CN100577986C - 三软地质条件下采空区留巷围岩支护方法 - Google Patents

Abstract

三软地质条件下采空区留巷围岩支护方法，其特征是首先加固一次留巷；然后施工超前巷道；最后施工二次留巷。本发明通过对巷道受力机理和各种支护特性的结合，形成对二次沿空留巷的有效支护，从而解决多次采动条件下的“三软”巷道的支护难题。巷道回采期间基本保证完好，其收缩量在允许控制范围之内，从而为高瓦斯工作面顺利实现Y型通风提供了技术上的支持与保障，促进矿井安全生产。

Description

三软地质条件下采空区留巷围岩支护方法

技术领域

本发明涉及煤矿安全生产方法。更具体地说是一种在煤层软、顶板岩层软和底板岩层软的“三软”地质条件下的采空区留巷围岩支护方法。

背景技术

沿空留巷是指在工作面的后方沿采空区边界维护巷道，是一种较为先进的采煤方法，不仅可以合理开发煤炭资源、改善巷道围岩、减少巷道掘进量，而且有利于矿井安全生产和改善矿井的经济技术效果。世界上一些主要产煤国采用前进式和后退式的工作面沿空留巷方法以实现无煤柱开采。但是沿空巷道要经受多次采动影响，其矿压显现和巷道维护都比较复杂，维护难度也大。国内外对于一次留巷的支护方法已经较为成熟，一次留巷要求巷道的断面积不大，一次留巷时，根据岩层移动情况，巷道处于采空区边的减压区内，此时巷道受到的矿山压力较小，巷道产生的变形较小，一般在其支护设计上大多为锚(索)网或架棚等简易方法，一次留巷是指在回采上阶段工作面时把运输机巷保留作为下阶段工作面风巷；在下阶段工作面回采时因通风或生产需要再次将该条巷道保留时即称为二次留巷。在二次留巷中，沿空巷道处于“孤岛”状态，即巷道两侧都是采空区，此时巷道处于应力较为集中的地区，受到的矿山压力较大。针对巷道的受力状态，加之受到工作面采动影响，造成顶板离层、断裂、下沉的情况更为剧烈，已有的一次留巷施工方法不能适应二次留巷中三软的地质条件。目前，二次留巷只在少数采煤技术先进的国家如德国有所实施，但是其支护为深井地层设计，成本太大不适合我国情况。

早期沿空留巷主要是采用过矸石垛、木垛和密集木支柱，但这仅仅局限在薄煤层中应用；随后。混凝土砌块和密集金属支柱在中厚煤层中得到应用，但这些巷旁支护存在着较为明显的缺点，比如支护阻力不够、可缩性能不匹配、机械化程度低、劳动强度大、采空区密封性能差等，从而使沿空留巷技术的使用范围因而受到限止。从20世纪80年代，我国逐步引进高水速凝充填材料这一技术，并进行深入地研究，在一些薄及中等厚度煤层的一次留巷中取得了较好的支护效果。但是，随着回采深度的增加，巷道受到的压力增大，材料强度较弱的弱点显现出来，一般充填后的强度不超过10MPa，而且裸露后极易风化，风化后强度变得很低。

安徽淮南矿区为我国高瓦斯矿区的典型代表，随着采深增大，煤层突出威胁增大，瓦斯治理的难度越来越大。矿区为煤层群开采，传统的U型通风方式，一方面，由于采空区漏风携带采空区高浓度瓦斯汇集至工作面上隅角并由风流排出，但不能从根本上解决上隅角瓦斯超限和瓦斯积聚问题，影响采煤工作面的安全和高效生产；另一方面，工作面一般都为留阶煤柱的布置方式，浪费可贵的煤炭资源，也造成上下覆煤层的应力集中区，给防突带来威胁。已经提出的沿空留巷Y型通风显示出在通风、防突、资源节约等方面的优越性。但是，采空区保留巷道留巷存在有“三软”地质条件下采空区围岩控制与支护问题，使得该项技术的具体实施受到制约。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存的问题，提供一种工艺简单、可以对巷道变形量有效控制的三软地质条件下采空区留巷围岩支护方法，通过对二次沿空留巷的有效支护，为高瓦斯工作面实现Y型通风提供技术上的支持与保障，从而促进矿井的安全生产。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：

本发明“三软”地质条件下采空区留巷围岩支护方法的特点是按如下步骤进行：

a、加固一次留巷

按通风要求向两帮和底板扩大一次留巷巷道断面；

在一次留巷中的全断面上、沿巷道方向间隔架设可缩性U型钢棚；

完成U型钢棚的架设之后，向一次留巷巷道内壁喷射混凝土，形成混凝土支护层；

在混凝土支护层固结后，在一次留巷巷道围岩中，沿径向设置注浆锚杆，通过注浆锚杆对巷道围岩进行注浆加固，控制注浆压力在1～2Mpa；

在巷道顶板向巷道围岩加补锚索；

b、施工超前巷道

超前于回采工作面，在留巷沿U型钢棚的外侧自工作面向前挖掘超前巷道，超前巷道采用液压支柱与铰接梁临时支护，并对超前巷道的顶板加补锚索网，包括对超前巷道上方顶板加补金属网和锚杆、锚索；

c、施工二次留巷

替棚：在工作面后方留巷外侧，使用一梁两柱圆木棚替换该处单体和铰接顶梁；

清理：在替棚段巷道内，使用手镐、铁铲清理该段巷道底板矸石杂物至实茬；

支模：在替棚段巷道内，使用木板制成的模板将清理好的巷道围好；

充填：使用充填泵，在立好的模板内充满充填材料；

拆模：待充填材料固结后拆除模板；

封闭：在二次留巷内向充填护体表面喷射混凝土，以混凝土支护层封闭充填体。

本发明方法的特点也在于：

对于一次留巷巷道断面的扩大，预留变形量两帮不少于800mm、顶板不少于500mm，施工时不允许挑顶的方式进行。

所述混凝土支护层的厚度为200mm。

所述巷道顶板加补锚索长8.5m、Φ18.9mm。

所述超前巷道超前于工作面3～5m。

所述充填体的高度为采高，宽度为采高的1.5～1.7倍。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明通过对巷道受力机理和各种支护特性的结合，形成对二次沿空留巷的有效支护，从而解决多次采动条件下的“三软”巷道的支护难题。巷道回采期间基本保证完好，其收缩量在允许控制范围之内，从而为高瓦斯工作面顺利实现Y型通风提供了技术上的支持与保障，促进矿井安全生产。

2、本发明巷道变形量控制在一定范围，具体为：两侧变形基本控制在600mm以内；顶板变形控制在400mm以内(不包括底鼓)，有效保证了通风断面。

3、本发明实现无煤柱开采，没有煤柱影响区的应力集中，消除被保护突出煤层应力集中区煤与瓦斯突出危险威胁。

4、以本发明方法形成的巷道可替代高抽巷、底抽巷，岩巷工程量大大降低。

5、本发明方法工艺简单。

附图说明

图1为本发明方法中一次留巷巷道加固断面示意图。

图2为本发明二次留巷支护平面示意图。

图3为本发明二次留巷支护断面示意图。

图中标号：1为U型钢棚、2混凝土支护层、3注浆锚杆、4锚索、5金属网、6充填体、7圆木棚、8工作面、9超前巷道、10采空区、11留巷、12液压支柱和铰接梁。

具体实施方式

本实施例中对于“三软”地质条件下采空区留巷围岩的支护按如下步骤进行：

1、加固一次留巷

按通风要求向两帮和底板扩大一次留巷巷道断面；先对一次留巷刷帮卧底，再扩大巷道断面，要求扩大的断面有预留变形量，一般两帮不少于800mm，顶板不少于500mm，并达到通风要求的8m²，施工时不允许挑顶；

在一次留巷中的全断面上、沿巷道方向间隔架设可缩性U型钢棚1，对巷道进行临时加固支护，以控制巷道变形。可缩性U型钢棚1可随着留巷11受压变形而发生变形不损坏；

完成U钢棚1的架设之后，向一次留巷巷道内壁喷射混凝土，形成混凝土支护层2，混凝土支护层2的厚度为200mm，为下一步注浆做准备；

考虑到巷道处于采空区10边缘，巷道的围岩出现裂隙，在混凝土支护层2固结后，在一次留巷巷道围岩中，沿径向设置注浆锚杆3，通过注浆锚杆3对巷道围岩进行注浆加固，控制注浆压力在1～2Mpa。注浆锚杆沿巷道走向每隔2.5m布置一排，每排布置4个。注浆锚杆采用Φ22mm无缝钢管加工而成，长度为2200mm；

在巷道顶板向巷道围岩加补锚索4，锚索长为8.5m、直径为18.9mm钢绞线，布置方式为沿巷道走向每隔5m布置两根，采用400×400mm的大托盘增大护表面积，加强对松散层裂破碎岩体的维护效果；

2、施工超前巷道

超前于回采工作面，在上风巷沿U型钢棚1的外侧自工作面8向前挖掘超前巷道9，超前巷道9超前于工作面3～5m。超前巷道9采用液压支柱与铰接梁12临时支护，并对超前巷道9的顶板加补锚索网，包括对充填体上方顶板加补金属网5和锚杆、锚索4。锚杆直径22mm，长2200mm，布置间排距为800×800mm。锚索：长6.0m，直径17.96mm，布置间排距为1600×1600mm；

3、施工二次留巷

替棚：在工作面8后方留巷11的外侧，使用的一梁两柱圆木棚7替换该位置处的液压支柱和铰接梁12，棚间距为0.8m；

清理：在替棚段巷道内，使用手镐、铁铲清理该段巷道底板矸石杂物至实茬，使得充填后巷旁支护位于坚实底板上；

支模：在替棚段巷道内，充填上帮紧贴U型棚腿用钢笆铺设，再铺一层金属网5，并用铁丝固定，其余用木板制成的模板围好，然后在充填模型内铺上塑料膜或胶织袋，避免充填料泄漏和充填料凝固后不粘模板，便于回收，模板架设好后确保充填体6宽、充填体的高度为采高，宽度为采高的1.5～1.7倍，充填长度以走向进度为准，架设充填垛子模型时用单体打好防推站柱，下一次充填前回收掉。

充填：使用充填泵，泵送充填材料进入留巷充填模板内，要观察充填材料的平流堆积状况，材料要充满充填模并使得充填体6与顶底板充分接触。

拆模：保证不少于4个小时的凝固时间，待充填材料固结后拆除模板；

封闭：充填体6拆除模板后，在留巷11内向充填护体表面喷射混凝土，以混凝土支护层2封闭充填体，以防止采空区10漏风。

具体实施中，随着采煤工作面8的向前推进，每推进一天，进行充填一次。

Claims (5)

1、三软地质条件下采空区留巷围岩支护方法，其特征是按如下步骤进行：

a、加固一次留巷

按通风要求向两帮和底板扩大一次留巷巷道断面；

在一次留巷中的全断面上、沿巷道方向间隔架设可缩性U型钢棚(1)；

完成U型钢棚(1)的架设之后，向一次留巷巷道内壁喷射混凝土，形成混凝土支护层(2)；

在混凝土支护层(2)固结后，在一次留巷巷道围岩中，沿径向设置注浆锚杆(3)，通过注浆锚杆(3)对巷道围岩进行注浆加固，控制注浆压力在1～2Mpa；

在巷道顶板向巷道围岩加补锚索(4)；

b、施工超前巷道

超前于回采工作面，在上风巷沿U型钢棚(1)的外侧自工作面(8)向前挖掘超前巷道(9)，超前巷道采用液压支柱与铰接梁(12)临时支护，并对超前巷道的顶板加补锚索网，包括对充填体上方顶板加补金属网(5)和锚杆、锚索(4)；

c、施工二次留巷

替棚：在工作面后方留巷外侧，使用一梁两柱圆木棚(7)替换该处单体和铰接顶梁(12)；

清理：在替棚段巷道内，使用手镐、铁铲清理该段巷道底板矸石杂物至实茬；

支模：在替棚段巷道内，充填上帮紧贴U型棚腿用钢笆铺设，再铺一层金属网(5)，并用铁丝固定，其余用木板制成的模板围好；

充填：使用充填泵，在立好的模板内充满充填材料；

拆模：待充填材料固结后拆除模板；

封闭：在二次留巷内向充填护体表面喷射混凝土，以混凝土支护层(2)封闭充填体。

2、根据权利要求1所述的三软地质条件下采空区留巷围岩支护方法，其特征是所述对于一次留巷巷道断面的扩大，预留变形量两帮不少于800mm、顶板不少于500mm，施工时不允许挑顶的方式进行。

3、根据权利要求1所述的三软地质条件下采空区留巷围岩支护方法，其特征是所述混凝土支护层(2)的厚度为200mm。

4、根据权利要求1所述的三软地质条件下采空区留巷围岩支护方法，其特征是所述超前巷道超前于工作面3～5m。

5、根据权利要求1所述的三软地质条件下采空区留巷围岩支护方法，其特征是所述充填体的高度为采高，宽度为采高的1.5～1.7倍。

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