专利名称：一种采空区局部充填控制地表沉陷的方法
技术领域：
本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其是一种适用于矿井“三下”压煤开采、煤层顶板较稳定的采空区局部充填控制地表沉陷的方法。
背景技术：
我国生产矿井“三下”压煤约为140亿t，可供10个年产1000万t的矿井生产140a，其中建筑物下压煤约为90亿t。如何合理解决建筑物下压煤开采问题一直是困扰中国煤矿企业的重要课题之一。针对采后地面沉陷控制，国内外主要从减沉开采和采空区顶板覆岩移动控制两方面入手 减沉开采技术主要包括条带开采和房柱式开采两种，条带开采是把开采的煤层划分成较正规的条带，然后采一条留一条，以此来减少地表下沉。这种技术在我国应用较多，其最大优点是能沿用现有采煤工艺，成本增加少、便于生产管理，同时对减小地表沉降有明显作用，其缺点主要表现为采出率低(一般为309Γ509Ο，资源损失严重。房柱式开采是美国、澳大利亚、南非等国应用比较成熟的一种采煤技术，既是一种常规采煤方法，也是地表沉陷控制的开采手段，该方法在我国部分矿区有应用，其经济效益较好，其缺点是资源采出率低，通风条件差，仅适用于地质条件相对简单的煤层；
采空区顶板覆岩移动控制技术主要包括全部充填技术、部分充填技术、离层注浆技术、冒落区充填注浆技术。全部充填技术是利用充填材料充入采空区形成充填体，以此阻止顶板垮落，限制顶板移动，该方法能有效减小地表下沉和提高煤炭采出率，但因其成本较高而受到很大限制。部分充填技术是对采空区的局部或离层区与冒落区进行充填，靠覆岩关键层结构、充填体及部分煤柱共同支撑覆岩来控制开采沉陷。离层注浆技术则从岩层内部移动规律出发，确定采后覆岩离层位置，从地表钻孔向离层内充填粉煤灰等介质，从而达到控制地表沉陷的目的，该方法可实现地表注浆与地下开采平行作业，互不干扰，但因离层位置和离层量难于准确判断而在应用上受到限制。冒落区注浆充填技术是在采空区冒落矸石未被压实前注入浆液予以充填加固，以此来支撑覆岩，从而减缓地表沉陷，该技术尚处于在研究阶段，尚未得到广泛应用。从理论上来说，采用充填开采技术将煤矸石等固体废弃物作为主要充填材料充填到井下，一方面可以减少矸石等废物排放，另一方面可以减缓开采沉陷，实现建筑物下压煤开采，符合煤炭循环经济和绿色开采的要求。但如何发展适合煤矿特点与要求的充填开采技术的问题仍有待解决，其中如何降低充填开采成本，是煤矿充填开采技术需要解决的关键问题。煤矿充填开采技术的研究应充分利用煤系层状岩层移动规律与控制特点。有关研究证明，覆岩主关键层对地表移动过程起控制作用，主关键层的破断将导致地表快速下沉及下沉量的明显增大，地表下沉速度随主关键层周期性破断而呈现跳跃性变化。因而，控制主关键层就可以有效地控制地表沉陷。
发明内容
技术问题本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种方法简单、操作方便、成本低的采空区局部充填控制地表沉陷的方法。技术方案本发明的采空区局部充填控制地表沉陷的方法，包括如下步骤
a.在工作面运输平巷中布置混凝土输送管道，同时在井下工作面设备列车上安装混凝土输送泵，在工作面液压支架尾梁上吊挂与混凝土输送管道相连接的充填管道，在工作面上下端头液压支架之间间隔设置多个充填区域，在每个充填区域对应的充填管道位置设置卸料口 ；
b.从开切眼起，随着采煤机开始割煤到工作面液压支架移架过程中，在工作面液压支架后方的顶板上间隔悬挂金属网，在金属网内设置充填袋；
c.当采煤机割完一刀煤并斜切进刀后停止割煤，打开混凝土输送泵，通过混凝土输送管道经充填管道将混凝土输送至充填区域；
d.依次打开每个充填区域充填管道上的卸料口，向金属网内设置的充填袋中充填混凝土至接顶，并封闭充填袋；
e.采煤机继续割下一刀煤，在紧靠已充填的充填区域两侧的顶板上续挂金属网，并在金属网内设置充填袋，重复步骤C、d，完成一个充填循环，在与工作面平行的采空区内形成一排充填体；
f.采煤机连续割煤4飞刀后，重复步骤C、d、e，继续下一循环的充填作业，周而复始，直至完成整个采空区的充填作业，使采空区形成多排充填体。有益效果本发明在条带充填的基础上，采用部分充填开采方式，可以减少充填材料的用量和充填量，降低充填成本。通过改变充填体的布置方式，对采空区顶板均匀相间支撑，有利于顶板及关键层的稳定。在采空区内均匀相间布置矩形区域的充填体，既减少了充填量，降低了充填成本，提高了采出率，同时提高了覆岩关键层的稳定性，从而可以有效地控制地表沉陷。其方法简单、成本低。
图1是本发明的综采工作面采空区局部充填布局示意图。图中1-工作面轨道平巷，2-工作面运输平巷，3-混凝土输送管道，4-充填管道，5-卸料口，6-工作面刮板输送机，7-采煤机，8-运输平巷胶带输送机，9-设备列车，10-充填体。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述
本发明的采空区局部充填控制地表沉陷的方法
a.首先在工作面运输平巷2中布置混凝土输送管道3，同时在井下工作面设备列车9上安装混凝土输送泵，在工作面液压支架尾梁上吊挂与混凝土输送管道3相连接的充填管道4，在工作面上下端头液压支架之间间隔设置多个充填区域，在每个充填区域对应的充填管道4位置设置有卸料口 5;b.从开切眼起，随着采煤机开始割煤到工作面液压支架移架过程中，在工作面液压支架后方的顶板上间隔悬挂金属网，并在金属网内设置充填袋，所述的金属网在垂直于工作面推进方向一侧的长度为Γ5 m，平行于推进方向两侧的宽度为O. 6^0. 8 m ；
c.当采煤机割完一刀煤并斜切进刀后停止割煤，打开混凝土输送泵，通过混凝土输送管道3经充填管道4将混凝土输送至充填区域；
d.依次打开每个充填区域充填管道4上的卸料口5，向金属网内设置的充填袋中充填混凝土至接顶，并封闭充填袋；
e.采煤机继续割下一刀煤，在紧靠已充填的充填区域两侧的顶板上续挂金属网，并在金属网内设置充填袋，重复步骤C、d，完成一个充填循环，在与工作面平行的采空区内形成一排充填体10，所述的充填循环步距为1. 2^1. 6 m，可以根据现场实际情况调整，最终形成 具有一定强度充填体10 ；
f.采煤机连续割煤4飞刀后，推进长度为2.Γ4 m，可以根据实际情况调整，重复步骤
c、d、e，继续下一个循环的充填作业，周而复始，直至完成整个采空区的充填作业，使采空区形成多排充填体10。
权利要求
1.一种采空区局部充填控制地表沉陷的方法，其特征在于，包括如下步骤 a.在工作面运输平巷(2)中布置混凝土输送管道(3)，同时在井下工作面设备列车上安装混凝土输送泵，在工作面液压支架尾梁上吊挂与混凝土输送管道(3)相连接的充填管道(4)，在工作面上下端头液压支架之间间隔设置多个充填区域，在每个充填区域对应的充填管道(4)位置设置卸料口(5); b.从开切眼起，随着采煤机开始割煤到工作面液压支架移架过程中，在工作面液压支架后方的顶板上间隔悬挂金属网，在金属网内设置充填袋； c.当采煤机割完一刀煤并斜切进刀后停止割煤，打开混凝土输送泵，通过混凝土输送管道(3)经充填管道(4)将混凝土输送至充填区域； d.依次打开每个充填区域充填管道(4)上的卸料口(5)，向金属网内设置的充填袋中充填混凝土至接顶，并封闭充填袋； e.采煤机继续割下一刀煤，在紧靠已充填的充填区域两侧的顶板上续挂金属网，并在金属网内设置充填袋，重复步骤C、d，完成一个充填循环，在与工作面平行的采空区内形成一排充填体(10)； f.采煤机连续割煤4飞刀后，重复步骤c、d、e，继续下一循环的充填作业，周而复始，直至完成整个采空区的充填作业，使采空区形成多排充填体(10)。
全文摘要
一种采空区局部充填控制地表沉陷的方法，从开切眼起，随着采煤机开始割煤到工作面液压支架移架过程中，在工作面液压支架后方的顶板上间隔悬挂金属网，并设置充填袋；当采煤机割完一刀后停止割煤，依次向金属网内设置的充填袋中充填混凝土至接顶；采煤机继续割下一刀煤，在紧靠已充填的充填区域两侧的顶板上续挂金属网，继续充填完成一个循环的充填作业，在与工作面平行的采空区内形成一排充填体；采煤机连续割煤4~5刀后，再继续下一循环的充填作业，周而复始，直至完成整个采空区的充填作业，使采空区形成多排充填体。其方法简单易行，充填成本低，对采空区顶板均匀相间支撑，有利于上覆岩层特别是关键层的稳定，有效防治了地表沉陷和建筑物损害。
文档编号E21F15/06GK103016053SQ20121052044
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者马立强, 曹新奇, 李盼 申请人:中国矿业大学