规技术各有优缺点，但还未形成优势互补的有机组合，上述不同充填技术均仅处理某一层位因采动引起的部分采空空间，未能形成井上下立体全覆盖充填方法。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种可充分利用现有成熟充填技术和控制地表沉陷的有效充填空间、可协调充填地表控制和开采效率、可提高煤炭资源的回采率的煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法。
[0006]为了实现这一目的，本专利技术采用的技术方案是：一种煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法，将不同扰动程度的采动空间作为充填目标空间，使用固体或流体多种形式组合的充填方法，在地面与井下布置高位、中位及低位不同空间层位的充填系统，不同层位的充填系统在合理的充填时机实施充填，并遵照采充匹配关系，不同层位的充填系统分别承担主充、辅充及补充不同要求的岩层控制、固废处置及功能充填定位，共同协同控制不同层位的岩层运动进而控制地表变形或利用采动空间实施固废处置与功能充填，采用多种形式充填方法及不同空间层位选择形成多个立体充填模式组合。应用于“三下”压煤解放、遗留煤柱复采、煤基固废处置、优质煤炭产能提升、矿山绿色高效开采促进等矿山场景。
[0007]优选地，所述不同扰动程度的采动空间共包含三类，矿井自下而上，分别为低位采动空间（即采空区和垮落带）、中位采动空间（即裂隙带）、高位采动空间（即离层带），所述低位采动空间和中位采动空间通常在工作面开采后随即出现，所述高位采动空间经历多个面开后延迟出现。
[0008]优选地，所述多种形式组合的充填方法包含低位充填方法（即采场原位充填方
法）、中位充填方法（即采面临近位充填方法）以及高位充填方法（即采区高远位充填方法）；所述低位充填方法包含采场壁后全断面平向的固体或流体面充、采场采掘平行的巷充和采场壁后沿巷穿向流体域充；所述中位充填方法包含中位工艺巷下向灌注或孔注；所述高位充填方法包含地面下向垂直或定向孔注。
[0009]优选地，所述不同空间层位的充填方法对应充填系统包含低位充填系统、中位充填系统、高位充填系统；所述低位充填系统采用采充一体的面充、巷注、域充；所述中位充填系统采用采充分离的灌注或孔注；所述高位充填系统采用采充分隔的地面下向垂直或定向孔注。
[0010]优选地，所述充填方法的应用场景、的充填时机和采充匹配关系为：所述低位充填系统普遍适用，且随采随充、采充平行，采用一采一充的采充匹配关系一个采空区、一段巷道或一块沿巷区域对应一个面充、巷注或域充系统；所述中位充填系统适用于低位充填不密实、存在裂隙带的应用场景，且采充分离、及时再充、适当延迟；实行“三采一充”的采充匹配机制， 2~3个采空区巷道或沿巷区域，对应一个中位工艺巷下向灌注或孔注系统；所述高位充填系统适用于低中位充填不密实，存在离层带的应用场景，且采充分隔、择机再充、明显滞后，实行“多采一充”的采充匹配机制，多个面开采后，且在下位已充条件下，再行发育至离层区，对应一个地面下向垂直或定向孔注系统。
[0011]优选地，所述不同空间层位充填方法的岩层控制，所述低位充填方法起“主充”作用，主要限制60%以上的岩层运动与固废处置，80%以上的储能等功能充填；所述中位充填方法起“辅充”作用，辅助限制20~30%的岩层运动与固废处置，10~20%的储能等功能充填；所述高位充填方法起“补充”作用，阻隔岩层破断发育至关键层，限制10~20%的岩层运动。
[0012]优选地，所述立体充填模式组合包括：低位配合中位组合模式，该模式包括但不限于下述三种井下上立体全覆盖充填模式组合：采用低位固体面充配合中位工艺巷下向灌注或孔注、低位流体面充配合中位工艺巷下向灌注或孔注、低位采掘平行的巷充配合中位工艺巷下向灌注或孔注中的任意一个方式；中位配合高位组合模式，该模式包括但不限于下述井下上立体全覆盖充填模式组合：采用中位工艺巷下向灌注或孔注配合高位地面下向垂直或定向孔注；低位配合高位组合模式，该模式包括但不限于下述九种井下上立体全覆盖充填模式组合：采用低位回采巷上向孔注配合高位地面下向垂直或定向孔注、低位固体面充配合高位地面下向垂直或定向孔注、低位流体面充配合高位地面下向垂直或定向孔注、低位回采巷上向孔注配合高位地面下向垂直或定向孔注、低位回采巷上向孔注配合高位地面下向垂直或定向孔注、低位回采巷上向孔注配合高位地面下向垂直或定向孔注、低位固体面充配合中位工艺巷下向灌注或孔注及高位地面下向垂直或定向孔注、低位流体面充配合中位工艺巷下向灌注或孔注及高位地面下向垂直或定向孔注、低位采掘平行的巷充配合中位工艺巷下向灌注或孔注及高位地面下向垂直或定向孔注中的任意一个方式。
[0013]本专利技术的有益效果：本专利技术与现有技术相比有以下优点：1）井上下全覆盖立体充填开采模式克服了传统原位充填开采效率与充实率难以协调的难题以及单独实施高位离层注浆充填方法控制地表沉降效果不佳的难题，补充了裂隙带中位采动空间注浆充填方
法，完善了煤基固废处置和岩层控制技术体系；2）井上下全覆盖立体充填开采模式，减小了采充相互干扰的时间，充分利用采动引起各层位可充填空间增加了煤基固废处置空间，提高了开采效率，增强了岩层运动控制效果，在本
内具有广泛的实用性；3）适用于“三下”压煤解放、遗留煤柱复采、煤基固废处置、优质煤炭产能提升、矿山绿色高效开采促进等矿山场景使用；4）充分利用我国矿山大规模开采后的采动空间，实现处理大宗煤基固废、地热存储及CO2封存、共同精准协同控制岩层运动及控制地表变形等多重目的。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法原理图；图2是煤矿采动空间井上下立体全覆盖充填开采模式构建流程图；图中：1
‑
注浆管道；2
‑
勘探/观测孔；3
‑
制浆系统；4
‑
注浆定向钻孔；5
‑
注浆垂直孔；
Ⅰ‑
主关键层；
Ⅱ‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法，其特征在于：将不同扰动程度的采动空间作为充填目标空间，使用固体或流体多种形式组合的充填方法，在地面与井下布置高位、中位及低位不同空间层位的充填系统，不同层位的充填系统在合理的充填时机实施充填，并遵照采充匹配关系，不同层位的充填系统分别承担主充、辅充及补充不同要求的岩层控制、固废处置及功能充填定位，共同协同控制不同层位的岩层运动进而控制地表变形或利用采动空间实施固废处置与功能充填，采用多种形式充填方法及不同空间层位选择形成多个立体充填模式组合。2.根据权利要求1所述的煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法，其特征在于：所述不同扰动程度的采动空间共包含三类，矿井自下而上，分别为低位采动空间、中位采动空间、高位采动空间，所述低位采动空间和中位采动空间通常在工作面开采后随即出现，所述高位采动空间经历多个面开后延迟出现。3.根据权利要求1所述的煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法，其特征在于：所述多种形式组合的充填方法包含低位充填方法、中位充填方法以及高位充填方法；所述低位充填方法包含采场壁后全断面平向的固体或流体面充、采场采掘平行的巷充和采场壁后沿巷穿向流体域充；所述中位充填方法包含中位工艺巷下向灌注或孔注；所述高位充填方法包含地面下向垂直或定向孔注。4.根据权利要求3所述的煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法，其特征在于：所述不同空间层位的充填方法对应充填系统包含低位充填系统、中位充填系统、高位充填系统；所述低位充填系统采用采充一体的面充、巷注、域充；所述中位充填系统采用采充分离的灌注或孔注；所述高位充填系统采用采充分隔的地面下向垂直或定向孔注。5.根据权利要求3所述的煤矿采动空间井下上立体全覆盖建构充填开采方法，其特征在于：所述充填方法的充填时机和采充匹配关系为：所述低位充填系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，宗庭成，张吉雄，崔鹏飞，王云搏，李凤铭，巨峰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：