[发明专利]一种矸石废弃物井下多水平协同处置系统及方法

说明书

本发明公开了一种矸石废弃物井下多水平协同处置系统及方法，当多水平同时开采时，矸石山矸石废弃物在地面制成料浆，在地面打注浆钻孔，料浆通过注浆钻孔注入到一水平生产工作面后方的采空区中；在井下建立制浆硐室及输浆管道，一水平工作面生产过程中产生的矸石运输到井下制浆硐室制成料浆后返回工作面，在超前生产工作面两巷各布置一个钻场，通过钻场中注浆钻孔将料浆注入到二水平同采工作面后方采空区中，其余水平同理进行。此方法操作简单，可对地面矸石山以及生产过程中产生的矸石废弃物同时处置，降低了矸石提升费用、减少了注浆钻孔长度、简化了注浆充填工艺，为地面及井下矸石协同处置提供了参考。

技术领域

本发明涉及地面矸石山及井下产出矸石的协同处置方法，特别是适用于一种矸石废弃物井下多水平协同处置系统及方法。

背景技术

煤炭在我国能源结构中占有主导地位，是我国能源战略安全的重要组成部分。而煤矿在建设和生产过程中会伴随制造出大量的固体废弃物矸石，通常是直接堆放生产场所闲置场地来处理，形成矸石山。矸石通常会侵占土地，污染空气、水质和土壤，同时存在自燃爆炸、空气污染等安全隐患。消除传统矸石处理模式的伴生损害因素，使色可持续发展的矸石处理模式亟需发展普及，特别是中西部环境脆弱矿区是煤炭绿色开采的重要技术攻关方向。

传统的注浆充填是从地面打孔，将井下矸石提升至地面制浆后，通过注浆钻孔注入到采空区中。然而当埋深较大时，该方法就会显出一些弊端，比如矸石提升成本较高，同时注浆钻孔长度较大，对工艺要求较高等问题。因此本专利提出一种矸石废弃物井下多水平协同处置方法，主要是针对煤矿多水平共同开采过程中地面矸石山矸石与井下矸石协同处置的设计方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对煤矿多水平开采过程中产生的矸石废弃物及地面原有矸石山矸石废弃物，提供一种安全可靠、切实可行的矸石废弃物井下多水平协同处置系统及方法。本方法可以多水平接续充填，同时处置地面及井下矸石废弃物，降低了矸石提升费用、减少了注浆钻孔长度，相比于传统的注浆充填具有巨大优势。

技术方案：本发明的第一个目的是，提供一种矸石废弃物井下多水平协同处置系统，该系统包括地面系统和位于地下的井下制浆系统和井下水平生产系统，所述井下水平生产系统包括第一水平生产系统、…、第i水平生产系统，i为整数且i≥2，

所述地面系统包括地面制浆站和地面注浆钻孔；

所述井下水平生产系统包括井下水平生产工作面、井下采空区、井下钻场和井下注浆钻孔，所述井下水平生产工作面包括第一水平生产工作面、…、第i水平生产工作面，所述井下采空区包括与所述井下水平生产工作面一一对应的第一采空区、…、第i采空区，第1～i-1井下水平生产工作面两巷的内侧均设置有所述井下钻场，所述井下钻场中设置所述井下注浆钻孔；

所述井下制浆系统包括井下制浆硐室和井下输浆管道，所述井下制浆硐室通过所述井下输浆管道连通至每个所述井下钻场和每个所述井下水平生产工作面；

所述地面注浆钻孔连通至所述第一水平生产系统的采空区，所述第i-1水平生产系统的井下注浆钻孔连通至所述第i采空区。

在本发明的一个实施方式中，根据注浆扩散半径、工作面长度及推进长度确定井下钻场数量N及每个井下钻场注浆钻孔数量n：

式中：

L₁—井下水平生产工作面长度；

L₂—井下水平生产工作面推进长度；

R—注浆扩散半径；

n—每个井下钻场注浆钻孔数量；

N—井下钻场数量。