浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法及其沉降观测装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910571993.0 (22)申请日 2019.06.28 (71)申请人 中勘资源勘探科技股份有限公司 地址 235000 安徽省淮北市经济开发区龙 湖工业园梧桐路18号 (72)发明人 王卫郭咏周子龙袁飞孙睿 (74)专利代理机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 代理人 张素红 (51)Int.Cl. E21C 41/18(2006.01) E21F 15/00(2006.01) (54)发明名称 一种浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法及其 沉降观测装。

2、置 (57)摘要 本发明公开了一种浅埋煤层注浆充填的采 煤方法及其沉降观测装置， 操作步骤如下： 1)收 集资料； 2)勘察地形； 3)钻孔； 4)注浆完成采煤； 本发明从采煤方法上做了质的改变， 不再是等待 采煤后进行塌陷区的综合治理， 而是在采煤的同 时注浆充填， 对土地和地面其他设施进行保护， 防止地表沉降形成破坏； 本发明提供的方法将采 煤后的工作面上方沉降值控制一定范围内， 只需 对土地进行平整即可， 无需进行土地复垦甚至征 地； 本发明提供的方法在注浆过程中， 对井下的 煤层开采不产生影响； 本发明提供的方法占用的 实际工作较少， 对采矿区域内的生态环境产生较 小影响， 且对地面设。

3、施起到有效保护。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 110145309 A 2019.08.20 CN 110145309 A 1.一种浅埋煤层注浆充填的采煤方法， 其特征在于， 操作步骤如下： 1)收集资料： 收集采煤工作面地质资料， 对工作面区域内地层岩性、 构造以及水文地质 等资料做详细分析。 2)勘察地形： 根据地层岩性， 构造水文地质资料以及设计钻孔结构。 3)钻孔： 在采煤工作面开采之前， 依次在采煤工作面的注浆充填控制区域上方向煤层 方向施工若干个钻孔。 同时建立地面移动沉降观测系统。 4)注浆： 工作面开始采煤时， 距离钻孔2050m开始注浆。 工作面采煤回采结束后继。

4、续 注浆， 直至地面沉降稳定。 2.根据权利要求1所述的一种浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法,其特征在于， 所述步骤 1)中， 收集采煤区工作面的地质资料包括根据地质资料以及采取相邻或相近工作面的实际 测量， 分别计算出冒落带、 导水裂隙带、 以及弯曲下沉带的高度； 分析采煤区工作面附近构 造； 分析采煤区工作面出水情况的水文地质资料； 分析土壤厚度、 以及基岩岩层的分层情 况。 3.根据权利要求1所述的一种浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法,其特征在于， 所述步骤 2)中， 钻孔深度根据水文地质资料， 浅埋煤层两侧向下延伸至采空区煤层顶板冒落带之上、 导水裂隙带发育最高点之下； 浅埋煤层内向下延伸至煤。

5、层顶板离层带区域， 所述钻孔在采 煤区工作面每隔100m的水平距离设置， 且钻孔在采煤区工作面的中线1020m的距离错开 分布； 并在所述钻孔位置所在的表土层段匹配与钻孔口径相同的套管。 4.根据权利要求1所述的一种浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法,其特征在于， 所述步骤 2)中， 在钻孔内注浆过程中， 将钻孔液柱压力作为控制参数， 根据钻孔液柱压力与地层压 力， 计算出设计压力， 并作为注浆过程参考标准； 所述设计压力(地层压力-钻孔液柱压力)*富裕系数； 富裕系数取1.21.5。 5.根据权利要求1所述的一种浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法,其特征在于， 所述步骤 3)中， 沿着水平采煤区工作面布。

6、设横向线， 沿垂直采煤区工作面布设纵向线， 布设测点间距 为1530m， 且布设的横向线与纵向线对称分布。 6.根据权利要求1所述的一种浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法,其特征在于， 所述步骤 3)中， 对于采煤区保护范围内的构筑物、 公路、 工厂设施， 将布设测点所在的四角以及转角 处的间距设置为1020m。 7.根据权利要求1所述的一种浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法,其特征在于， 所述布设 横向线与纵向线采用徕卡TS06全站仪以及天王星-9800型GPS定位仪定位。 8.一种浅埋煤层注浆充填的沉降观测装置， 包括支撑板(1)、 指示杆(2)与沉降观测装 置(3)， 其特征在于， 所述支撑板(1)。

7、上设有第一支撑杆(11)， 第一支撑杆(11)的末端垂直有 顶板(12)， 顶板(12)的末端设有连接块(121)， 连接块(121)上设有指示杆(2)， 第一支撑杆 (11)与沉降观测装置(3)活动连接； 所述沉降观测装置(3)包括垫板(31)、 第二支撑杆(32)、 杆套(34)与测量杆(35)， 所述 垫板(31)上垂直何有第二支撑杆(32)， 第二支撑杆(32)的表面焊接有连接杆(33)， 连接杆 (33)的末端设有杆套(34)， 杆套(34)活动套设在第一支撑杆(11)的表面， 所述第二支撑杆 (32)的末端垂直设有卡板(36)， 卡板(36)上垂直有测量杆(35)， 测量杆(35)。

8、位于指示杆(2) 的一侧。 权利要求书 1/2 页 2 CN 110145309 A 2 9.根据权利要求8所述的一种浅埋煤层注浆充填的沉降观测装置,其特征在于， 所述测 量杆(35)的末端设有挡块(351)， 挡块(351)活动卡设在指示杆(2)上， 所述卡板(36)的上表 面设有弹簧(361)， 弹簧(361)的上端与顶板(12)的一端相连接。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110145309 A 3 一种浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法及其沉降观测装置 技术领域 0001 本发明涉及煤矿开采技术领域， 具体为一种浅埋煤层注浆充填绿色采煤方法及其 沉降观测装置。 背景技术 0002 中国中。

9、部地区以中原地区为代表， 多数处于平原地带， 开采方法以长壁垮落法为 主， 当地表有村庄以及其他需要保护的建筑物时， 则需考虑保护性开采法来减小覆岩的破 坏变形从而达到保护地表建筑物的目的， 但中部大部分地区煤层埋深较浅， 煤炭开采后地 表沉降显现较快， 易导致范围内地表塌陷， 地面建筑及耕地损失严重。 对于采煤形成的塌陷 区综合治理， 有效的方法有： 首先， 传统的采煤沉陷区充填方法是将沉陷区的表土剥离后大 面积地堆放， 当按照设计标高完成粉煤灰或煤矸石的填充后， 再将剥离的表土回填； 其次， 水产养殖复垦； 最后， 煤矸石、 粉煤灰充填覆土。 0003 然而现有技术中存在一些缺陷： 第一，。

10、 采煤沉陷区的充填复垦治理， 改变了土壤的 酸碱性， 对农作物的生长造成不利影响； 第二， 采煤沉陷区进行充填复垦之后， 会在很大程 度上破坏土壤结构， 导致充填复垦后的土壤过于贫瘠； 第三， 破坏水资源循环， 煤矿开采过 程中， 会对地下水和地表水循环模式造成不良影响， 减少地表水资源； 第四， 复垦时间难把 握， 当复垦工作的开始时间太超前时， 未来可能发生的情况对复垦工作会造成很大的影响， 导致之前所做的工作努力全部白费； 为此我们提供一种浅埋煤层注浆充填的采煤方法及其 沉降观测装置， 以解决上述背景技术中提出的问题。 发明内容 0004 本发明的目的可以通过以下技术方案实现： 一种浅埋。

11、煤层注浆充填的采煤方法， 操作步骤如下： 0005 1)收集资料： 收集采煤工作面地质资料， 对工作面区域内地层岩性、 构造以及水文 地质等资料做详细分析。 0006 2)勘察地形： 根据地层岩性， 构造水文地质资料以及设计钻孔结构。 0007 3)钻孔： 在采煤工作面开采之前， 依次在采煤工作面的注浆充填控制区域上方向 煤层方向施工若干个钻孔。 同时建立地面移动沉降观测系统。 0008 4)注浆： 工作面开始采煤时， 距离钻孔2050m开始注浆。 工作面采煤回采结束后 继续注浆， 直至地面沉降稳定。 0009 优选的， 所述步骤1)中， 收集采煤区工作面的地质资料包括根据地质资料以及采 取相。

12、邻或相近工作面的实际测量， 分别计算出冒落带、 导水裂隙带、 以及弯曲下沉带的高 度； 分析采煤区工作面附近构造； 分析采煤区工作面出水情况的水文地质资料； 分析土壤厚 度、 以及基岩岩层的分层情况。 0010 优选的， 所述步骤2)中， 钻孔深度根据水文地质资料， 浅埋煤层两侧向下延伸至采 空区煤层顶板冒落带之上、 导水裂隙带发育最高点之下； 浅埋煤层内向下延伸至煤层顶板 说明书 1/4 页 4 CN 110145309 A 4 离层带区域， 所述钻孔在采煤区工作面每隔100m的水平距离设置， 且钻孔在采煤区工作面 的中线1020m的距离错开分布； 并在所述钻孔位置所在的表土层段匹配与钻孔口。

13、径相同 的套管。 0011 优选的， 所述步骤2)中， 在钻孔内注浆过程中， 将钻孔液柱压力作为控制参数， 根 据钻孔液柱压力与地层压力， 计算出设计压力， 并作为注浆过程参考标准； 0012 所述设计压力(地层压力-钻孔液柱压力)*富裕系数； 富裕系数取1.21.5。 0013 优选的， 所述步骤3)中， 沿着水平采煤区工作面布设横向线， 沿垂直采煤区工作面 布设纵向线， 布设测点间距为1530m， 且布设的横向线与纵向线对称分布。 0014 优选的， 所述步骤3)中， 对于采煤区保护范围内的构筑物、 公路、 工厂设施， 将布设 测点所在的四角以及转角处的间距设置为1020m。 0015 优。

14、选的， 所述布设横向线与纵向线采用徕卡TS06全站仪以及天王星-9800型GPS定 位仪定位。 0016 优选的， 一种浅埋煤层注浆充填的沉降观测装置， 包括支撑板、 指示杆与沉降观测 装置， 所述支撑板上设有第一支撑杆， 第一支撑杆的末端垂直有顶板， 顶板的末端设有连接 块， 连接块上设有指示杆， 第一支撑杆与沉降观测装置活动连接； 0017 所述沉降观测装置包括垫板、 第二支撑杆、 杆套与测量杆， 所述垫板上垂直何有第 二支撑杆， 第二支撑杆的表面焊接有连接杆， 连接杆的末端设有杆套， 杆套活动套设在第一 支撑杆的表面， 所述第二支撑杆的末端垂直设有卡板， 卡板上垂直有测量杆， 测量杆位于。

15、指 示杆的一侧。 0018 优选的， 所述测量杆的末端设有挡块， 挡块活动卡设在指示杆上， 所述卡板的上表 面设有弹簧， 弹簧的上端与顶板的一端相连接。 0019 本发明的有益效果： 0020 1、 本发明从采煤方法上做了质的改变， 不再是等待采煤后进行塌陷区的综合治 理， 而是在采煤的同时注浆充填， 对土地和地面其他设施进行保护， 防止地表沉降形成破 坏。 0021 2、 本发明提供的方法将采煤后的工作面上方沉降值控制一定范围内， 只需对土地 进行平整即可， 无需进行土地复垦甚至征地。 0022 3、 本发明提供的方法在注浆过程中， 对井下的煤层开采不产生影响。 0023 4、 本发明提供的。

16、方法占用的实际工作较少， 对采矿区域内的生态环境产生较小影 响， 且对地面设施起到有效保护。 附图说明 0024 下面结合附图对本发明作进一步的说明。 0025 图1是本发明流程示意图； 0026 图2是本发明结构示意图； 0027 图3是本发明沉降观测装置示意图。 0028 图中： 1支撑板、 11第一支撑杆、 12顶板、 121连接块、 2指示杆、 3沉降观测装置、 31垫 板、 32第二支撑杆、 33连接杆、 34杆套、 35测量杆、 351挡块、 36卡板、 361弹簧。 说明书 2/4 页 5 CN 110145309 A 5 具体实施方式 0029 下面将结合本发明实施例中的附图，。

17、 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它 实施例， 都属于本发明保护的范围。 0030 本发明提供一种技术方案： 1)收集采煤区工作面的地质资料， 包括根据地质资料 以及采取相邻或相近工作面的实际测量， 分别计算出冒落带、 导水裂隙带、 以及弯曲下沉带 的高度； 分析采煤区工作面附近构造， 主要以断层为主， 并做详细的地质构造剖面图， 分析 采煤区工作面出水情况的水文地质资料， 能够在注浆时有效控制(一般采煤时井下有地下 。

18、水， 需要抽采出去， 防止产生工作面涌水事故。 注浆过程中注入大量水加上地层本身地下 水， 水量较大， 提前做好分析， 做到预防)， 一般待采工作面两侧为采空区， 表土层极浅且基 岩存在巨厚支撑岩层(厚度30m以上)， 浅埋煤层上方覆岩形成点支撑应力梁； 分析表土层厚 度、 以及基岩岩层的受力分层情况， 对能够出现的离层位置有效预测。 0031 2)根据分析的结果设计钻孔结构， 浅埋煤层两侧向下延伸至采空区煤层顶板冒落 带之上、 导水裂隙带发育最高点之下； 浅埋煤层内向下延伸至煤层顶板离层带区域， 钻孔的 数目与注浆的浆液扩散半径与采煤区工作面推进长度、 以及地面钻探条件有关； 按照经验 数据。

19、， 浆液扩散的半径在50150m， 一般采煤区工作面面宽120m左右， 钻孔布置在采煤区工 作面中间满足浆液扩散半径， 在采煤区工作面(含两侧采空区工作面)倾向上一般布置一个 钻孔， 走向上可每隔100m布置一个钻孔， 为保证钻孔有效， 钻孔位置可在工作面中线左右10 20m错开布置。 并在钻孔的位置所在的表土层段匹配与钻孔口径相同的套管。 0032 在钻孔内注浆过程中， 将钻孔压力作为控制参数， 根据钻孔液柱压力与地层压力， 计算出设计压力， 并作为注浆过程参考标准； 0033 所述设计压力(地层压力-钻孔液柱压力)*富裕系数； 富裕系数取1.21.5； 注 浆过程中为了保证浆液注入量， 实。

20、际钻孔液柱压力保持略低于设计压力越1-2MPa， 实际钻 孔液柱压力通过孔口压力表反映， 其大小通过注浆量以及注浆浓度控制。 0034 3)在采煤区工作面开采之前， 在孤岛采煤工作面两侧的注浆充填控制区域上方向 煤层采空区方向施工若干个钻孔并实行注浆充填， 使之形成墩柱支撑， 之后依次在采煤工 作面的注浆充填控制区域上方向煤层方向施工若干个钻孔。 同时建立地面移动沉降观测系 统； 0035 沉降观测系统按一定规律布置， 沿着水平采煤区工作面布设横向线， 沿垂直采煤 区工作面布设纵向线， 布设观测点6间距为1530m， 根据具体情况可适当调节， 且布设的横 向线与纵向线对称分布， 使观测点6具备。

21、连续观测的条件。 对于采煤区保护范围内的构筑 物、 公路、 工厂等重点设施， 将布设观测点6所在的四角以及转角处的间距设置为1020m。 横向线与纵向线一般用徕卡TS06全站仪以及天王星-9800型GPS定位仪定位， 确保测量数据 准确有效。 0036 根据注浆充填需要及建筑物监测要求， 在不考虑建筑物边界测点的情况下， 建议 至少布置3条观测线、 测点数目约46个， 详情如下。 0037 (1)工作面走向观测线1条。 沿工作面走向主断面布置， 注浆区域地面建筑物密集 范围测点间距30m、 其他区域测点间距约60m， 由于地形地物受限， 部分测点可沿钻场设置， 说明书 3/4 页 6 CN 1。

22、10145309 A 6 预计约27个测点。 0038 (2)工作面过渡区倾向观测线1条。 沿工作面倾向方向的道路布置， 测点间距30m， 预计约10个测点。 0039 (3)工作面收作区倾向观测线1条。 沿工作面收作线外端的村内道路布置， 测点间 距30m， 预计约9个测点。 0040 工作面走向与倾向观测线布置， 观测站应在工作面开采之前布设， 并在地表受采 动影响之前完成首次观测。 0041 将采煤后的工作面上方沉降值控制在一定范围内， 只需对土地进行平整即可， 无 需进行土地复垦甚至征地， 对公路等设施可以得到有效保护。 0042 4)在采煤区工作面开始采煤时， 水平距离采煤推进平面上。

23、的钻孔2050m开始注 浆； 并在采煤区工作面采煤回采结束后继续注浆， 直至地面沉降稳定。 0043 本申请所提供的控制方法， 从采煤方法上做了质的改变， 不再是等待采煤后进行 塌陷区的综合治理， 而是在采煤的同时注浆充填， 对土地和地面其他设施进行保护， 防止地 表沉降形成破坏。 0044 请参阅图1-2， 一种浅埋煤层注浆充填的沉降观测装置， 包括支撑板1、 指示杆2与 沉降观测装置3， 支撑板1上设有第一支撑杆11， 第一支撑杆11的末端垂直有顶板12， 顶板12 的末端设有连接块121， 连接块121上设有指示杆2， 第一支撑杆11与沉降观测装置3活动连 接； 0045 如图2所示， 。

24、沉降观测装置3包括垫板31、 第二支撑杆32、 杆套34与测量杆35， 垫板 31上垂直何有第二支撑杆32， 第二支撑杆32的表面焊接有连接杆33， 连接杆33的末端设有 杆套34， 杆套34活动套设在第一支撑杆11的表面， 第二支撑杆32的末端垂直设有卡板36， 卡 板36上垂直有测量杆35， 测量杆35位于指示杆2的一侧； 将支撑板1移动至采煤工作面的边 缘， 并将沉降观测装置3上的垫板31移动至采煤工作面上， 同时开始采煤， 此时垫板31的高 度随着采煤工作的进行发生变化， 当采煤工作面向下移动时， 垫板31与采煤工作面同时向 下进行移动， 并带动测量杆35上的位置发生移动， 测量杆35。

25、上有度数， 因此可通过观察指示 杆2上正对测量杆35的度数来达到观察采煤工作面向下移动的深度。 0046 如图3所示， 测量杆35的末端设有挡块351， 挡块351活动卡设在指示杆2上， 卡板36 的上表面设有弹簧361， 弹簧361的上端与顶板12的一端相连接； 弹簧361通过弹力使得垫板 31与采煤工作面之间的接触更加紧密， 避免由于与采煤工作面之间存在间隙， 导致最后测 量的数据有误差的情况。 0047 在本说明书的描述中， 参考术语 “一个实施例” 、“示例” 、“具体示例” 等的描述意指 结合该实施例或示例描述的具体特征、 结构、 材料或者特点包含于本发明的至少一个实施 例或示例中。 在本说明书中， 对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。 而且， 描述的具体特征、 结构、 材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合 适的方式结合。 说明书 4/4 页 7 CN 110145309 A 7 图1 图2 说明书附图 1/2 页 8 CN 110145309 A 8 图3 说明书附图 2/2 页 9 CN 110145309 A 9 。