申请/专利权人：中国矿业大学

申请日：2022-07-25

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN115199326B

主分类号：E21F15/00

分类号：E21F15/00;E21C41/18;E21F17/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2022.11.04#实质审查的生效;2022.10.18#公开

摘要：本发明公开了一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填弱化覆岩动力灾害方法，属于覆岩动力灾害防控领域。分析矿井的各项地质信息；将矸石破碎生成细粒径矸石和粗粒径矸石，优化粒径级配后与水混合制成矸石注浆充填材料；将矸石料浆泵送至冲击危险区域嗣后空间，依据矸石注浆充填材料对诱冲关键层的支撑作用，减小诱冲关键层弯曲变形量，降低离层区周围弹性应变能积聚与应力集中程度，减缓诱冲关键层已积聚能量向下伏煤系岩层释放强度，通过制浆监测、注浆监测、地表岩移监测的结果评价注浆充填对覆岩动力灾害的弱化效果。其系统简单，作业灵活，不仅解决了大宗矸石固废堆积和外排难题，弱化了冲击灾害发生的风险，而且保护了地面生态环境。

主权项：1.一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填弱化覆岩动力灾害方法，其特征在于：分析矿井煤岩冲击倾向性、坚硬岩层移动变形与致灾能量演变特征，判定冲击危险区域嗣后空间范围；将矿井掘进矸石和洗选矸石进行多级筛分破碎生成细粒径矸石和粗粒径矸石，优化粒径级配后与水混合制成矸石注浆充填材料；采用充填泵和注浆钻孔将矸石料浆泵送至冲击危险区域嗣后空间，依据矸石注浆充填材料的承载压缩性能对诱冲关键层形成支撑作用，减小诱冲关键层弯曲变形量，降低离层区周围弹性应变能积聚与应力集中程度，并减缓诱冲关键层已积聚的能量向下伏煤系岩层释放强度，弱化工作面煤岩体超前支承应力集中程度，进而弱化了冲击灾害发生的风险；最后，通过制浆监测、注浆监测、地表岩移监测的监测结果评价注浆充填对覆岩动力灾害的弱化效果；具体步骤如下：S1、确定矿井冲击危险区域嗣后空间：首先，通过对工作面煤体及上覆坚硬岩层取样，测试煤岩体试样的冲击倾向性风险，综合考虑工作面开采深度、煤层赋存特征、坚硬岩层自身特性因素，确定工作面煤体及上覆坚硬岩层冲击倾向性危险区域范围；然后，采用理论计算和数值模拟的方法，分析冲击倾向性区域的坚硬岩层变形过程中的应变能积聚与释放的演变特征，判定诱发冲击灾害的坚硬岩层为诱冲关键层，进而确定此诱冲关键层以下的离层区、裂隙带以及垮落带为冲击风险区域的嗣后空间（17）；S2、制备矸石注浆充填材料：首先将掘进矸石和洗选矸石破碎为0~0.15mm的细粒径矸石和0.15~2mm的粗粒径矸石，按照细粒径矸石与粗粒径矸石的质量比为1:2的配比混合均匀后，加水搅拌均匀制成质量浓度为60%的矸石注浆充填材料；S3、利用矸石注浆充填材料充填冲击危险区域嗣后空间：首先，确定首个注浆钻孔的位置为距离区段工作面开切眼300m处，并位于工作面倾向宽度的中部；然后，垂直于地面向冲击风险区域嗣后空间（17）施工注浆钻孔；其次，沿着区段工作面走向方向依次间隔300m布置一个注浆钻孔，直至布置到工作面停采线0～300m位置；最后，利用充填泵和注浆钻孔将矸石料浆泵送至嗣后空间，矸石料浆注充至嗣后空间后形成承载结构，对诱冲关键层形成支撑作用，阻止了诱冲关键层变形过程中致灾能量积聚，而且嗣后空间的矸石料浆泌水沉积形成垫层材料，从而吸收诱冲关键层向下方煤系地层传递的能量；同时注入的矸石注浆充填材料具有压力，能够压实下方裂隙岩层并扩展孔道，有助于料浆扩散以及填充封堵孔径小于2mm的岩体裂隙；S4、充填弱化覆岩动力灾害效果监测与评价：通过制浆监测、注浆监测、地表岩移监测的监测结果来评价覆岩动力灾害弱化效果，其中，制浆监测：监测浆体浓度是否符合预期要求，检测颗粒粒径是否达到破碎效果，以及制浆设备运行状态是否良好；注浆监测：包括注浆速度、注浆压力、和单孔注浆量参数的监测，以此判定是否达到预期效果；地表岩移监测：根据岩层变形及地表变形反馈地表下沉量。

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