一种用于接顶充填的排水排气及补浆多功能管道及其使用方法

本发明属于充填开采，具体为一种用于接顶充填的排水排气及补浆多功能管道及其使用方法。

背景技术：

1、矿井采区开采后会形成采空区，如不做处理，会引起一系列环境问题；利用充填开采法可有效防止地表沉降及水土资源流失；充填法是用充填材料填充采空区，避免上覆岩层垮落，在控制地表沉降的同时又能提高回采率；充填接顶是指将充填材料充填到尽可能靠近矿石或岩石的顶板或假顶处，而充填接顶率直接决定了上覆岩层的稳定性，接顶率越高，采区的安全稳定性就越好，同时，充填料浆的流动性与下料方法均会对充填体接顶率产生影响；但是在实际充填过程中，由于顶板凹凸不平、充填料浆中骨料沉降堆积、充填材料泌水、充填体养护阶段收缩等原因，接顶充填普遍存在欠接顶区；欠接顶区会引发一系列的问题：

2、(1)冒顶：当条带煤柱两侧均分布有欠接顶区时，回采邻近煤柱时可能引起上覆岩层冒落，引发安全事故；

3、(2)聚集可燃气体：受充填材料水化反应影响，充填材料温度通常会达到六十摄氏度至八十摄氏度，持续半年之久，而煤在四十摄氏度的环境下会产生有害气体(如一氧化碳、甲烷、氨气)，这些有害气体会在欠接顶区聚积，当回采煤柱时，连采机掘进头触碰煤层中的矸石或顶板岩层引发火花的同时揭露欠接顶区，火花可能将有毒有害爆炸性气体点燃，引起爆炸、火灾、气体中毒等事故；

4、(3)地面沉降：采空区欠接顶会引起地面沉降，影响地表周边建筑的安全，这使得目前一些较重要建构筑物的压覆煤炭资源无法开采，如果能实现近完全接顶，则可以进一步拓展充填开采的应用范围，解放更多煤炭资源；

5、(4)地下空间用作储库：对于利用采空区构筑的地下储库(用于储存天然气、石油、水等)，欠接顶区会影响储库的密封性和稳定性，进而影响储能效果；

6、现有技术中，普遍采用公开号为zl201910063595.8中的条带充填接顶方法和系统，即每个充填下料管口处布置一个排气管，充填管口和排气管口均布置在充填区最高点，理想情况下充填空间中的水和气均通过排气管口排出，采空区完全接顶；但是实际充填过程中，构造影响区顶板凹凸不平，充填料浆中骨料(煤矸石等)沉降堆积，充填材料泌水，以上情况均会导致充填空间中形成积水区和积气区，最终形成欠接顶区；同时充填完毕后，充填体在养护阶段发生收缩，形成欠接顶缝隙。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于接顶充填的排水排气及补浆多功能管道及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于接顶充填的排水排气及补浆多功能管道，包括管道主体；

3、孔眼组件，间隔分布在管道主体上；

4、遮挡组件，设置于孔眼组件外侧；

5、阻挡组件，设置于管道主体正面；

6、管道组件包括有补浆孔盖板，活动安装于管道主体正面以及孔眼组件的内壁，当补浆孔盖板整体固定在管道主体正面的补浆孔眼位置时可对管道主体整体进行密封。

7、优选地，所述孔眼组件包括有透水透气孔眼和补浆孔眼；

8、所述透水透气孔眼和补浆孔眼间隔分布在管道主体上，所述补浆孔眼呈卡槽状。

9、优选地，所述遮挡组件包括有过滤布；

10、所述过滤布包裹于透水透气孔眼外侧。

11、优选地，还包括有盖板橡胶；

12、所述盖板橡胶设置于补浆孔盖板外侧以及管道主体正面以及补浆孔眼内壁之间。

13、优选地，所述补浆孔眼处的管道主体内壁设置有格网，所述格网由肋条和肋条固定点组成，格网外缘的肋条固定点固定在管道主体内壁。

14、优选地，所述阻挡组件包括有推动组件和固定组件；

15、固定组件包括有纵向挡块和横向挡块；

16、所述纵向挡块铰接于管道主体正面上下方以及补浆孔盖板外侧，所述横向挡块铰接于管道主体左右两侧。

17、优选地，所述推动组件包括有弧槽、连接弹簧和弧块；

18、所述弧槽开设于管道主体正面以及纵向挡块和横向挡块的外侧，所述连接弹簧设置于弧槽的内壁，所述弧块设置于连接弹簧的另一端以及纵向挡块和横向挡块外侧之间。

19、优选地，所述弧槽和弧块的尺寸相适配。

20、优选地，应用方法一：接顶充填阶段，受充填料浆泌水及骨料沉降因素影响，充填区中可形成积水区和积气区，在泵送压力及水重力的作用下充填区的水和空气将会透过过滤布，然后再借助透水透气孔眼进入管道主体，最后排出充填区，而料浆中的固体成分(灰分和骨料)不能透过过滤布，进而不能进入管道主体，实现高效接顶充填；

21、应用方法二：接顶充填完毕并且待充填体收缩稳定后，此时可将充填主管道接入管道主体，再将充填料浆泵送进入管道主体内部，然后在泵送压力及充填料浆自身重力的作用下，料浆会将补浆孔盖板冲开，以便使得浆料进入收缩沉降区和欠接顶区。本发明的有益效果如下：

22、1.本发明通过设置纵向挡块、横向挡块和连接弹簧，此时由于连接弹簧的弹力作用，进而将会推动弧块分别带动纵向挡块和横向挡块向内侧发生翻转，从而将补浆孔盖板正面的上下和两侧分别遮挡，以便使得补浆孔盖板和盖板橡胶的整体稳固在管道主体正面内壁，提高补浆孔盖板整体的固定性，防止水和空气排出时压力过大导致其冲开。

23、2.本发明通过设置有透水透气孔眼和过滤布，通过透水透气孔眼的设计，充填阶段充填区的聚集空气和水顺序透过过滤布和透水透气孔眼进入管道，排出充填区。相比于现阶段普遍采用的一根下料管配1～3根排水排气管且仅端口排水排气的接顶充填方法，由于排水排气及补浆多功能管道主体上各处均遍布有排水排气孔眼，排水排气效率更高，只需一根管道就可以替代现有方法中一个充填区3～9根排水排气管，对于120m长的充填条带而言用管量降幅高达33.3％～77.8％，可以大幅度减少挂设管路的工作量。

24、3.充填料浆中的固体部分无法透过过滤布而不能进入管道，这使得管道不会被堵塞，可用于欠接顶区和充填体收缩区的补浆，其优势是无需再充填之初布置专用补浆管。大断面掘进一体化方法是在大断面掘进切割煤体一定距离后，在大断面掘进充填留巷一体化系统中朝向大断面掘进区后方处增设u型自移式液压挡板支架集群；在大断面掘进充填留巷一体化系统向工作面煤壁协同渐次前进过程中，大断面掘进充填留巷一体化系统通过自伸展对可变空顶区进行支护，在保持不动的u型自移式液压挡板支架集群与后侧煤壁形成的长方体型充填空间内进行充填和养护；当充填体强度养护至设计强度时，大断面掘进充填留巷一体化系统进行自收缩，同时向掘进工作面煤壁方向移动，u型自移式液压挡板支架集群与上一阶段的充填体壁面构成封闭充填空间，进行下一阶段的充填作业；在大断面掘进充填留巷一体化系统进行蠕动式前进时，实现连续割煤掘进、安全支护大断面掘进区的顶板、间断充填的一体化同步作业。对于对充填速率要求较高的矿井，可以借助本发明的接顶充填的排水排气及补浆多功能管道进行一次全高充填，大幅度提高充填效率。即一次性往充填区注满充填料浆，等充填体收缩沉降稳定之后，再利用多功能补浆管进行补浆，如此可以大幅度减少充填时间。例如，目前3m高的窄条带采空区，为控制收缩沉降及接顶效果，一般分1.5m、1m和0.5m三层进行充填，最后0.5m为接顶充填。按照分层之间最少养护1天计算，单个条带充填最少耗时5天，而本发明提供的方法仅需2天，充填效率大幅度提高。