[发明专利]一种房式采煤法采空区遗留煤柱充填加固方法

说明书

本发明提出一种房式采煤法采空区遗留煤柱充填加固方法，通过房式采煤法采空区遗留煤柱赋存特征，以及煤岩体的物理力学参数，进行数值分析确定遗留煤柱需要加固的区域及范围，通过地面钻井自流自滞、多次充填胶结充填材料的方式，形成采空区支撑柱，对多个局部区域的遗留煤柱进行定点加固。本发明通过在遗留煤柱加固区域钻井，使胶结充填材料自流自滞，在遗留煤柱加固区域形成采空区支撑柱，降低了附近的遗留煤柱所承受的应力载荷；多个遗留煤柱加固区域循环作业，各工序之间互不干扰；对多个局部区域的遗留煤柱进行定点加固；结构简单，作业高效，设备投入少，施工成本低，加固效果好，安全性高。

技术领域

本发明涉及遗留煤柱加固地表沉陷控制技术领域，尤其涉及一种房式采煤法采空区遗留煤柱充填加固方法。

背景技术

房柱式开采方法多应用在资源分布广、地质构造简单、煤层赋存较浅的地区，大片遗留煤柱未采使得大量煤炭资源被浪费，威胁矿井安全和对周围生态环境造成严重的破坏。但是传统回收遗留煤柱的方法例如劈柱式和仓翼式存在回收效率不高，机械化程度低等等缺点。而使用抛料充填与综合机械化充填回收需要运送大量固体充填材料到采空区，使得运输成本和设备投资过多。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种房式采煤法采空区遗留煤柱充填加固方法，结构简单，作业高效，设备投入少，施工成本低，加固效果好，安全性高。

技术方案：本发明提出一种房式采煤法采空区遗留煤柱充填加固方法，通过房式采煤法采空区遗留煤柱赋存特征，以及煤岩体的物理力学参数，进行数值分析确定遗留煤柱需要加固的区域及范围，通过地面钻井自流自滞、多次充填胶结充填材料的方式，形成采空区支撑柱，对多个局部区域的遗留煤柱进行定点加固，具体步骤如下：

S1、调研、收集房式采煤法采空区遗留煤柱矿井采矿地质资料，得到遗留煤柱的赋存特征；并进行煤岩体取样，测试物理力学参数；所述遗留煤柱的赋存特特征包括采空区遗留煤柱区域的工作面宽度W和推进长度L₂；遗留煤柱尺寸；煤层埋深H；煤层倾角

S2、根据煤岩体测试的物理力学参数，构建房式采煤法采空区遗留煤柱长时蠕变稳定性数值分析模型，确定一个遗留煤柱加固区域的钻井中心点O；并得到O点附近遗留煤柱应力载荷与遗留煤柱加固区域理论半径的关系，选取合适的遗留煤柱加固区域理论半径R。

S3、基于遗留煤柱的赋存特征及遗留煤柱加固区域理论半径R，模拟岩层移动计算结果及基本顶破断来压实测步距，确定相邻遗留煤柱加固区域的钻井中心点O的间隔L₁；通过地面套管钻井方式，每间隔距离L₁定点施工充填钻井；相邻遗留煤柱加固区域的钻井中心点O的间隔L₁为50～200m。

S4、布置地面胶结充填材料制备与运输系统，多个遗留煤柱加固区域循环作业，采用垂直自流自滞、分次充填的方法，形成采空区支撑柱，完成井下区域遗留煤柱的加固。

进一步，每个遗留煤柱加固区域覆盖若干遗留煤柱。

进一步，每个遗留煤柱加固区域充填的胶结充填材料体积

V≥f(πhR²-V₁)

式中：h为遗留煤柱加固的高度；

V₁为遗留煤柱加固区域范围内的煤柱体积；

f为充填富余系数。