一种覆岩隔离注浆充填材料的改良方法与流程

1.本发明属于采矿工程绿色开采领域，为一种覆岩隔离注浆充填材料的改良方法，具体为一种基于改良煤矸石粉的覆岩隔离注浆充填方法。


背景技术：

2.建构筑物压煤一直阻碍我国煤炭开采产业的发展，在我国中东部地区尤甚，开采建筑物下压煤对于解放煤炭资源、缓解资源开发与人居之间的矛盾、保护环境有着重大的意义。覆岩隔离注浆充填绿色开采技术，由于其减沉效果显著、经济合理，得到了大量的应用，但也导致了原有的注浆充填材料粉煤灰供不应求，价格上涨。煤矸石是煤矿开采中产生的废物，含碳量低，燃烧性能差，大部分被当作废物堆放处理，不仅占据大量土地，而且具有自燃等风险。将煤矸石作为覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的替代材料，不仅能解决该技术充填材料供应不足的问题，同时可以解决煤矸石堆放与污染问题。现有技术提出将煤矸石研磨成粉进行覆岩隔离注浆充填，但是其研磨粒径要求较高，当粒径大的时候很难进行泵送，研磨至与粉煤灰相同的粒径时成本又会大大提高；同时现有技术在采用煤矸石作为充填材料时没有考虑注浆充填阶段对注浆充填材料需求的影响；因此有必要对煤矸石粉进行改良用于覆岩隔离注浆充填，解决煤矸石堆放与污染问题和注浆充填材料短缺问题。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出一种覆岩隔离注浆充填材料的改良方法，具体为一种基于改良煤矸石粉的覆岩隔离注浆充填方法，将煤矸石粉碎成粒径0.3-0.5mm的煤矸石粉，加入伴有悬浮添加剂的水中制备成注浆用浆体，在覆岩隔离注浆充填的不同阶段，采用不同粒径的煤矸石粉及不同悬浮添加剂比例的浆体进行注浆充填，注入的浆体中水的质量比例应小于40％；
4.在覆岩隔离注浆充填起始阶段，覆岩内存在未充填或未充满的覆岩空间，需迅速大量注入浆体，抑制覆岩空间上的上覆岩层下沉，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.4-0.5mm，水与悬浮添加剂的水固质量比为1000:1；
5.在覆岩隔离注浆充填发展阶段，即在覆岩空间被浆体填满初期，覆岩空间内注浆压力小于上覆岩层重力，垮落岩石开始被压缩，注入覆岩空间内的浆体流动性降低，需增加其流动性，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.4mm，水与悬浮添加剂的水固质量比为600:1；
6.在覆岩隔离注浆充填稳定阶段，即在覆岩空间被浆体填满一段时间后，覆岩空间在高压浆体的驱动下逐渐扩大，覆岩空间处注浆压力与上覆岩层产生应力平衡，采空区中部垮落岩石逐渐被压实到一定程度，注入覆岩空间内的浆体流动性继续降低，需再次增加其流动性，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.3-0.4mm，水与悬浮添加剂的水固质量比为400:1；
7.在覆岩隔离注浆充填终末阶段，覆岩空间被进一步扩展，采空区中部垮落岩石被
进一步压实，使覆岩空间中注入的浆体压力大于上覆岩层产生应力，上覆岩层开始被拱起，注入覆岩空间内的浆体流动性进一步降低，需进一步增加其流动性，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.3mm，水与悬浮添加剂的水固质量比为100:1。
8.优选的，所述的悬浮添加剂为黄原胶，纯度需达到99％以上。
9.优选的，在覆岩隔离注浆充填稳定阶段，随着工作面的推进，逐步增加悬浮添加剂的比例，直至200:1。
10.有益效果：本发明涉及一种覆岩隔离注浆充填材料的改良方法，仅用煤矸石粉作为覆岩离层注浆充填的主材料，根据煤矸石粉沉析速率大、流动性差特点，通过添加悬浮添加剂提高其流动性，降低沉析速率。进一步的，本发明创造性的根据覆岩空间的状态将覆岩隔离注浆充填分为起始、发展、稳定、终末四个阶段，并根据四个阶段注浆时覆岩下空间发育特征、浆体流动特征提出了在覆岩隔离注浆充填的不同阶段，采用不同粒径的煤矸石粉及不同悬浮添加剂比例的浆体进行注浆充填，最终将单一煤矸石粉注浆时的煤矸石粉粒径提高至0.3-0.5mm范围，大大降低煤矸石粉制备时间与成本，同时相比于煤矸石粉与粉煤灰等材料混合制备注浆浆体，大大减小了制备流程，解决了单一煤矸石在注浆充填中的应用问题，可以有效改善覆岩隔离注浆充填技术材料不足的困境和煤矸石占地、污染环境的困境。
附图说明
11.图1是本发明的一种覆岩隔离注浆充填材料的改良方法示意图；
12.图中：1－覆岩空间；2－垮落岩石；3－下部岩层；4－上覆岩层；5－浆体。
具体实施方式
13.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。
14.如图1所示，一种覆岩隔离注浆充填材料的改良方法，具体为一种基于改良煤矸石粉的覆岩隔离注浆充填方法，将煤矸石粉碎成粒径0.3-0.5mm的煤矸石粉，加入伴有悬浮添加剂的水中制备成注浆用浆体，在覆岩隔离注浆充填的不同阶段，采用不同粒径的煤矸石粉及不同悬浮添加剂比例的浆体进行注浆充填；注入的浆体中水的质量比例应小于40％；所述的悬浮添加剂为黄原胶，纯度需达到99％以上；
15.在覆岩隔离注浆充填起始阶段，覆岩内存在未充填或未充满的覆岩空间1，需迅速大量注入浆体，抑制覆岩空间上的上覆岩层4下沉，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.4-0.5mm，水与悬浮添加剂的水固质量比为1000:1；
16.在覆岩隔离注浆充填发展阶段，即在覆岩空间1被浆体5填满初期，覆岩空间1内注浆压力小于上覆岩层4重力，垮落岩石2开始被压缩，注入覆岩空间1内的浆体流动性降低，需增加其流动性，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.4mm，水与悬浮添加剂的水固质量比为600:1；
17.在覆岩隔离注浆充填稳定阶段，即在覆岩空间1被浆体填满一段时间后，覆岩空间1在高压浆体的驱动下逐渐扩大，覆岩空间1处注浆压力与上覆岩层4产生应力平衡，采空区中部垮落岩石2逐渐被压实到一定程度，注入覆岩空间1内的浆体流动性继续降低，需再次增加其流动性，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.3-0.4mm，水与悬浮添加剂的水固质量
比为400:1；并且随着工作面的推进(距离注浆钻孔的距离越远)，逐步增加悬浮添加剂的比例，直至200:1；
18.在覆岩隔离注浆充填终末阶段，覆岩空间被进一步扩展，采空区中部垮落岩石2被进一步压实，使覆岩空间1中注入的浆体5压力大于上覆岩层4产生应力，上覆岩层4开始被拱起，注入覆岩空间1内的浆体流动性进一步降低，需进一步增加其流动性，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.3mm，水与悬浮添加剂的水固质量比为100:1；
19.煤矸石来自于矿井掘进、开采或者洗煤，通过装载机至给料机，给料机将煤矸石给入一级破碎机，之后通过一级皮带输送机到达二级破碎机，破碎完成后到达二级皮带输送机，之后到达振动筛，不过筛部分回到二级破碎机进行再次破碎，过筛部分进入缓冲料仓，后经过三级皮带输送机进入球磨机粉碎并制成浆体，浆体通过旋流器，不达标物料返回球磨机继续研磨，达标物料进入搅拌池，形成注浆充填用浆体。


技术特征：
1.一种覆岩隔离注浆充填材料的改良方法，其特征在于，将煤矸石粉碎成粒径0.3-0.5mm的煤矸石粉，加入伴有悬浮添加剂的水中制备成注浆用浆体，在覆岩隔离注浆充填的不同阶段，采用不同粒径的煤矸石粉及不同悬浮添加剂比例的浆体进行注浆充填，注入的浆体中水的质量比例应小于40％；在覆岩隔离注浆充填起始阶段，覆岩内存在未充填或未充满的覆岩空间，需迅速大量注入浆体，抑制覆岩空间上的上覆岩层下沉，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.4-0.5mm，水与悬浮添加剂的水固质量比为1000:1；在覆岩隔离注浆充填发展阶段，即在覆岩空间被浆体填满初期，覆岩空间内注浆压力小于上覆岩层重力，垮落岩石开始被压缩，注入覆岩空间内的浆体流动性降低，需增加其流动性，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.4mm，水与悬浮添加剂的水固质量比为600:1；在覆岩隔离注浆充填稳定阶段，即在覆岩空间被浆体填满一段时间后，覆岩空间在高压浆体的驱动下逐渐扩大，覆岩空间处注浆压力与上覆岩层产生应力平衡，采空区中部垮落岩石逐渐被压实到一定程度，注入覆岩空间内的浆体流动性继续降低，需再次增加其流动性，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.3-0.4mm，水与悬浮添加剂的水固质量比为400:1；在覆岩隔离注浆充填终末阶段，覆岩空间被进一步扩展，采空区中部垮落岩石被进一步压实，使覆岩空间中注入的浆体压力大于上覆岩层产生应力，上覆岩层开始被拱起，注入覆岩空间内的浆体流动性进一步降低，需进一步增加其流动性，此时注入的浆体中煤矸石粉粒径为0.3mm，水与悬浮添加剂的水固质量比为100:1。2.根据权利要求1所述的覆岩隔离注浆充填材料的改良方法，其特征在于，所述的悬浮添加剂为黄原胶，纯度需达到99％以上。3.根据权利要求1或2所述的覆岩隔离注浆充填材料的改良方法，其特征在于，在覆岩隔离注浆充填稳定阶段，随着工作面的推进，逐步增加悬浮添加剂的比例，直至200:1。

技术总结
本发明涉及一种覆岩隔离注浆充填材料的改良方法，仅用煤矸石粉作为覆岩离层注浆充填的主材料，根据煤矸石粉沉析速率大、流动性差特点，通过添加悬浮添加剂提高其流动性，降低沉析速率。将覆岩隔离注浆充填分为起始、发展、稳定、终末四个阶段，并根据四个阶段注浆时覆岩下空间发育特征、浆体流动特征提出了在覆岩隔离注浆充填的不同阶段，采用不同粒径的煤矸石粉及不同悬浮添加剂比例的浆体进行注浆充填，最终将单一煤矸石粉注浆时的煤矸石粉粒径提高至0.3-0.5mm范围，大大降低煤矸石粉制备时间与成本，解决了单一煤矸石在注浆充填中的应用问题，可以有效改善覆岩隔离注浆充填技术材料不足的困境和煤矸石占地、污染环境的困境。境。境。


技术研发人员：王秉龙 张亮
受保护的技术使用者：徐州格润矿山技术开发有限公司
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2022/5/31