一种浅埋煤层保水开采与地下水库构建一体方法

1.本发明涉及煤矿保水开采领域，具体为一种浅埋煤层保水开采与地下水库构建一体方法。


背景技术：

2.我国井工煤矿开采集约化水平不断提高，成为提高煤矿安全保障程度、资源回收率和经济效益的重要途径。高强度开采是集约化开采的重要方式，但带来的地表沉降快和变形大，进而损伤生态问题亟待解决。我国煤炭赋存与生态环境容量分布不均衡，神东矿区为代表的西部晋陕蒙宁甘煤炭产量占全国的3/4，但该区域生态脆弱、水资源匮乏，高强度开采又造成了地下水流失与破坏，加剧了矿区及周边的沙漠化、荒漠化。矿区地表生态损伤源于煤炭开采引起的覆岩变形、破断、运动造成的下位岩层采动损伤和由此造成的上位岩层和地表层传递损伤。因此，矿区生态修复的根本在于从开采源头最大限度的减少对地表生态的损伤，关键在于充分利用开采对覆岩和地表的损伤规律，实现人为对损伤传导进行控制，进而实现地表生态高效修复与高强度开采相协调。但是现有技术中从源头控制地表损伤的井下矸石充填开采、高水充填开采、膏体充填开采由于充填量大，充填成本高、工序复杂等无法适应高强度开采的要求。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出一种浅埋煤层保水开采与地下水库构建一体方法，包括如下步骤：
4.a、采区规划，将具有导水危险的断层布置于区段煤柱内，掘进工作面两侧的回风巷道与运输巷道并开切眼连通，在回风巷道、运输巷道和切眼的煤柱壁面喷射混凝土并做防水处理；
5.b、在上侧的回风巷道内，且在收作线与上山之间的煤柱内施工两个硐室，其一作为预制块临时存储空间，其二作为膏体充填转运站，自地面施工充填井至该膏体充填转运站，自充填转运站铺设充填管路至充填施工区域；
6.c、煤层原始采高m，距离含水层的距离为h；确定煤层临界采高为mc，使得在该临界采高下导水裂隙区高度hd《h；即使得导水裂隙区不沟通含水层，并在含水层与导水裂隙区之间留设一定厚度的保护层；
7.d、工作面自切眼向前沿走向推进，与此同时在液压支架后面的煤层底板上以及下部对应的运输巷道底板上铺设一层厚度为m-mc的预制块；所述预制块为“ii”或“iii”形，且整体呈长方体结构，包括顶板、底板以及连接两者的竖向支撑板；同一块预制块的竖向支撑板之间、相邻的两块预制块的相邻竖向支撑板之间形成充填腔体；铺设的预制块的长度方向沿倾向成列布置，上下相邻的充填腔体连通，最终充填腔体的开口位于回风巷道内，即将充填施工区域设置于回风巷道，所有相邻预制块之间进行密封处理；
8.优选的，相邻的预制块采用榫接方式固定，在相邻预制块的顶板和底板侧部设置
榫接区，在榫接区中部设置用于榫接的凹槽与凸块。进一步的，在榫接区上部设置密封胶条与密封槽，在榫接区下部设置充填密封槽，在预制块铺设后再充填密封材料进行密封。
9.优选的，所述预制块自回风巷道向运输巷道方向运输，每列实现自运输巷道向回风巷道方向的自下而上的铺设。进一步的，在液压支架后方铺设沿倾向的轨道，所述轨道包括多段，每段轨道下部设置有可沿倾向和走向移动的滚轮，上部设置有沿倾向滚动的固定滚轮，方便预制块在固定滚轮上向下移动至预定位置，之后自下而上依次向液压支架方向移动各段轨道，进行下一列预制块的铺设。
10.e、对步骤d中铺设好的预制块的充填腔体进行充填，然后在回风巷道底板上接续铺满预制块并充填，并保证在每次的周期来压之前向充填腔体内注满膏体充填材料；
11.优选的，在周期来压之前膏体充填材料达到凝结。
12.所述膏体充填材料主要采用的原料为煤矸石、粉煤灰、洗选尾矿、风积沙中的一种或多种。
13.f、如此往复直至采完本工作面；
14.g、在收作线靠近上山侧的煤柱壁面喷射混凝土并做防水处理，在收作线处封闭回风巷道与运输巷道形成一个地下水库；
15.h、自地面施工注水井与抽水井至地下水库内，注水井靠近回风巷道侧，抽水井靠近运输巷道侧。
16.优选的，在注水井与抽水井内设置有套管，所述套管在地下水库内的部分为花管。
17.有益效果：本发明涉及一种浅埋煤层保水开采与地下水库构建一体方法，创造性的提出对采空区垮落带进行部分充填来减小实际采高以减小对含水层的损伤，实现保水开采，同时解决了全部充填成本高效率低工作量大的问题。进一步的，本发明创造性的给出了一种采空区垮落带部分充分方法，在液压支架后面的煤层底板上沿倾向成列铺设一层ii或iii形预制块，采用预制块且包含充填腔体保证施工效率且施工轻便，而充填腔体充填后还能够保证强度；将充填施工区域设置在回风巷道，可以提高施工效率，减小与采煤的干扰，并可利用自重实现一定的自流；而设计的特殊结构的轨道可以大大提高预制块的铺设效率，减小劳动量。此外给出了充填时机，即在周期来压之前膏体充填材料达到凝结，避免顶板垮落压坏空心的预制块。与此同时，铺设的预制块形成底板隔水层、结合对周向煤壁的防水处理，最终在圆台状的导水裂隙区内形成一个地下水库，实现保护开采与地下水库构建一体。
附图说明
18.图1为保水开采与地下水库构建一体方法示意图；
19.图2为保水开采与地下水库构建完成的示意图；
20.图3为ii型预制块垂直于长度方向的剖面；
21.图4为图3中榫接区放大图；
22.图中，1-地表；2-含水层；3-保护层；4-区段煤柱；5-工作面；6-导水裂隙区；7-岩层垮落分界线；8-预制块；81-顶板、82-底板；83-竖向支撑板；84-榫接区；841-密封胶条与密封槽；842-凹槽与凸块；843-充填密封槽；85-充填腔体；9-地下水库；10-注水井；11抽水井。
具体实施方式
23.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。
24.如图1-4所示，一种浅埋煤层保水开采与地下水库构建一体方法，包括如下步骤：
25.a、采区规划，将具有导水危险的断层布置于区段煤柱4内，掘进工作面5两侧的回风巷道与运输巷道并开切眼连通，在回风巷道、运输巷道和切眼的煤柱壁面喷射混凝土并做防水处理；
26.b、在上侧的回风巷道内，且在收作线与上山之间的煤柱内施工两个硐室，其一作为预制块临时存储空间，其二作为膏体充填转运站，自地面施工充填井至该膏体充填转运站，自膏体充填转运站铺设充填管路至充填施工区域；
27.c、煤层原始采高m，距离含水层2的距离为h；确定煤层临界采高为mc，使得在该临界采高下导水裂隙区6高度hd《h；即使得导水裂隙区不沟通含水层2，实现含水层的保护开采，并在含水层2与导水裂隙区6之间留设一定厚度的保护层3；
28.d、工作面自切眼向前沿走向推进，与此同时在液压支架后面的煤层底板上以及下部对应的运输巷道底板上铺设一层厚度为m-mc的预制块8；所述预制块8为“ii”或“iii”形，且整体呈长方体结构，包括顶板81、底板82以及连接两者的竖向支撑板83；同一块预制块的竖向支撑板83之间、相邻的两块预制块的相邻竖向支撑板83之间形成充填腔体85；铺设的预制块的长度方向沿倾向成列布置，上下相邻的充填腔体85连通，最终充填腔体的开口位于回风巷道内，另一开口封闭于运输巷道内，即将充填施工区域设置于回风巷道，所有相邻预制块之间进行密封处理；
29.优选的，相邻的预制块85采用榫接方式固定，包括排与排之间和列与列之间(倾向成列，走向成排)；具体在相邻预制块的顶板81和底板82侧部设置榫接区84，在榫接区中部设置用于榫接的凹槽与凸块842。进一步的，在榫接区上部设置密封胶条与密封槽841，在榫接区下部设置充填密封槽843，用于在预制块铺设后再充填密封材料进行密封。
30.优选的，所述预制块自回风巷道向运输巷道方向运输，每列实现自运输巷道向回风巷道方向的自下而上的铺设；进一步的，在液压支架后方铺设有沿倾向的轨道，所述轨道包括多段，每段轨道下部设置有可沿倾向和走向移动的滚轮，上部设置有沿倾向滚动的固定滚轮，方便预制块沿固定滚轮向下移动至预定位置，之后自下而上依次向液压支架方向移动各段轨道，进行下一列预制块的铺设。
31.e、对步骤d中铺设好的预制块的充填腔体进行充填，然后在回风巷道底板上接续铺满预制块并充填，并保证在每次的周期来压之前向充填腔体85内注满膏体充填材料；
32.优选的，在周期来压之前膏体充填材料达到凝结。
33.优选的，所述膏体充填材料主要采用的原料为煤矸石、粉煤灰、洗选尾矿、风积沙等。
34.f、如此往复直至采完本工作面；
35.g、在收作线靠近上山侧的煤柱壁面喷射混凝土并做防水处理，在收作线处封闭回风巷道与运输巷道，如此形成一个地下水库9，所述地下水库下部为预制块，侧部下位边界为喷射混凝土并做防水处理后的煤柱壁面，侧部上位边界为岩层垮落分界线7，顶部边界为保护层底板，也即导水裂隙区顶面；
36.h、自地面1施工注水井10与抽水井11至地下水库9内，注水井10靠近回风巷道侧，
抽水井11靠近运输巷道侧，如此可以通过地下水库内的破碎岩石对水进行过滤。
37.优选的，在注水井10与抽水井11内设置有套管，所述套管在地下水库内的部分为花管。