具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限制于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如前所述，在采煤作业之后往往会留下大量采空区。如果不对这些采空区进行加固或者回填，一段时间以后很可能会造成塌陷，导致地面沉降或在地表形成塌陷坑等，进而导致存在人员或器械落入采空区内部或者采空区上方地面无法利用的问题。采空区的存在对矿区形成很大的安全隐患，目前已成为制约矿区发展以及采空区上方地面利用的一个重要难题。

在煤矿开采过程中还会伴随产生大量的煤矸石。煤矸石的堆积需要占用大片土地，并且在存放中可能因自燃而污染空气或引发火灾。煤矸石可用于充填开采过程中的采空区。

采空区充填通常采用全采全充的方式，但此种方式需要大量的充填物料。一般来说，开采中产生的矸石的体积往往远小于采空区的空间体积，故需要补充大量其他充填材料如河砂、碎石等以满足采空区充填要求，而这将会大大增加充填成本。且由于充填过程中需要的固形物粒度有规定要求，使得煤矸石破碎也需要耗费较大成本。

本公开使用多种充填物质交替充填的方法，不仅及时高效地解决了煤矸石堆积问题、充填材料不足问题，也更好地解决了充填成本问题。

示例性地，图1示出了根据本公开一实施例的采空区充填方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

S101：将采空区划分为第一组充填区、第二组充填区和隔离区，其中该隔离区位于第一组充填区与第二组充填区之间，并且用于分隔第一组充填区与第二组充填区；

S102：用第一充填材料充填第一组充填区；

S103：用发泡材料充填隔离区以形成隔离层；

S104：用第二充填材料充填第二组充填区。

在图1所示的充填方法的一些示例中，第一组充填区可包括一个或多个第一充填分区；第二组充填区可包括一个或多个第二充填分区；隔离区可包括一个或多个隔离分区；多个第一充填分区与多个第二充填分区交替设置，并且相邻的第一充填分区与第二充填分区被隔离分区隔开。即，充填区可具有例如“第一充填分区/隔离分区/第二充填分区/隔离分区/第一充填分区”的结构。

在图1所示的实施例中，第一组充填区中的一个或多个第一充填分区、第二组充填区中的一个或多个第二充填分区以及隔离区中的一个或多个隔离分区可以具有任何合适的形状，例如，带状或块状形状等。

在一些实施例中，多个第一充填分区中的第一充填材料可以形成第一组充填带，该第一组充填带包括与多个第一充填分区相对应的多个第一充填分带；多个第二充填分区中的第二充填材料可以形成第二组充填带，该第二组充填带包括与多个第二充填分区相对应的多个第二充填分带；多个隔离分区中的发泡材料可以形成隔离带，该隔离带包括与多个隔离分区相对应的多个隔离分带，其中，多个第一充填分带与多个第二充填分带交替设置，并且相邻的第一充填分带与第二充填分带被隔离分带隔开。例如，充填区可具有“第一充填分带/隔离分带/第二充填分带/隔离分带/第一充填分带”的结构。在一个示例中，多个第一充填分带、多个第二充填分带和多个隔离分带可以垂直于水平面。在另一个示例中，多个第一充填分带、多个第二充填分带和多个隔离分带可以平行于水平面。在又一个示例中，多个第一充填分带、多个第二充填分带和多个隔离分带可以与水平面成一角度，该角度可大于0度并且小于90度。以上列举的情况仅为示例性的，本公开的实施例对第一充填分带、第二充填分带和隔离分带的配置方式不作限制。

例如，多个第一充填分带中的每一个、多个第二充填分带中的每一个和隔离分带中的每一个可以具有任何合适的宽度。例如，多个第一充填分带中的每一个和多个第二充填分带中的每一个可以具有相同或不同高度的宽度。多个第一充填分带中的每一个和多个第二充填分带中的每一个的宽度可以独立地在约3至约30米范围内，例如，独立地在约3米至约25米，约5米至约20米，约5米至约15米，或约5至约10米范围内。例如，多个第一充填分带中的每一个和多个第二充填分带中的每一个的宽度可以独立地为约5米、约8米、约10米、约15米、约20米、约25米或约30米等。多个隔离分带中的每一个可以具有相同或不同的宽度。多个隔离分带中的每一个的宽度可以独立地在约0.05米至约5米范围内，例如，独立地在约0.05米约至约4米范围内或在约0.1米至约2米范围内。例如，多个隔离分带中的每一个的宽度独立地为约0.05米、约0.1米、约0.3米、约0.5米、约1米、约1.5米或约2米等。在另一些示例中，多个第一充填分带中的每一个、多个第二充填分带中的每一个和多个隔离分带中的每一个的宽度之间的比率可以为例如约3-30：约3-30：约0.05-5，例如约5-10：约5-10：约1。以上列举的情况仅为示例性的，本公开的实施例对第一充填分带、第二充填分带和隔离分带的宽度及它们之间的比率不作限制。

在另一些实施例中，多个第一充填分区、多个第二充填分区也可以具有块状形式；多个隔离分区可以为围绕多个第一充填分区中的每一个和多个第二充填分区中的每一个并且将相邻的第一充填分区和/或第二充填分区隔开的隔离壁或隔离层的形式。即，充填区可以具有“蜂巢”样结构。

在图1所示的实施例中，发泡材料可以包括有机发泡材料和无机发泡材料中的一种或多种。例如，有机发泡材料可以包括，例如，包含聚合物作为基质的发泡材料(也称为聚合物发泡材料)中的一种或多种等；无机发泡材料可以包括，例如，包含无机材料作为基质的发泡材料。

如本文所用的，聚合物发泡材料是指以聚合物(塑料、橡胶、弹性体或天然高分子材料)作为基质并且在其内部具有无数气泡的微孔材料，也可以视为以气体为填料的复合材料。在一些示例中，聚合物发泡材料可以包括聚合物、发泡剂、填料、水和任选地其他添加剂(例如，稳定剂等)。在一些示例中，聚合物发泡材料中所用的聚合物可以包括一种或多种树脂，例如，聚酯、聚氨酯、聚脲、聚烯烃、酚醛树脂、脲醛树脂、环氧化物树脂、丁腈橡胶及其他树脂中的一种或多种。在又一些示例中，聚合物发泡材料中所用的填料可以包括适合用于聚合物发泡材料中的任何填料，包括，例如，粉煤灰、碳酸钙、高岭土、膨润土、粉末状分子筛、滑石粉、钛白粉、重晶石粉或其他填料中的一种或多种，本公开的实施例对此不作限制。

如本文所用的，无机发泡材料是指以无机材料作为基质并且在其内部具有无数气泡的微孔材料。在一些示例中，无机发泡材料可以包括胶结料、发泡剂、水、任选地填料和一种或多种其他添加剂等。例如，无机发泡材料可以是发泡水泥、发泡混凝土等。在一些示例中，无机发泡材料中所用的胶结料可以包括但不限于水泥、胶粉或类似材料中的一种或多种。在又一些示例中，无机发泡材料中所用的填料可以包括适合用于无机发泡材料中的任何材料，包括，例如，粉煤灰、硅灰、碎石、河沙或类似材料中的一种或多种，本公开的实施例对此不作限制。

在一些示例中，可用于本公开的有机发泡材料或无机发泡材料中的发泡剂可以包括但不限于物理发泡剂、化学发泡剂、表面活性剂类发泡剂中的一种或多种。例如，本文所用的物理发泡剂可以是能通过物理变化导致物质膨化并在其中形成许多气泡的无机或有机物质，例如惰性气体、低沸点液体和固态空心球等。物理发泡剂的示例可以包括但不限于低沸点的烷烃、环烷烃和氟碳化合物(氟利昂)等，例如，正戊烷、异戊烷、环戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚(石脑油)、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷及类似材料中的一种或多种。例如，本文所用的化学发泡剂可以是能通过化学变化释放出气体，从而导致物质膨化并在其中形成气泡的无机或有机物质。化学发泡剂的示例可以包括例如偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物等的有机化学发泡剂，例如碳酸盐类化合物、过氧化物类化合物等的无机化学发泡剂以及它们的组合。例如，本文所用的表面活性剂类发泡剂可以为在机械作用力引入空气的情况下在物质中产生大量泡沫从而导致发泡的物质，例如一种或多种阴离子表面活性剂等。表面活性剂类发泡剂的示例可以包括月桂基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、松香皂类发泡剂、动植物蛋白类发泡剂、纸浆废液或类似物质中的一种或多种。本公开的实施例对发泡剂的种类不作限制，只要其能够在环境条件下使相应的有机或无机材料发泡即可。

除了以上列举的发泡材料的各种成分之外，本公开实施例中所用的发泡材料中还可以包含其他常用于发泡材料中的各种添加剂，包括但不限于稳定剂、阻燃剂等。本公开的实施例对此不作限制。

在图1所示的实施例中，第一充填材料和第二充填材料可以相同或不同。例如，第一充填材料可以为固体充填材料，第二充填材料可以为膏体充填材料。或者，第一充填材料和第二充填材料可以均为固体充填材料或者均为膏体充填材料。又或者，第一充填材料和第二充填材料可以为相同或不同的其他材料。

如本文所用的，固体充填材料可以是在进行充填操作时和充填完成后均呈固体状态的充填材料，也可以称为干式充填材料。在一些示例中，固体充填材料可以包括但不限于矸石、矿石、木材、煤矿、建筑垃圾中的一种或多种。例如，固体充填材料可以是煤矸石。例如，所述煤矸石可以是在对新开采出来的煤矸石或存放的煤矸石进行筛分之后得到的较大尺寸的煤矸石，例如，具有大于或等于约500mm的尺寸，或者具有大于或等于约300mm的尺寸，或者具有大于或等于约100mm的尺寸的煤矸石。

如本文所用的，膏体充填材料可以是在进行充填操作时呈膏体状态并且在充填完成后经一段时间凝固形成固体的充填材料。在一些示例中，膏体充填材料可以是例如包括填料、胶结料和水的膏状/浆状材料。如本文所用，膏体充填材料中所用的填料可以是例如碎石、河沙、建筑垃圾、粉煤灰、炉渣、劣质土中的一种或多种。例如，该填料可以是破碎的煤矸石。另一方面，如本文所用，膏体充填材料中所用的胶结料可以是例如水泥、石膏、砂浆、胶粉、复合胶凝材料等中的一种或多种。本公开的实施例对膏体充填材料中所用的胶结料不作限制，只要其能够在环境条件下实现膏体充填材料的凝固即可。

除了以上列举的膏体充填材料的各种成分之外，本公开的实施例中所用的膏体充填材料中还可以包含其他常用于膏体充填材料中的各种添加剂，包括但不限于稳定剂、阻燃剂等。本公开的实施例对此不作限制。

在图1所示的实施例中，步骤S102：使用第一充填材料充填所述第一组充填区，步骤S103：使用发泡材料充填所述隔离区以形成隔离层，和步骤S104：用第二充填材料充填所述第二充填区，可以以任意顺序进行。

例如，当在S101中将采空区划分为第一组充填区、第二组充填区和隔离区之后，可以首先使用第一充填材料充填第一组充填区；随后在位于已充填完的第一组充填区与尚未进行充填的第二组充填区之间的隔离区中，使用发泡材料进行充填，以形成隔离第一组充填区和第二组充填区的隔离区；然后，使用第二充填材料充填第二组充填区。

或者，例如，当在S101中将采空区划分为第一组充填区、第二组充填区和隔离区之后，可以首先根据规划好的各组区域，使用发泡材料充填隔离区以形成隔离层，从而在尚未进行充填的第一组充填区与第二组充填区之间建立分隔；随后，分别使用第一充填材料充填第一组充填区和使用第二充填材料充填第二组充填区。

又或者，例如，当在S101中将采空区划分为第一组充填区、第二组充填区和隔离区之后，可以首先根据规划好的各组区域，分别使用第一充填材料充填第一组充填区和使用第二充填材料充填第二组充填区、随后使用发泡材料充填位于第一组充填和第二组充填区之间的隔离区，从而在已充填完成的第一组充填区与第二组充填区之间建立隔离层。

在一些示例中，当第一组充填区包括多个第一充填分带，第二组充填区包括多个第二充填分带，隔离区包括多个隔离分带，并且多个第一充填分带中的每一个与多个第二充填分带中的每一个交替设置并被多个隔离分带中的每一个隔开时，可以在使用第一充填材料充填多个第一充填分带中的一个或多个之前并且在使用第二充填材料充填多个第二充填分带中的一个或多个之前，使用发泡材料填充多个隔离分带中的一个或多个以形成隔离层。或者，可以在使用第一充填材料充填多个第一充填分带中的一个或多个之后但是在使用第二充填材料充填多个第二充填分带中的一个或多个之前，使用发泡材料填充多个隔离分带中的一个或多个以形成隔离层。

例如，当在S101中将采空区划分为第一组充填区、第二组充填区和隔离区之后，可以首先使用第一充填材料充填第一充填分带中的一个；随后在位于已充填完的该第一充填分带和与之相邻的尚未进行充填的第二充填分带之间的隔离分带中，使用发泡材料进行充填，以形成隔离该第一充填分带和该第二充填分带的隔离分带；然后，使用第二充填材料充填该第二充填分带；重复以上步骤，直到所有的第一充填分带、第二充填分带和隔离分带均充填完成。

或者，例如，当在S101中将采空区划分为第一组充填区、第二组充填区和隔离区之后，可以首先根据规划好的各组区域，使用发泡材料充填至少一部分隔离分带以形成一个或多个隔离层，从而在尚未进行充填的至少一部分第一组充填区与至少一部分第二组充填区之间建立分隔；随后，在已经充填完的至少一部分隔离分带的两侧，分别使用第一充填材料充填第一充填分带和使用第二充填材料充填第二充填分带；根据需要重复以上步骤，直到所有的第一充填分带、第二充填分带和隔离分带均充填完成。

在图1所示的实施例中，充填方法还可以包括以下步骤：对煤矸石进行筛分，将具有大于或等于约300mm(即第一尺寸)的尺寸的煤矸石用作固体充填材料(即第一充填材料)；将具有小于约300mm的尺寸的煤矸石破碎至尺寸小于或等于约30mm(即第二尺寸)；并且使用破碎后的煤矸石作为填料制备膏体充填材料(即第二充填材料)。然而，本领域技术人员可以理解，在本公开的其他实施例中，在对煤矸石进行筛分时，可以使用更大或更小的第一尺寸来对煤矸石进行分离；并且在对筛分出来的尺寸小于第一尺寸的煤矸石进行破碎时，可以将其破碎至更小的第二尺寸，只要该第一尺寸大于该第二尺寸即可。本公开的实施例对此不作限制。

下面通过几个具体的示例对本公开实施例提供的充填方法及通过其进行充填的采空区进行详细说明。

图2示出了根据本公开一实施例的充填方法充填的采空区的示意图。如图2所示，采空区200包括：第一组充填区，其包括第一充填分区2011，2012；第二组充填区，其包括第二充填分区2021，2022；隔离区，其包括隔离分区2031，2032，2033和2024；以及待充填区204。其中，第一组充填区、第二组充填区和隔离区各自包括交替排列的多个分带，并且每个分带都垂直于水平面。例如，如图2所示，第一组充填区、第二组充填区和隔离区以如下顺序排列：第一充填分区2011→隔离分区2031→第二充填分区2021→隔离分区2032→第一充填分区2012→隔离分区2033→第二充填分区2022→隔离分区2034。待充填区204位于隔离分区2034外侧。

如图2所示，例如，第一充填分区2011，2012使用作为固体充填材料的煤矸石充填。该煤矸石是通过筛分出尺寸大于或等于约300mm的煤矸石直接用于充填获得的。但是，在其他实施例中，第一充填区中所用的充填材料也可以是其他固体充填材料，例如具有更大或更小筛分尺寸的煤矸石或者煤矿、木材、河沙、碎石、破碎的建筑垃圾等；或者第一充填区中所用的充填材料也可以是膏体充填材料。本公开的实施例对第一充填区中所用的充填材料不作限制。

如图2所示，第二充填分区2021，2022使用膏体充填材料充填。该膏体充填材料是通过将筛分出的尺寸小于300mm的煤矸石破碎成粒径不大于30mm的碎煤矸石并将其与胶结料、水和其他成分混合制成的。但是，在其他实施例中，第二充填区中所用的充填材料也可以是其他膏体充填材料，例如使用河沙、建筑垃圾、粉煤灰、炉渣、劣质土等作为填料与胶结料、水和其他成分混合制成的膏体材料；或者，第二充填区中所用的充填材料也可以是固体充填材料。本公开的实施例对第二充填区中使用的充填材料不作限制。

例如，隔离分区2031，2032，2033和2034使用聚合物发泡材料充填。该聚合物发泡材料包括酚醛树脂、发泡剂、填料、稳定剂和水。例如，在其他实施例中，在隔离区中使用的发泡材料也可以是其他聚合物发泡材料或其他无机类发泡材料如发泡混凝土等。本公开的实施例对隔离区中使用的发泡材料不作限制。

在图2所示的根据本公开一实施例的充填方法充填的采空区中，第一组充填区包括两个第一充填分区；第二组充填区包括两个第二充填分区；隔离区包括三个隔离分区；并且包括待充填区。但是，本公开的其他实施例可以包括其他数量的第一充填分区、第二充填分区和隔离分区，并且可以不包括待充填区。例如，可以独立地包括三个或更多个第一充填分区、三个或更多个第二充填分区以及位于相邻的第一充填分区和第二充填分区之间并将它们隔开的相应数量的隔离分区，并且不包括待充填区。本公开的实施例对第一充填分区、第二充填分区和隔离分区的数量不作限制，对是否存在待充填区不作限制。

图3示出了根据本公开另一实施例的充填方法充填的采空区的示意图。如图3所示，采空区300包括：第一组充填区，其包括第一充填分区3011，3012；第二组充填区，其包括第二充填分区3021，3022；隔离区，其包括隔离分区3031，3032，3033和3034；以及待充填区304。其中，第一组充填区、第二组充填区和隔离区各自包括交替排列的多个分带，并且每个分带都平行于水平面。例如，如图3所示，第一组充填区、第二组充填区和隔离区以如下顺序排列：第一充填分区3011→隔离分区3031→第二充填分区3021→隔离分区3032→第一充填分区3012→隔离分区3033→第二充填分区3022→隔离分区3034。待充填区304位于隔离分区3034外侧。

如图3中所示的第一充填分区3011，3012使用与图2中所示相同的煤矸石充填材料充填；第二充填分区3021，3022使用与图2中所示相同的膏体充填材料充填。但是，在其他实施例中，第一组充填区和第二组充填区中所用的充填材料也可以是其他合适的充填材料。本公开的实施例对此不作限制。

在图3所示的实施例中，隔离分区3031，3032，3033和3034使用发泡混凝土材料充填。该发泡混凝土材料包括水泥、粉煤灰、水和其他添加剂。例如，在其他实施例中，在隔离区中使用的发泡材料也可以是其他聚合物发泡材料或其他无机类发泡材料如发泡水泥等。本公开的实施例对此不作限制。

在图3所示的根据本公开另一实施例的充填方法充填的采空区中，第一组充填区包括两个第一充填分区；第二组充填区包括两个第二充填分区；隔离区包括三个隔离分区；并且包括待充填区。但是，本公开的其他实施例可以包括其他数量的第一充填分区、第二充填分区和隔离分区，并且可以不包括待充填区。例如，可以独立地包括三个或更多个第一充填分区、三个或更多个第二充填分区以及位于相邻的第一充填分区和第二充填分区之间并将它们隔开的相应数量的隔离分区，并且不包括待充填区。本公开的实施例对第一充填分区、第二充填分区和隔离分区的数量不作限制，对是否存在待充填区不作限制。

在图2和图3所示的根据本公开至少一实施例的充填方法充填的采空区中，多个第一充填分区、多个第二充填分区和多个隔离分区为平行或垂直于水平面的带状形式。然而，在本公开的其他实施例中，多个第一充填分区、多个第二充填分区和多个隔离分区也可以具有其他形状或采用其他排列方式。例如，多个第一充填分区、多个第二充填分区和多个隔离分区可以分别形成与水平面成一定角度的斜面带状形式。或者，例如，多个第一充填分区和多个第二充填分区可以各自为错落排列的块状形式，并且隔离分区可为围绕多个第一充填分区中的每一个和多个第二充填分区中的每一个并且将相邻的第一充填分区和/或第二充填分区隔开的隔离壁或隔离层的形式。本公开的实施例对此不作限制。

本公开至少一实施例提供的充填方法采用交替充填的方式来对采空区进行充填，并且在不同充填材料区之间采用发泡材料作为隔离层，确保充填物料之间不串动；由发泡材料形成的隔离层本身使用的物料较少，发泡完成后占据的空间体积较大，并且拥有较高的强度，可以有效地降低对充填材料的需求的问题；使用发泡层作为不同区域之间的隔离物，发泡完成后不需要拆除，且可以按照需求进行提前布局、规划，对于充填量等信息可控。另外，大块煤矸石直接充填降低了处理成本；小块煤矸石与胶结料、粉煤灰、水混合用于制备充填用膏体，解决了小块煤矸石支撑力不足的问题，实现了良好的充填强度；多种充填材料交替充填可以在保障充填效果的基础上，降低了充填成本，提高了充填效率。

还有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，结构或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。

(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。