一种柱式气体充填复采蹬空煤层的方法技术

本发明专利技术公开了一种柱式气体充填复采蹬空煤层的方法。该发明专利技术首要判别蹬空煤层上行开采的可行性、摸清柱式残采区煤柱群的分布特征，在蹬空煤层工作面向下位煤层采空区钻入钻孔并防治气囊充气，蹬空煤层工作面开采经过空区上方后回收气囊，并将气囊注入下一段下位煤层采空区。该发明专利技术能够对下位采空区及其围岩起到临时支护的作用，保障了蹬空煤层上行开采的安全性；并且气囊能够循环利用，节省了充填成本和充填材料；有效解决上位煤层开采过程中残采区煤柱群失稳活化现象，用较低的生产成本保障了蹬空煤层的安全复采。了蹬空煤层的安全复采。了蹬空煤层的安全复采。

【技术实现步骤摘要】
一种柱式气体充填复采蹬空煤层的方法


[0001]本专利技术涉及一种柱式气体充填复采蹬空煤层的方法，属于充填开采


技术介绍

[0002]在我国，煤炭资源仍是能源安全稳定供应的“压舱石”，我国能源资源禀赋特征决定了煤炭的基础性保障作用。因此，为了缓解日益突出的能源矛盾，复杂地质和开采环境下的遗煤应当采用一定的手段进行复采，这不仅能提高煤炭资源的采出率，避免资源浪费，也能缓解企业的生产压力，延长矿井服务年限。
[0003]在漫长的开采进程中，受到地质、环境和技术等各方面因素，形成了下层煤开采完成后，复采上层煤的蹬空开采情况。受到先前采动的影响，残采区蹬空煤层及其底板岩层的完整性和稳定性均遭受不同程度的损伤破坏，复采蹬空煤层可能引发矿井灾害，影响安全生产。因此，上行复采蹬空煤层安全开采的可行性评价和治理研究成为了研究重点。在残采区上行复采可行性研究方面，中国专利CN104239697A通过PCA的方式对上行开采的影响因素进行了建模，然后再通过方差贡献率对所建模型进行权重计算，以此评价残采区上行复采的可行性；中国专利CN101109283B从岩层结构出发，提出了蹬空开采可行性的定量判定方法，针对蹬空开采的具体开采条件，定量并针对性的判断蹬空开采的可行性。在残采区上行复采治理构想研究方面，中国专利CN104790952A在空区群一侧进行柱旁单侧充填，这不仅能对刀柱式煤柱群起到侧护作用，同时也能够形成共同承载体，减少应力集中。中国专利CN1108447955B将采空区中垮落的顶板石块以及遗留煤柱等冻结形成承载体，通过物理冻结的方式将下煤层采空区形成整体。但是上述方法开采成本较高、工艺较为复杂，不利于工作面安全接续。
[0004]目前，针对柱式上行复采蹬空煤层，主要通过对下位煤层采空区注浆充填进行开采。这是因为，下煤层采空区刀柱式采煤法开采后，采空区遗留了大量小尺寸煤柱，采空区顶板岩层大部分没有垮落、处于悬空或局部垮落状态。随着时间的推移，刀柱式采空区内的煤柱由于长期处于受压状态，其稳定性逐步降低，在自然状态下也有可能发生失稳垮塌现象。如果在刀柱式采空区上方进行煤层开采活动，特别是高强度的长壁机械化开采活动，在外力的扰动下，刀柱式采空区易发生大面积煤柱失稳，进而形成刀柱式采空区顶板岩层大面积垮落。
[0005]通过充填开采的方法，能够对下位刀柱式采空区进行注浆加固，减少蹬空煤层复采过程中下位刀柱式采空区及其煤柱的活化和不稳定性。但是，目前的充填方法（如CN202011156478.5、CN202110733970.2和CN201910756396.5）都存在充填流程复杂、成本较高、不能重复利用的情况。并且，对于地表保护等级不高、对下位采空区仅需临时支护的蹬空煤层开采采用材料充填的方式，其支护强度“过剩”，增加了生产成本。
[0006]综上，亟需寻找一种适用于地面保护等级不高、对下位采空区仅需临时支护的柱式上行复采蹬空煤层的开采方法，进而有效解决上位煤层开采过程中残采区煤柱群失稳活化现象，用较低的生产成本保障蹬空煤层安全开采。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在提供一种柱式气体充填复采蹬空煤层的方法，主要是针对需临时支护的柱式上行复采蹬空煤层的开采方法，能够有效解决上位煤层开采过程中残采区煤柱群失稳活化现象，用较低的生产成本保障蹬空煤层安全开采。
[0008]本专利技术提供的开采方法，能够对下伏采空区及其围岩起到临时支护的作用，保障了蹬空煤层上行开采的安全性；并且，充填气囊能够循环利用，节省了充填成本和充填材料。
[0009]本专利技术提供了一种柱式气体充填复采蹬空煤层的方法，首先要判别蹬空煤层上行开采的可行性，摸清柱式残采区煤柱群的分布特征，在蹬空煤层工作面向下位煤层采空区钻入钻孔并放置气囊充气，蹬空煤层工作面开采经过空区上方后回收气囊，并将气囊注入下一段下位煤层采空区。所述开采方法具体按照以下步骤进行：（1）判定柱式残采区上方蹬空煤层上行开采的可行性；（2）结合矿井原有地质技术资料，勘察查明蹬空煤层下伏残采区煤柱群和空区群的分布状况，绘制下伏残采区煤柱群和空区群的形态分布图以指导安全生产；（3）掘进蹬空煤层工作面的回采巷道，布置蹬空煤层工作面；（4）当蹬空煤层工作面推进经过下伏采空区正上方时，在煤壁和支架之间向下伏采空区布置钻孔；（5）沿着布置好的钻孔放入气囊，并通过气体增压泵连接充气管向气囊中注入惰性气体；（6）当井下气体增压泵的压力表显示压力达到原岩应力时，气体增压泵进行稳压，钻孔进行封口；（7）蹬空煤层工作面开始回采，经过下伏充满充气气囊的采空区；（8）当蹬空煤层工作面回采离开气囊10~15m时，打开钻孔封口，对气囊进行放气回收；重复步骤（4）~（8），对蹬空煤层工作面途径的每个下伏采空区进行气囊放置、充气和回收，直至蹬空煤层工作面完成工作面的全部开采任务。
[0010]优选的，所述的步骤（1）采用传统的“三带”判别法、围岩平衡法、比值判别法、数理分析法和定量判别法来综合判别柱式残采区上覆蹬空煤层上行开采的可行性。
[0011]优选的，所述的步骤（2）通过调研矿井原有地质、技术资料查清蹬空煤层下伏柱式残采区空区群和煤柱群的宽度、高度，采用三维激光扫描仪精准探测柱式残采区空区群的分布范围、尺寸和体积。
[0012]优选的，所述的步骤（3）蹬空煤层工作面和回采巷道，是在步骤（1）判定的残采区上覆蹬空煤层上行开采可行的条件下，在步骤（2）所调查的下伏残采区煤柱和采空区上方布置的；优选的，所述的步骤（4）中采用套管钻进技术进行钻孔施工，孔直径为130mm~160mm、孔间距为10~15m、钻孔深度由蹬空煤层与下伏采空区层间距离决定。
[0013]优选的，所述的步骤（5）中的气囊为高强度橡胶气囊，具有极强的支撑性和延展性，气囊为倒漏斗型，上部留有充气嘴，用于自由充气和放气。
[0014]优选的，所述的步骤（5）中的气囊在放气状态下能够通过130mm~160mm的钻孔。
[0015]优选的，所述的步骤（5）中的气囊按照下伏采空区宽度、高度、采空区顶板和两帮压力设计，保证气囊在充气状态下能够达到接顶和触壁状态。
[0016]优选的，所述的步骤（5）中的气体增压泵压力最大能够达到10MPa，能够稳定控制气压在10
±
1MPa。
[0017]优选的，所述的步骤（5）中的气体为惰性气体，如氦气；具有极强的稳定性。
[0018]优选的，所述的步骤（5）中的充气管为孔径20mm的橡胶软管，具有良好的密闭性。充气管一端连接气囊，另一端连接气体增压泵。
[0019]优选的，所述的步骤（6）中原岩应力=采深
×
上覆岩层体积力；优选的，所述的步骤（6）中钻孔封口采用水泥混凝土，起到临时封口作用。
[0020]本专利技术的有益效果：该专利技术对蹬空煤层上行开采进行了鉴定，摸清了柱式残采区煤柱群和空区群分布状态，随着蹬空工作面的回采依次向下伏采空区注入充气气囊，在逐渐回采蹬空煤炭资源后，对气囊进行回收并对下一区域的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柱式气体充填复采蹬空煤层的方法，其特征在于：首先要判别蹬空煤层上行开采的可行性，摸清柱式残采区煤柱群的分布特征，在蹬空煤层工作面向下位煤层采空区钻入钻孔并放置气囊充气，蹬空煤层工作面开采经过空区上方后回收气囊，并将气囊注入下一段下位煤层采空区。2.根据权利要求1所述的一种柱式气体充填复采蹬空煤层的方法，其特征在于：具体按照以下步骤进行：（1）判定柱式残采区上方蹬空煤层上行开采的可行性；（2）结合矿井原有地质技术资料，勘察查明蹬空煤层下伏残采区煤柱群和空区群的分布状况，绘制下伏残采区煤柱群和空区群的形态分布图以指导安全生产；（3）掘进蹬空煤层工作面的回采巷道，布置蹬空煤层工作面；（4）当蹬空煤层工作面推进经过下伏采空区正上方时，在煤壁和支架之间向下伏采空区布置钻孔；（5）沿着布置好的钻孔放入气囊，并通过气体增压泵连接充气管向气囊中注入惰性气体；（6）当井下气体增压泵的压力表显示压力达到原岩应力时，气体增压泵进行稳压，钻孔进行封口；（7）蹬空煤层工作面开始回采，经过下伏充满充气气囊的采空区；（8）当蹬空煤层工作面回采离开气囊10~15m时，打开钻孔封口，对气囊进行放气回收；（9）重复步骤（4）~（8），对蹬空煤层工作面途径的每个下伏采空区进行气囊放置、充气和回收，直至蹬空煤层工作面完成工作面的全部开采任务。3.根据权利要求2所述的一种柱式气体充填复采蹬空煤层的方法，其特征在于：所述的步骤（1）采用传统的“三带”判别法、围岩平衡法、比值判别法、数理分析法和定量判别法来综合判别柱式残采区上覆蹬空煤层上行开采的可行性。4.根据权利要求2所述的一种柱式气体充填复采蹬空煤层的方法，其特征在于：所述的步骤（2）通过调研矿井原有地质、...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘瑞凯，马俊彪，冯国瑞，白锦文，王子豪，李剑，史旭东，吴国威，康立勋，
申请(专利权)人：山西能源学院，
类型：发明
国别省市：