控制覆岩裂隙和地表沉陷的保水开采充填接顶方法

摘要

本发明公开的一种控制覆岩裂隙和地表沉陷的保水开采充填接顶方法，尤其适用于煤矿保水开采覆岩裂隙和地表沉陷的控制。通过在实施保水开采的充填工作面采空区顶部安装传感器，通过应力显示装置监测充填后的充填体，判断是采空区是否接顶或离层；当充填体接顶之后出现离层时，对采空区进行二次充填，保证采空区充分接顶，达到控制覆岩裂隙和地表沉陷的目的，最终实现煤矿水资源保护性开采。该方法简单，针对性强，操作性强，效率高，具有广泛的实用性和推广价值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种充填接顶方法，尤其适用于煤矿巷柱式充填的控制覆岩裂隙和地表沉陷 的保水开采充填接顶方法。

背景技术

我国西北广泛赋存着煤层厚且煤质优良的浅埋煤田，但地处干旱半干旱大陆气候区，区 内水资源普遍贫乏、植被覆盖率较低、生态环境脆弱。多年的开采实践表明，以传统方式进 行大规模机械化开采，采动裂隙发育必将引起矿区大范围水土资源流失，带来一系列矿山环 境地质效应，进一步加剧原本脆弱的生态环境的退化。

目前，煤矿保水开采控制覆岩裂隙和地表沉陷的方法主要包括房柱式开采、条带开采、 覆岩离层注浆和充填开采等方法。条带开采和房柱式开采法以留设永久煤柱代价实现地表沉 陷控制，其采出率一般在50％左右，资源浪费严重。覆岩离层注浆法通过钻孔注浆方式充填 覆岩离层空间，减缓地表沉陷，该方法只适用于覆岩中存在上硬下软岩层的条件，且一般情 况下地表减沉率不超过40％。充填开采法以充填体置换煤炭为特点，是控制地表沉陷最为有 效的方法，其中膏体充填是最为理想的方法之一。

膏体充填是把煤矿就近的煤矸石、粉煤灰、工业炉、城市固体垃圾等在地面加工成胶结 性或非胶结性膏状浆液，然后用充填泵或自溜通过管道输送到井下，部分或全部充填回采工 作面采空区，形成以膏体充填体为主体的必要的覆岩支撑体系，有效控制覆岩裂隙和地表沉 陷，实现煤矿水资源保护性开采。

对于膏体充填来说，充填体主要起支撑顶板作用，如果充填体固化后不接顶，就会在关 键时间内丧失主动支撑顶板的作用，同时会加剧地表沉陷，引起灾害，因此，保证采空区接 顶是关键。而目前，判断膏体充填采空区接顶的依据主要是采空区标高最高点处的排气管出 浆，这只能说明采空区暂时充满，但出浆并不能完全表明采空区接顶，这是因为如果充填材 料配比不科学或者采场围岩裂隙发育造成漏浆，都会造成充填体固化后体积变小，而这种情 况采用常规方法是无法监测到的；另一方面，以往当发现采空区不接顶时，未采取过有效的 补救措施，这对控制地表沉陷是不利的。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提供一种方法简单、安全可靠、 可操作性强、能动态监测膏体充填工作面充填过程采空区接顶情况和通过复充实现采空区接 顶的膏体充填采空区接顶方法。

技术方案：本发明的膏体充填采空区接顶方法包括如下步骤：

a、对开采充填工作面采空区进行探测，确定顶板标高最高点位置；

b、在采空区顶板标高最高点安装应力传感器，保证应力传感器底面处于采空区标高最高 点，通过数据线与设在采空区外的数显装置相连接；

c、沿充填区域的采空区顶板铺设充填管路、排气管路、复充管路和复充排气管路，且使 各管路终端均位于采空区顶板标高最高点，各管路的终端均向上倾斜，所述复充管路终端口 上设有复充管路塞子，复充排气管路终端口上设有复充排气管塞子；

d、在工作面端口砌筑密闭墙封闭采空区充填区域，通过注浆泵连接充填管路向封闭的采 空区内进行注浆，直至排气管出浆，当注浆浆液至采空区顶板标高最高点时，应力传感器通 过数据线将充填过程中引起的应力变化数据传输到采空区外的数显装置上；

当数显装置显示有读数时，表明注浆接顶，当排气管溢出浆液1-2分钟后，停止注浆， 完成充填作业；

当完成充填作业一周后，如果数显装置的读数逐渐变为零，则表明充填体与顶板分离导 致采空区不接顶，则需进行二次充填；

e、进行二次充填时，利用煤矿井下供水或供风管路的水压或气压将复充排气管塞子顶出， 同时向复充管路里注入充填体，靠复充管路终端的出浆压力将复充管路塞子顶出，对采空区 实施二次充填，最终实现采空区接顶。

所述复充管路与复充管路塞子之间的摩擦力应小于复充管路终端的出浆压力；所述复充 排气管与复充排气管塞子之间的摩擦力应小于顶出复充排气管塞子所需的水压或风压。

有益效果：本发明的膏体充填采空区接顶动态监测方法，在采空区标高最高点顶板上安 装应力传感器，通过应力显示装置监测充填后充填体是否接顶；当监测到充填体不接顶的情 况下，通过复充管路进行二次充填，使充填体接顶，解决了现有膏体充填采空区接顶方法中 存在的膏体充填工作面采空区离层不接顶的问题。该方法简单，操作性强，效率高，具有广 泛的实用性和推广性。

附图说明

图1是本发明的膏体充填采空区接顶监测及充填管路布置剖面示意图。

图2是本发明的膏体充填采空区接顶监测及充填管路布置平面示意图。

图中：1-应力传感器，2-数据线，3-应力显示装置，4-充填管路，5-排气管，6-复充管路， 7-复充排气管，8-密闭墙，9-复充管路塞子，10-复充排气管塞子，11-顶板，12-充填体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的控制覆岩裂隙和地表沉陷的保水开采充填接顶方法，具体步骤如下：

a、对开采充填工作面采空区进行探测，确定顶板标高最高点位置；

b、在采空区顶板11标高最高点安装应力传感器1，保证应力传感器1底面处于采空区 标高最高点，通过数据线2与设在采空区外的数显装置3相连接；所述应力传感器1型号为 矿用充填体应力传感器；

c、沿充填区域的采空区顶板铺设一趟充填管路4、一趟排气管路5、一趟复充管路6和 一趟复充排气管路7，且使各管路终端均位于采空区顶板标高最高点，各管路的终端均向上 倾斜，即充填管路4、排气管路5、复充管路6和复充排气管路7的终端均有使终端位于采空 区顶板标高最高点的向上倾角；所述复充管路6终端口上设有复充管路塞子9，复充排气管 路7终端口上设有复充排气管塞子10；所述复充管路6与复充管路塞子9之间的摩擦力应小 于复充管路6终端的出浆压力；所述复充排气管7与复充排气管塞子10之间的摩擦力应小于 顶出复充排气管塞子10所需的水压或风压；

d、在工作面端口砌筑密闭墙8封闭采空区充填区域，并在密闭墙8上设置应力显示装置 3，通过注浆泵连接充填管路4向封闭的采空区内进行注浆充填，直至排气管5出充填体12， 当注浆浆液至采空区顶板标高最高点时，应力传感器1通过数据线2将充填过程中引起的应 力变化数据传输到采空区外的数显装置3上，由应力显示装置3将应力传感信号转换为数据 显示出来；

当数显装置3显示有读数时，表明注浆接顶，在排气管5溢出浆液1-2分钟后，停止注 浆，完成充填作业；

当完成充填作业一周后，如果数显装置3的读数逐渐变为零，说明由于充填体固化过程 中体积缩小或裂隙渗流等原因，表明充填体与顶板分离导致采空区不接顶，则需进行二次充 填；

e、进行二次充填时，利用煤矿井下供水或供风管路的水压或气压将复充排气管塞子10 顶出，同时向复充管路6里注入充填体12，靠复充管路6终端的出浆压力将复充管路塞子9 顶出，对采空区实施二次充填，最终实现采空区接顶。