【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿开采，涉及煤矿充填开采方法，具体是一种空心充填球的制备及其用于煤矿的随采随充方法。
技术介绍
1、目前，井工开采仍旧是煤矿的主要开采方式。煤矿开采后会形成采空区，造成地面沉降、房屋开裂、地下水位下降，从而造成一系列的生态环境和安全问题。
2、“煤层顶板套管水平长钻孔随采随充生态采煤方法”(cn202110423554.2)公开了一种利用煤层顶板套管水平长钻孔作为充填膏体的充注通道，工作面回采，直接顶岩层随采随垮落，当直接顶岩层垮落使其中的套管前端出露于采空区后，向采空区注入充填膏体。该方法为煤矿随采随充提供了新思路。
3、首先，该方法需要批量施工充填开采用顶板水平井。现有随钻地质导向钻井技术主要采用方位伽马进行水平井水平段井眼轨迹控制，但是由于方位伽马探测范围有限，随钻探测直径仅为1.0m左右，无法达到要求的探测精度，并且当在顶板中钻进时随钻伽马探测仪从顶板进入煤层，伽马值降低并不容易观察。此外，随钻探边技术探测距离远，但是成本相对较高，为满足煤矿井下的充填要求，需要批量施工充填开采用顶板水平井，成本将大幅度增加。
4、其次，现有充填工艺主要通过注入煤矸石、膏水、似膏水进行充填，限于井筒直径较小，注入设备压力限制，充填效率有待提升。
5、最后，随着煤矿开采速度的提升，对于充填材料的需求也将大幅度增加，势必进一步提升充填成本。
6、针对以上问题，亟需提出一种空心充填球的制备及其用于煤矿的随采随充方法，以实现煤矿开采过程中的随采随充控沉，解决采空区沉降问题
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种空心充填球的制备及其用于煤矿的随采随充方法，以解决现有煤矿开采过程中随采随充的效率不高以及充填材料需求大的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
3、一种采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，具体包括以下步骤：
4、步骤一，通过煤矿井下长钻孔对煤岩层界面的空间位置进行探测，根据探测结果设计得到井眼轨道；
5、步骤二，按照步骤一中设计的井眼轨道，在煤层顶板岩层中施工水平井；
6、步骤三，工作面回采一定距离后，煤层顶板垮落，套管末端出露于采空区上方；
7、步骤四，在套管内下入油管；
8、所述的油管的出口位于所述的套管内，且其与套管末端之间的距离为0.5～1.0m；
9、步骤五，利用空气压缩机的空气风压向油管内送入空心充填球，同时在油管与套管形成的环腔内注入胶结剂，二者胶结后形成充填体；
10、步骤六，当完成一个阶段的采空区充填后，上提油管至直井段，切割出露于采空区上方的套管，返回执行步骤三，直至完成整个工作面的随采随充作业。
11、本专利技术还包括以下技术特征：
12、所述的步骤一具体包括以下步骤：
13、步骤1.1，从巷道向煤层顶板上覆岩层施工定向长钻孔；
14、所述的定向长钻孔与煤岩层顶面的距离为3～8m，定向长钻孔的深度为工作面长度；
15、步骤1.2，在定向长钻孔内下入地质雷达进行，探测得到定向长钻孔下方的煤岩层界面在空间内的位置；
16、步骤1.3，根据步骤1.2得到的煤岩层界面的位置，构建目标工作面的地质模型；
17、步骤1.4，根据步骤1.3构建的目标工作面的地质模型设计井眼轨道，所述的井眼轨道中水平井的水平段轨迹在煤岩层界面以上0～2m处。
18、所述的步骤二具体包括以下步骤：
19、步骤2.1，在地面开拓井场，施工地面顶板水平井，在水平井内下入套管，并注入水泥固井；
20、步骤2.2，采用通井规进行套管通井，清除套管内堆积的岩屑。
21、步骤五中，在油管与套管形成的环腔内注入胶结剂具体包括：
22、利用地面泵车向油管和套管形成的环腔内注入胶结剂，胶结剂与空心充填球在套管出口接触，胶结后形成充填体。
23、步骤五中，利用空气压缩机的空气风压向油管内送入空心充填球具体为：
24、s1，通过运料车将空心充填球运输至施工井场，并送入充填料仓，所述的充填料仓为漏斗状；
25、s2，启动空气压缩机，将充填料仓中的空心充填球通过地面管路输送至井口处的油管中；
26、s3，当空心充填球移动至油管末端时，从油管出口喷射出。
27、所述的充填料仓的下部设置有单向阀。
28、所述的空心充填球的直径为油管内径的1/6～1/4。
29、所述的油管包括常规油管和倒角油管，其中，直井段采用常规油管，水平段采用倒角油管。
30、进一步的，一种空心充填球的制备方法，所述空心充填球为所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法中的空心充填球，具体包括以下步骤：
31、步骤1，根据常用油管尺寸参数，设计空心充填球直径为10mm～25mm，单个空心充填球的壁厚0.2～0.4mm；
32、步骤2，确定空心充填球的材料；
33、包括主体材料和增韧材料，所述的主体材料和增韧材料的配比为6:4，所述的主体材料采用工程塑料，工程塑料的引张强度为500kg/cm2，所述的增韧材料为丁腈橡胶nbr；
34、步骤3，将主体材料与增韧材料搅拌混合均匀后，采用双螺杆挤出机产出颗粒，并将颗粒置于注塑机中，注塑得到球形空心材料的半球；
35、步骤4，采用溶剂法将粘合溶剂滴在2个半球的边缘处，使2个半球粘合，将粘合后的2个半球至于380℃的烘箱中，使球体内部的空气膨胀，进而使2个半球粘合的接缝处紧密相贴，即得到空心充填球。
36、本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：
37、(ⅰ)本专利技术中通过在煤矿井下施工定向长钻孔，先探测煤岩界面空间位置后，设计孔眼轨道后再采用简单的几何导向技术即可满足水平井井眼轨迹的精准控制，提高了顶板水平井水平段的轨迹控制精度，降低了施工成本。
38、(ⅱ)本专利技术中依靠地面泵车、空气压缩机等可移动设备实现煤矿井下采空区充填作业，不受制浆站、充填井井口位置的限制，可在任意位置对煤层采空区实施高效充填，解决了现有煤矿开采过程中随采随充的效率不高的技术问题。
39、(ⅲ)本专利技术中充填材料采用球形空心材料，可节约充填材料的需求量；采用高强度球形空心材料，可保证支撑材料的强度，解决了现有煤矿开采过程中随采随充的充填材料需求大的技术问题。
40、(ⅳ)本专利技术中依靠压缩充气风动输送空心球状输送材料，降低了充填材料中水的需求量，能够达到节约用水的目的。
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1.一种采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，所述的步骤一具体包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，所述的步骤二具体包括以下步骤：
4.如权利要求1所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，步骤五中，在油管(3)与套管(2)形成的环腔内注入胶结剂具体包括：
5.如权利要求1所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，步骤五中，利用空气压缩机的空气风压向油管(3)内送入空心充填球具体为：
6.如权利要求1所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，所述的充填料仓的下部设置有单向阀。
7.如权利要求1所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，所述的空心充填球的直径为油管(3)内径的1/6～1/4。
8.如权利要求1所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，所述的油管(3)包括常规油管和倒角油管，其中，
9.一种空心充填球的制备方法，其特征在于，所述空心充填球为权利要求1～8任一项所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法中的空心充填球，具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，所述的步骤一具体包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，所述的步骤二具体包括以下步骤：
4.如权利要求1所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，步骤五中，在油管(3)与套管(2)形成的环腔内注入胶结剂具体包括：
5.如权利要求1所述的采用空心充填球的煤矿的随采随充方法，其特征在于，步骤五中，利用空气压缩机的空气风压向油管(3)内送入空心充填球具...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海军，李浩哲，孙四清，程斌，范耀，庞涛，辛欣，陈崇枫，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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