一种采煤工作面矸石浆体管道协同充填方法与流程

本发明属于采矿技术领域，具体涉及一种采煤工作面矸石浆体管道协同充填方法，既可用传统采煤工作面采空区处理矸石，又可在综采放顶煤工作面采空区进行处理矸石。

背景技术：

目前我国煤矿采用的煤矸石主流处理方式有综合机械化固体充填开采、膏体充填开采、连采连充等方法，其综合机械化固体充填开采方法需增加一套矸石井下运输系统及充填采煤支架，项目投资大、矿建准备时间长；膏体充填开采是将矸石破碎后与粉煤灰、水泥等添加剂加工成膏状流体注入采空区的方法，该方法充填成本高、易堵管、工艺复杂；连采连充是将矸石直接抛至井下巷道，其矸石处理量低，不能满足矸石产量大的矿井。同时，上述煤矸石的处理方式都只适用于传统采煤工作面，不能适用综放采煤工作面。因此，有必要研发一种高效、安全、低成本，且能适应多种采煤工作面的矸石处理方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种采煤工作面矸石浆体管道协同充填方法，其能够在不影响煤矿正常生产的情况下，高效、绿色，低成本的将矸石充填至采空区。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种采煤工作面矸石浆体管道协同充填方法，该方法包括：每隔相同距离在辅运巷煤柱侧钻进邻位注浆钻孔，并下放邻位注浆管，然后在辅运巷煤柱侧邻位注浆管处安装三通接头，连接辅运巷煤柱侧管道挂钩上的低位灌浆管；随着采煤工作面的推进，利用邻位灌浆管对邻位采空区进行超前邻位注浆，利用低位灌浆管对本工作面采空区进行滞后低位灌浆。

本发明进一步的改进在于，相邻邻位注浆钻孔的间距为40m，即每节低位灌浆管的长度也为40m。

本发明进一步的改进在于，二通接头和三通接头用于连接邻位注浆管和低位灌浆管，其邻位注浆管上安装有阀门、流量表和加压器，低位灌浆管上安装有阀门和流量表。

本发明进一步的改进在于，管道挂钩为鱼钩型，由锚固钉、钩槽和滚珠组成，锚固钉用于将管道挂钩固定在辅运巷煤柱侧煤壁的五分之四处，钩槽用于放置低位注浆管，滚珠将随着低位灌浆管的拉动而滚动。

本发明进一步的改进在于，随着工作面的回采，每推进40m在辅运巷内构筑一个挡墙，且该挡墙滞后邻位注浆钻孔1m。

本发明进一步的改进在于，矸石浆体管道协同充填工艺包括以下步骤：

a.当采煤工作面从开切眼处开始回采时，打开所有低位灌浆管的阀门，同时打开1号邻位注浆管的阀门，开始对邻位采空区进行注浆；

b.当采煤工作面推进至37m时，即滞后1号邻位注浆管3m时，关闭1号邻位注浆管和1号低位灌浆管的阀门，并拆掉二通接头，同时打开2号邻位注浆管的阀门，继续对邻位采空区进行注浆；

c.当采煤工作面推进至41m时，即超前1号邻位注浆管1m时，开始在辅运巷内构筑挡墙；

d.当采煤工作面推进至60m时，即超前1号邻位注浆管20m时，打开1号低位灌浆管的阀门，开始对本工作面采空区进行注浆；

e.当采煤工作面推进至77m时，即滞后2号邻位注浆管3m时，关闭2号邻位注浆管和2号低位灌浆管的阀门，拆掉三通接头，并抽取1号低位灌管，同时打开3号邻位注浆管的阀门，继续对邻位采空区进行注浆；

f.当采煤工作面推进至81m时，即超前2号邻位注浆管1m时，开始在辅运巷内构筑挡墙；

g.当采煤工作面推进至100m时，即超前2号邻位注浆管20m时，打开2号低位灌浆管的阀门，继续对本工作面采空区进行注浆；

h.当采煤工作面推进至117m时，即滞后3号邻位注浆管3m时，关闭3号邻位注浆管和3号低位灌浆管的阀门，拆掉三通接头，并抽取2号低位灌管，同时打开4号邻位注浆管的阀门，继续对邻位采空区进行注浆，如此周而复始，直至采煤工作面推进至停采线，完成邻位注浆和低位灌浆的矸石浆体管道充填。

本发明至少具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种采煤工作面矸石浆体管道协同充填方法，是在工程实践和跨领域技术调研基础上，融合长距离管道输送技术、煤矿灌浆技术、离层注浆技术、采动覆岩钻进技术、地下水库技术的实践和创新，提出的在煤矿采空区采用浆体管道同时以邻位注浆充填和低位灌浆充填的方式对煤矸石进行充填，实现矸石的高效、低成本排放。一方面，采用该种浆体管道协同充填方法能够同时处理煤矸石和矿井水，实现绿色开采，且能够在不影响煤矿正常生产的情况下，高效、绿色的处理煤矸石和矿井水，保护地区生态环境；另一方面，该种浆体管道协同充填方法能够显著提高煤矸石充填效率，降低充填成本。

附图说明

图1是本发明采煤工作面矸石浆体管道协同充填方法平面示意图；

图2是本发明采煤工作面矸石浆体管道协同充填方法平面示意图的a-a剖面图；

图3是本发明采煤工作面矸石浆体管道协同充填方法平面示意图的b-b剖面图；

图4是本发明管道挂钩示意图；

图5是本发明三通接头连接示意图；

图6是本发明二通接头连接示意图；

附图标记说明：

1—运煤巷，2—辅运巷，3—采煤工作面，4—本工作面采空区，5—二通接头，6—挡墙，7—1号低位灌浆管，8—三通接头，9—2号低位灌浆管，10—3号低位灌浆管，11—4号低位灌浆管，12—1号邻位注浆管，13—2号邻位注浆管，14—3号邻位注浆管，15—4号邻位注浆管，16—煤柱，17—邻位采空区，18—矸石浆体，19—锚固钉，20—钩槽，21—滚珠，22—管道挂钩，23—邻位注浆管阀门，24—邻位注浆管流量表，25—邻位注浆管加压器，26—低位灌浆管阀门，27—低位灌浆管流量表。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。

如图所示，本发明提供的一种采煤工作面矸石浆体管道协同充填方法，其工艺流程为：每隔相同距离在辅运巷2煤柱侧钻进邻位注浆钻孔，并分别下放1号邻位注浆管12、2号邻位注浆管13、3号邻位注浆管14和4号邻位注浆管15，然后在辅运巷2煤柱侧邻位注浆管处安装二通接头5和三通接头8，二通接头5用于连接1号低位灌浆管7和1号邻位注浆管12，三通接头8用于连接1号低位灌浆管7、2号低位灌浆管9和1号邻位注浆管13(或连接2号低位灌浆管9、3号低位灌浆管10和2号邻位注浆管14，或连接3号低位灌浆管10、4号低位灌浆管11和4号邻位注浆管15，其锚固钉19将管道挂钩22固定在辅运巷2煤柱侧上，并将1号低位灌浆管7、2号低位灌浆管9、3号低位灌浆管10和4号低位灌浆管11钩挂在辅运巷2煤柱侧上；随着与运煤巷1相邻的采煤工作面3的推进，交错接替利用1号低位灌浆管7、2号低位灌浆管9、3号低位灌浆管10和4号低位灌浆管11将矸石浆体18滞后灌入本工作面采空区4，利用1号邻位注浆管12、2号邻位注浆管13、3号邻位注浆管14和4号邻位注浆管15将矸石浆体18超前注入邻位采空区17。

其中，管道挂钩22中的钩槽20用于放置低位灌浆管，滚珠21的作用在于减小低位灌浆管抽取过程中的摩擦阻力；挡墙6用于限制矸石浆体18流入采煤工作面3；邻位注浆管阀门23和低位灌浆管阀门26分别用于控制邻位注浆和低位灌浆的时机，邻位注浆管流量表24和低位灌浆管流量表27分别用于监测邻位注浆和低位灌浆的注浆量，邻位注浆管加压器25用于调节邻位注浆管内的压力。

实施例

内蒙地区某矿工作面煤层埋深为350～400m，煤层平均厚度3.5m，工作面长度为254m，辅运巷宽5.0m，高3.5m，相邻工作面间的煤柱为20m，邻位工作面弧形三角块长度约14.5m，邻位工作面采空区垮落带高度约11.8m。

1.在辅运巷煤柱侧的煤壁上每隔40m向邻位采空区仰上20°钻进邻位注浆钻孔，钻进长度约35m，完毕后下放邻位注浆管；

2.在辅运巷煤柱侧的2.8m煤壁处每隔10m安装一个管道挂钩，并将低位灌浆管放置管道管沟上；

3.分别将邻位注浆管和低位灌浆管用二通接头或三通接头连接；

4.当采煤工作面从开切眼处开始回采时，打开所有低位灌浆管的阀门，同时打开1号邻位注浆管的阀门，开始对邻位采空区进行注浆；

5.当采煤工作面推进至37m时(滞后1号邻位注浆管3m时)，关闭1号邻位注浆管和1号低位灌浆管的阀门，并拆掉二通接头，同时打开2号邻位注浆管的阀门，继续对邻位采空区进行注浆；

6.当采煤工作面推进至41m时(超前1号邻位注浆管1m时)，开始在辅运巷内构筑挡墙；

7.当采煤工作面推进至60m时(超前1号邻位注浆管20m时)，打开1号低位灌浆管的阀门，开始对本工作面采空区进行注浆；

8.当采煤工作面推进至77m时(滞后2号邻位注浆管3m时)，关闭2号邻位注浆管和2号低位灌浆管的阀门，拆掉三通接头，并抽取1号低位灌管，同时打开3号邻位注浆管的阀门，继续对邻位采空区进行注浆；

9.当采煤工作面推进至81m时(超前2号邻位注浆管1m时)，开始在辅运巷内构筑挡墙；

10.当采煤工作面推进至100m时(超前2号邻位注浆管20m时)，打开2号低位灌浆管的阀门，继续对本工作面采空区进行注浆；

11.当采煤工作面推进至117m时(滞后3号邻位注浆管3m时)，关闭3号邻位注浆管和3号低位灌浆管的阀门，拆掉三通接头，并抽取2号低位灌管，同时打开4号邻位注浆管的阀门，继续对邻位采空区进行注浆，如此周而复始，直至采煤工作面推进至停采线，完成邻位注浆和低位灌浆的矸石浆体管道充填。