一種柱旁雙側(cè)部分充填復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種柱旁雙側(cè)部分充填復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱的方法，主要適用于殘采區(qū)遺留煤柱的安全開(kāi)采。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，殘采區(qū)遺留煤柱的復(fù)采越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，其具有良好的開(kāi)采價(jià)值。復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱可以減緩煤炭資源有限性及其消費(fèi)需求無(wú)限性的矛盾，不僅可以提高煤炭資源的采出率、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，而且可以延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。
[0003]由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素的制約，我國(guó)一些煤礦為追求短期利益，出現(xiàn)了煤炭資源開(kāi)采的采厚棄薄、采肥丟瘦、采優(yōu)棄劣等現(xiàn)象，導(dǎo)致許多塊段煤柱的棄采;同時(shí)，為防止或減小開(kāi)采活動(dòng)對(duì)地面建筑物、水體和鐵路等的損害，許多礦區(qū)普遍采用柱式體系開(kāi)采來(lái)維持采場(chǎng)覆巖的穩(wěn)定性，進(jìn)而使得大量殘采區(qū)遺留煤柱的形成。
[0004]隨著遺留煤柱的棄采與形成，采場(chǎng)應(yīng)力因遺留煤柱側(cè)向應(yīng)力的解除而重新分布。這樣遺留煤柱的受力狀態(tài)就會(huì)由原來(lái)均勻分布的載荷變?yōu)橄鄬?duì)集中分布的載荷。遺留煤柱在長(zhǎng)期集中應(yīng)力、采空區(qū)積水以及自燃發(fā)火等因素的耦合作用下，會(huì)由表及里發(fā)生蠕變破裂，進(jìn)而使其有效承載面積逐漸減小、強(qiáng)度逐漸弱化，并引發(fā)集中應(yīng)力的再次分布而進(jìn)一步減小遺留煤柱彈性核區(qū)的寬度。當(dāng)遺留煤柱的有效承載面積繼續(xù)減小到其極限承載面積時(shí)，就會(huì)發(fā)生瞬間性的坍塌破壞。此時(shí)，遺留煤柱的瞬時(shí)失穩(wěn)產(chǎn)生的破壞波可能會(huì)轉(zhuǎn)移擴(kuò)散到鄰近煤柱，可能引發(fā)遺留煤柱群“多米諾骨牌”式的失穩(wěn)破壞，進(jìn)而引發(fā)沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害，并帶來(lái)地表沉陷以及建筑物、鐵路與水體等的損傷破壞。
[0005]綜上，亟需尋找一種安全、科學(xué)、高效復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱的方法，進(jìn)而防止柱式體系開(kāi)采遺留煤柱在長(zhǎng)期蠕變作用下動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生，并充分利用遺留煤炭資源來(lái)減緩煤炭資源有限性及其消費(fèi)需求無(wú)限性之間日益突出的矛盾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種柱旁雙側(cè)部分充填復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱的方法，進(jìn)而有效防止柱式體系開(kāi)采遺留煤柱在長(zhǎng)期蠕變作用下發(fā)生的瞬時(shí)失穩(wěn)或“多米諾骨牌”失穩(wěn)等動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生，充分利用遺留煤炭資源來(lái)提高煤炭資源采出率、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種柱旁雙側(cè)部分充填復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱的方法在勘探查明殘采區(qū)遺留煤柱和柱采區(qū)域分布位置與尺寸等的基礎(chǔ)上，采用分段柱旁雙側(cè)部分充填的方法依次側(cè)護(hù)殘采區(qū)遺留煤柱，然后在柱旁雙側(cè)充填體中掘進(jìn)運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽，并布置短壁機(jī)械化工作面復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱。所述技術(shù)方案具體按照以下步驟進(jìn)行:
(I)結(jié)合礦井原有地質(zhì)、技術(shù)資料，勘探查明殘采區(qū)遺留煤柱和柱采區(qū)域的分布位置，繪制殘采區(qū)遺留煤柱和柱采區(qū)域的分布形態(tài)圖，了解柱采區(qū)域覆巖的垮落狀況，調(diào)研柱采區(qū)域中礦井水積聚與有害氣體的賦存狀況；
(2)按照一定的濃度配制充填漿液或膏體，在充填栗的作用下采用柱旁雙側(cè)部分充填的方式將漿液或膏體均勻注入殘留煤柱兩側(cè)的柱采區(qū)域中，待其凝固硬化后對(duì)殘采區(qū)遺留煤柱產(chǎn)生側(cè)護(hù)作用，并減小柱采區(qū)域中礦井水與有害氣體對(duì)安全復(fù)采的威脅；
(3)待柱旁雙側(cè)充填體凝固硬化達(dá)到穩(wěn)定以后，沿著遺留煤柱的邊緣，在柱旁雙側(cè)充填體中依次掘進(jìn)運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽，使形成完整的運(yùn)輸系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)；
(4)布置短壁機(jī)械化復(fù)采工作面，采用后退式垮落法或后退式充填法復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱；
(5)待步驟(4)中遺留煤柱開(kāi)采完畢，重復(fù)步驟(2)~(4)的施工工藝，采用柱旁雙側(cè)部分充填的方式依次充實(shí)鄰近柱采區(qū)域，并逐漸復(fù)采鄰近遺留煤柱。
[0008]優(yōu)選地，所述的步驟(I)結(jié)合調(diào)研礦井原有地質(zhì)、技術(shù)資料，采用三維激光掃描儀勘探查明殘采區(qū)遺留煤柱的寬度、高度、分布區(qū)域及其失穩(wěn)狀況，了解柱采區(qū)域的分布方位、尺寸、體積及其覆巖垮落情況，通過(guò)鉆孔勘探、物理勘探或化學(xué)勘探相結(jié)合的方法調(diào)研柱采區(qū)域中礦井水的積聚與有害氣體的賦存狀況。
[0009]優(yōu)選地，所述的殘采區(qū)遺留煤柱包括邊界煤柱、保安煤柱、構(gòu)造煤柱、區(qū)段煤柱和刀柱開(kāi)采、條帶開(kāi)采和房式開(kāi)采的遺留煤柱。
[0010]優(yōu)選地，所述的步驟(I)中殘采區(qū)遺留煤柱的寬度為Sm—80m，柱采區(qū)域的寬度為20m一120m ο
[0011]優(yōu)選地，所述的步驟(2)中，當(dāng)柱采區(qū)域中存在垮落矸石堆積時(shí)采用注漿充填的方法側(cè)護(hù)遺留煤柱，當(dāng)柱采區(qū)域中無(wú)垮落矸石堆積時(shí)采用膏體充填的方法側(cè)護(hù)遺留煤柱。
[0012]優(yōu)選地，所述的步驟(2)中充填膏體按照質(zhì)量百分比為煤矸石/廢棄混凝土:粉煤灰:水泥:聚羧酸高效減水劑:水=45%—55%: 15%—20%: 10% —15%: 3%—5%: 15%—25%的比例配制而成，其濃度為60%—85%，充填漿液按照質(zhì)量百分比為煤矸石/廢棄混凝土:粉煤灰:水泥:聚羧酸高效減水劑:水=25%—35%: 25%—30%: 20%—25%: 3%—5%: 15%—25%的比例配制而成，其濃度為25%—50%。
[0013]優(yōu)選地，所述的步驟(2)中柱旁雙側(cè)充填體的寬度為殘采區(qū)柱采區(qū)域?qū)挾鹊?/4一3/4。
[0014]優(yōu)選地，所述的步驟(2)中柱旁雙側(cè)充填體凝固硬化后的強(qiáng)度為5—20MPa，不僅能保證殘采區(qū)遺留煤柱復(fù)采后采場(chǎng)巖層不發(fā)生較大的移動(dòng)與變形，而且易于截割掘進(jìn)以盡快形成運(yùn)輸順槽與回風(fēng)順槽。
[0015]優(yōu)選地，所述的步驟(3)中，當(dāng)順槽掘進(jìn)和煤柱復(fù)采后引發(fā)的地表移動(dòng)變形量小于建筑物允許地表變形量時(shí)，采用后退式垮落法復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱；當(dāng)順槽掘進(jìn)和煤柱復(fù)采后引發(fā)的地表移動(dòng)變形量大于建筑物允許地表變形量時(shí)，采用后退式充填法復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
該發(fā)明在勘探查明殘采區(qū)遺留煤柱和柱采區(qū)域分布位置與尺寸等的基礎(chǔ)上，采用分段柱旁雙側(cè)部分充填的方法依次側(cè)護(hù)殘采區(qū)遺留煤柱，在柱旁雙側(cè)充填體中掘進(jìn)運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽，并布置短壁機(jī)械化工作面復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱。該發(fā)明充分利用了殘采區(qū)遺留煤柱，不僅減緩了煤炭資源有限性及其消費(fèi)需求無(wú)限性的矛盾，而且避免了柱式體系開(kāi)采遺留煤柱在長(zhǎng)期蠕變作用下發(fā)生的瞬時(shí)失穩(wěn)或“多米諾骨牌”失穩(wěn)等動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生，同時(shí)也利用柱旁雙側(cè)充填體保障了殘采區(qū)遺留煤柱的安全復(fù)采。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為殘采區(qū)遺留煤柱和柱采區(qū)域分布形態(tài)圖；
圖2為殘采區(qū)遺留煤柱柱旁雙側(cè)部分充填示意圖
圖3為柱旁雙側(cè)充填體中運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽布置示意圖；
圖4為殘采區(qū)遺留煤柱短壁復(fù)采工作面布置示意圖；
圖5為柱旁雙側(cè)部分充填復(fù)采殘采區(qū)遺留煤柱示意圖。
[0018]圖中:I一遺留煤柱;2—柱采區(qū)域;3—柱旁雙側(cè)充填體;4一回風(fēng)順槽;5—運(yùn)輸順槽;6—短壁機(jī)械化復(fù)采工作面。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0020]西山煤電集團(tuán)白家莊煤礦是典型的資源緊缺型老礦，面臨著穩(wěn)定產(chǎn)量、提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益等諸多問(wèn)題。20世紀(jì)90年代，白家莊煤礦8號(hào)煤層38502(2)、38502(3)、38502
(4)和38502(5)工作面分別采用刀柱法進(jìn)行開(kāi)采，使得大量遺留煤柱的留