本發(fā)明涉及預(yù)防煤礦底板突水的填充領(lǐng)域，尤其涉及一種用于深部開(kāi)采控制底板突水的柔性充填方法。

背景技術(shù)：

隨著礦井開(kāi)采水平的延伸及服務(wù)年限的延長(zhǎng)，出現(xiàn)的“三高一擾動(dòng)”惡劣現(xiàn)象，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。在我國(guó)中東部煤礦深部資源(約占儲(chǔ)量70％)開(kāi)采受高承壓水威脅嚴(yán)重，水災(zāi)事故頻發(fā)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)科研工作者探明受水災(zāi)威脅煤量占礦區(qū)可采儲(chǔ)量的70.2％，因此解決該問(wèn)題迫在眉睫。

煤礦深部開(kāi)采底板突水特征與淺部開(kāi)采有明顯區(qū)別，深部開(kāi)采受高地應(yīng)力、高水壓和強(qiáng)開(kāi)采擾動(dòng)影響，其底板突水具有突發(fā)性、滯后性和強(qiáng)致災(zāi)性的特征。目前淺部開(kāi)采控制底板突水的方法主要以“疏水降壓、注漿堵水”為主，該方法存在效率低、成本高、施工難度大、控制效果差等缺點(diǎn)，具體體現(xiàn)在以下方面：

疏水降壓技術(shù)適用于淺部開(kāi)采煤層底板含水層水壓小、水流補(bǔ)給小的條件，而深部開(kāi)采底板受奧灰水威脅嚴(yán)重，該含水層水壓大、水流補(bǔ)給及時(shí)，此方法很難達(dá)到預(yù)期目的。

深部開(kāi)采底板注漿難度大，不易控制和掌握。深部開(kāi)采底板含水層壓力大，因此，所需的注漿壓力隨之增大。注漿壓力不足時(shí)，漿液不能充分填充裂隙；注漿壓力過(guò)高時(shí)，容易對(duì)巖體產(chǎn)生新的破壞，同時(shí)，注漿壓力的增大，增加了注漿管路的負(fù)擔(dān)，容易引發(fā)管路爆裂，威脅工人安全。

此外，隨著煤炭?jī)r(jià)格的下降，粉煤灰、水泥等注漿材料價(jià)格升高，噸煤利潤(rùn)逐漸減小，現(xiàn)有方法成本高、控制效果差，難以滿(mǎn)足開(kāi)采需要。

因此，現(xiàn)有技術(shù)有待于更進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于深部開(kāi)采控制底板突水的柔性充填方法，在降低成本的前提下，提高深部帶壓開(kāi)采的充填效率與充填強(qiáng)度。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明方案包括：

一種用于深部開(kāi)采控制底板突水的柔性充填方法，其包括以下步驟：

a、將預(yù)先裝填的充填袋通過(guò)轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)上，再通過(guò)自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)中的運(yùn)輸裝置，將充填袋整齊緊密的排列在自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)上；

b、充填袋排列完成后，通過(guò)自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)中的翻袋裝置，將充填袋拋入采空區(qū)內(nèi)；

c、重復(fù)步驟a、b完成一排充填,此過(guò)程中，隨時(shí)調(diào)整自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)的高度，使其高度大于充填袋的高度；隨著工作面的不斷推進(jìn)，繼續(xù)進(jìn)行下一排充填作業(yè)，下一排充填體緊靠上一排充填袋，重復(fù)步驟a、b，依次循環(huán)，直至整個(gè)采空區(qū)完成充填工作。

所述的柔性充填方法，其中，在步驟a之前還包括：在地面將矸石或建筑垃圾進(jìn)行破碎篩分，使其粒徑小于100mm，裝填進(jìn)充填袋內(nèi)形成上述預(yù)先裝填的充填袋，再經(jīng)礦車(chē)運(yùn)輸?shù)阶詣?dòng)翻袋機(jī)構(gòu)內(nèi)。

所述的柔性充填方法，其中，在步驟a之前還包括：在軌道順槽內(nèi)布設(shè)自動(dòng)裝袋機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)，轉(zhuǎn)載機(jī)靠近采空區(qū)一側(cè)與自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)連接，自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)固定在充填支架的后方。

本發(fā)明提供的一種用于深部開(kāi)采控制底板突水的柔性充填方法，采用充填袋對(duì)深部開(kāi)采采空區(qū)進(jìn)行充填，充填袋作為傳遞介質(zhì)將上覆巖層作用力傳遞到煤層底板上，使底板受力狀態(tài)由兩向變?yōu)槿颍岣吡说装鍘r體的抗變形能力；同時(shí)，采空區(qū)充填后，降低了工作面前方超前支承應(yīng)力的大小及分布范圍，從而減小采動(dòng)應(yīng)力對(duì)底板的破壞。充填材料選用井下矸石和地面建筑垃圾，大大降低的生產(chǎn)成本，同時(shí)減少了矸石和建筑垃圾地面堆放對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的破壞。本發(fā)明材料來(lái)源廣泛，易施工，成本低，控制效果好，屬于環(huán)境友好型煤炭開(kāi)采方式，具有廣泛的實(shí)用性。

附圖說(shuō)明

圖1為采用本發(fā)明中柔性充填方法的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為采用本發(fā)明中柔性充填方法的受力機(jī)理圖；

其中，1-軌道順槽；2-皮帶順槽；3-采空區(qū)；4-自動(dòng)裝袋機(jī)；5-轉(zhuǎn)載機(jī)；6-自動(dòng)翻袋充填支架；7-自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)；8-充填袋；9-充填前超前支承應(yīng)力分布范圍；10-充填后超前支承應(yīng)力分布范圍；11-上覆巖層對(duì)底板的作用力；12-底板含水層水壓；13-充填后底板破壞帶范圍；14-充填前底板破壞帶范圍。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種用于深部開(kāi)采控制底板突水的柔性充填方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種用于深部開(kāi)采控制底板突水的柔性充填方法，如圖1所示的，其包括以下步驟：

步驟一，將預(yù)先裝填的充填袋8通過(guò)轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)5運(yùn)到自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7上，再通過(guò)自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7中的運(yùn)輸裝置，將充填袋整齊緊密的排列在自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7上；

步驟二，充填袋8排列完成后，通過(guò)自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7中的翻袋裝置，將充填袋8拋入采空區(qū)3內(nèi)；

步驟三，重復(fù)步驟一、步驟二完成一排充填,此過(guò)程中，隨時(shí)調(diào)整自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7的高度，使其高度大于充填袋8的高度；隨著工作面的不斷推進(jìn)，繼續(xù)進(jìn)行下一排充填作業(yè)，下一排充填體緊靠上一排充填袋，重復(fù)步驟一、步驟二，依次循環(huán)，直至整個(gè)采空區(qū)完成充填工作。

更進(jìn)一步的，在步驟一之前還包括：在地面將矸石或建筑垃圾進(jìn)行破碎篩分，使其粒徑小于100mm，裝填進(jìn)充填袋8內(nèi)形成上述預(yù)先裝填的充填袋8，再經(jīng)礦車(chē)運(yùn)輸?shù)阶詣?dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7內(nèi)。而且在軌道順槽1內(nèi)布設(shè)自動(dòng)裝袋機(jī)4和轉(zhuǎn)載機(jī)5，轉(zhuǎn)載機(jī)5靠近采空區(qū)3一側(cè)與自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7連接，自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7固定在自動(dòng)翻袋充填支架6的后方。

其更為具體的：

在軌道順槽1內(nèi)布設(shè)自動(dòng)裝袋機(jī)4和轉(zhuǎn)載機(jī)5，轉(zhuǎn)載機(jī)5靠近采空區(qū)3一側(cè)與自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7連接，自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7固定在自動(dòng)翻袋充填支架6的后方。在地面將矸石或建筑垃圾進(jìn)行破碎篩分，使其粒徑小于100mm，經(jīng)礦車(chē)運(yùn)輸?shù)阶詣?dòng)翻袋機(jī)內(nèi)進(jìn)行裝袋，充填袋8經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)載機(jī)5輸送到自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7上，通過(guò)自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7將充填袋8均勻緊密的排列在采空區(qū)3一側(cè)，啟動(dòng)自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7的翻袋裝置，將充填袋8拋入采空區(qū)3中。第一層充填完成后，按照上述操作，進(jìn)行第二層充填，此過(guò)程中，隨時(shí)調(diào)整自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)的高度，使其高度大于充填袋的高度，便與充填順利實(shí)施。充填完成后，啟動(dòng)充填支架6后部的推擋裝置，使充填袋在采空區(qū)3內(nèi)排列緊密。隨著工作面的不斷推進(jìn)，繼續(xù)進(jìn)行下一排充填作業(yè)，下一排充填袋緊靠上一排充填袋，重復(fù)上述操作，直至整個(gè)采空區(qū)完成充填工作。

圖2中柔性充填方法的受力機(jī)理圖更為具體的描述：

隨著國(guó)家煤炭資源的不斷開(kāi)采延伸，現(xiàn)許多礦井進(jìn)入石炭-二疊系的下組煤開(kāi)采,開(kāi)采深度增加,礦壓引起的底板破壞深度加大,而下組煤層下部奧灰含水層存在壓力大、水量豐富等特點(diǎn),如即使采取條帶、底板加固等特殊開(kāi)采方法,仍無(wú)法保證安全開(kāi)采,礦井突水事故頻繁發(fā)生,甚至無(wú)法開(kāi)采,造成資源的巨大浪費(fèi)。柔性充填開(kāi)采,即在工作面開(kāi)采后,用在軌道順槽1內(nèi)布設(shè)自動(dòng)裝袋機(jī)4將煤矸石以及城市建筑垃圾材料裝入充填袋8通過(guò)自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7將其翻入采空區(qū)內(nèi)并及時(shí)充填,使采場(chǎng)圍巖得到及時(shí)支護(hù),提高圍巖的整體自身承載能力,限定其頂?shù)装逡苿?dòng)空間,進(jìn)而達(dá)到減少底板破環(huán),保證礦井安全開(kāi)采的目的。

傳統(tǒng)垮落法開(kāi)采后,煤體應(yīng)力由原三向應(yīng)力變?yōu)閮上驊?yīng)力狀態(tài)且底板應(yīng)力出現(xiàn)降低區(qū),在側(cè)向礦山壓力作用下出現(xiàn)底板底鼓并失去了其穩(wěn)定性,孔隙率和滲透性較大,阻水性能降低,在底板奧灰水承壓水與采動(dòng)應(yīng)力作用下形成的導(dǎo)水通道，對(duì)工作面產(chǎn)生突水影響；采用柔性充填法開(kāi)采深部受承壓水威脅的煤層時(shí),充填袋8將充填材料在自動(dòng)翻袋機(jī)構(gòu)7的作用下充入采空區(qū)3直到與煤層頂板相平，此時(shí)充填體承受上部巖層的載荷,并向底板轉(zhuǎn)移,又由于充填袋有一定柔性讓壓作用并對(duì)底板施加一定的壓力,限制了底板底鼓趨勢(shì)，柔性充填體占據(jù)了底板運(yùn)移的空間,阻止底板空間運(yùn)移的可能充填開(kāi)采周期來(lái)壓不明顯,減少其對(duì)底板的擾動(dòng)影響，使其由原垮落法開(kāi)采底板破壞14范圍變?yōu)楝F(xiàn)充填后破壞范圍13，改善底板周?chē)鷰r體的應(yīng)力分布和狀態(tài),底板導(dǎo)水破壞帶深度顯著減少,進(jìn)而增加了底板隔水層的厚度,提高底板自身的承載能力,共同維護(hù)底板的穩(wěn)定提高煤層開(kāi)采上限,解放受水威脅的礦井儲(chǔ)量。

當(dāng)然，以上說(shuō)明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說(shuō)明書(shū)的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說(shuō)明書(shū)的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護(hù)。