CN101864970A - 基于架后充填的松软易冒特厚煤层巷道支护方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于架后充填的松软易冒特厚煤层巷道支护方法及其装置，涉及一种煤层巷道支护技术。本方法包括：①在巷道采用一种由顶拱、边墙和仰拱三部分组成的封闭可缩性U型钢支架进行支护；②在边墙内壁设置腰梁；③在顶拱和边墙外壁挂金属网；④在金属网外面铺设双抗布；⑤架后在双抗布外面注射高膨胀化学充填材料。本装置的结构是：从内向外，腰梁(20)、封闭可缩性U型钢支架(10)、金属网(30)、双抗布(40)和高膨胀化学充填材料(50)依次连接。本发明适用于特厚松软易冒煤层巷道支护，也可用于滑坡体段、松软土体的隧道支护。

Description

基于架后充填的松软易冒特厚煤层巷道支护方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种煤层巷道支护技术，尤其涉及一种基于架后充填的松软易冒特厚煤层巷道支护方法及其装置。

背景技术

煤层巷道(简称煤巷)支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的发展过程。

国内外采取的煤巷的支护形式主要有：

1、U型钢可缩性支架

U型钢本身具有比较合理的截面几何形状和较高的强度，因此U型钢可缩性支架支撑能力大，可缩量大，稳定性好。它的特性基本符合巷道围岩的活动规律。但是，U型钢支护也有不利方面，例如，在拱形断面的煤巷中，上部角煤不易维护，往往造成支架集中受力，变形量大。

2、矿用工字钢梯形可缩性支架

矿用工字钢梯形可缩性支架在我国中、小型煤矿和地方煤矿以及机械化程度较低煤矿的煤巷中有着发展前途。但是矿用工字钢梯形可缩性支架存在着抗弯性能不足、巷道易变形和维护费用高的弱点，尤其在软弱易冒地层不宜使用。

3、锚杆支护

由于煤层巷道围岩的多变性和支护质量的隐蔽性，锚杆支护存在一系列的问题，特别是对于地质条件恶劣、煤体强度很低和受多次采动高应力作用的煤巷来说，锚杆支护是一把双刃剑，在具备经济性和快捷性的同时，存在相当大的安全隐患。

4、组合锚杆支架

所谓组合锚杆，就是用拉杆、梁，或梁、网等构件将单个锚杆连成一个对顶板起支护作用的整体结构。

国内外实践表明，在受回采影响的动压巷道内(包括大断面巷道)，可以有条件的推广采用组合锚杆，至于组合锚杆的结构、支护参数、适用范围和配套机具等，都是需要进一步研究和解决。

5、联合支护

提高棚式支架支护强度，支护形式向多样化发展。但这种联合支护方式存在施工程序较为复杂、支护效率低和支护成本居高不下等问题。

以上支护形式在地质条件复杂、断裂发育、煤层埋深大、煤层松软易冒的条件下很难适用，易发生冒顶底鼓、两帮移近和煤巷出现不同程度的变形、破坏、支架损毁等问题，使煤巷很难满足正常使用要求，也无法确保煤巷的掘进速度；因此，煤巷的掘进和支护已成为困扰煤矿正常生产的瓶颈之一。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的问题和不足，提供一种基于架后充填的松软易冒特厚煤层巷道支护方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的：

1、煤层巷道支护方法

本煤层巷道支护方法是考虑封闭和接顶的支护原则，拟定顺槽支护方案；包括下列步骤：

①在巷道采用一种由顶拱、边墙和仰拱三部分组成的封闭可缩性U型钢支架进行支护；

②在边墙内壁设置腰梁；

③在顶拱和边墙外壁挂金属网；

④在金属网外面铺设双抗布；

⑤架后在双抗布外面注射高膨胀化学浆液。

2、煤层巷道支护装置

本装置包括封闭可缩性U型钢支架、腰梁、金属网、双抗布、高膨胀化学充填材料；从内向外，腰梁、封闭可缩性U型钢支架、金属网、双抗布和高膨胀化学充填材料依次连接。

其工作原理是：

该装置各部分共同作用，缺一不可。

①U型钢支架是受力主体，顶拱、边墙、底拱形成完整封闭的受力体系，将煤岩围压转化为支架轴向受力，可有效控制巷道的变形。

②腰梁将各个可缩性U型钢支架连成棚式结构，使支护形成一个完整的整体。

③金属网架设在U型钢支架上，防止碎煤塌落，并将煤岩压力传递给U型钢支架。

④双抗布铺设在金属网之上，主要防止充填漏浆和松散煤块的掉落。

⑤高膨胀化学充填材料能有效填充U型钢支架和煤体间的空间，根治“接顶”问题。胶结壁后破碎煤体，防止拱顶煤层的掉落，使拱顶的煤层不至于因支护不到位而继续掉落，遏制松动圈的扩大，减小因拱顶煤层掉落而施加在U型棚上的压力。

本发明具有下列优点和积极效果：

①“接顶”化学注浆充填能够根本解决支架和围岩不密贴的问题。

②为一完整的支护体系，能减小巷道的收敛变形，使巷道变形快速稳定，确保巷道的正常使用；

③U型钢支架后注射高膨胀化学充填材料的支护方式具有较好的抗动压性能；封闭的可缩性U型钢支架是个完整的封闭性受力体系，可承受较大动载；化学充填物极具弹性，可起到缓冲作用。

④与其它棚式支护相比，可减小U型钢支架的截面尺寸和型号，增大U型钢支架间距，从而节约大量的钢材，降低支护的成本。

⑤由于增大了U型钢的间距，可缩短耗费在巷道支护上的施工时间，提高了支护效率和巷道的掘进效率。

⑥降低煤巷的返修率。

⑦能有效抵抗巷道底鼓变形。

⑧适用于松软易冒特厚煤层巷道的支护，也可用于滑坡体段、松软土体或有偏压的隧道支护。

附图说明

图1是本装置的结构示意图，其中：

10-封闭可缩性U型钢支架，

11-顶拱，         12-边墙，              13-仰拱；

20-腰梁；

30-金属网；

40-双抗布；

50-高膨胀化学充填材料。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、方法

1、封闭可缩U型钢支架安装

如图1所示，其施工步骤及工艺为：

掘进初步成巷，超前临时支护，利用前探梁预放棚梁，在护帮板的掩护下挖腿窝，栽棚腿，上卡缆，腰帮过顶，安装顶拱，上紧卡缆至设计要求，上网，背板，形成永久支护；安装腰梁；巷道清底至设计要求，安装仰拱和底梁，封闭U型棚。

U型棚架设注意事项：

U型棚必须架设在实底上，支架应垂直巷道中心线，支架间用腰梁连接，螺帽扭矩要符合要求。

2、架后注射高膨胀化学充填材料

采用多功能泵来进行架后充填工作。

多功能泵使用压缩空气作为动力源，压风压力要求在0.4～0.7MPa，压风流量不小于3m³/分钟；面向压力表，从左向右，三个注浆缸的体积比分别为：A(2)∶B(1)∶C(2)。

施工要点

1)下井前详细检查注液枪的完好状况，备用控制阀、单向阀、直通、混合器的完好状态，并且连接组装一遍，以免组装不顺利，影响井下施工；

2)如果做煤壁裂隙充填需要清点注浆管、封堵器、连接头等配件的数量，应比当天实际使用数量略有富裕；

3)查看混合器与注浆管的连接是否配套；

4)本方法施工使用一只混合器；

5)施工前应准备好两桶洗泵用的清水和碱粉；

6)A料系统必须用碱水清洗；

7)施工前应准备好棉纱和木块；

8)严格执行多功能泵的操作步骤施工；

9)严密监视料的比例情况，稍有误差，马上解决；

10)沉着应对突发事故，尽可能保证设备安全。

现场质量评价

1)配比准确；

2)发泡颜色均匀，发泡体成型快，里面硬实不发软；

3)表干时间(不粘手时间)(井下10～15℃)：5～10分钟左右；

4)一段时间后，生成物的表面呈乳白色，内部呈粉红色，并逐渐加深；

5)有一定的韧性，受压时不易开裂。

二、装置

1、总体

如图1，本装置包括封闭可缩性U型钢支架10、腰梁20、金属网30、双抗布40、高膨胀化学充填材料50；

从内向外，腰梁20、封闭可缩性U型钢支架10、金属网30、双抗布40和高膨胀化学充填材料50依次连接。

2、功能块

1)封闭可缩性U型钢支架10

封闭可缩性U型钢支架10是一种由上顶拱11、左右边墙12和下仰拱13组成的封闭结构。

上顶拱11和左右边墙12组成U型钢支架，采用我国自产的矿用U型钢系列支架29U、36U，用标准卡缆连接。

采用U型钢仰拱13封底，旨在支撑左右边墙12，抵抗底鼓变形，限制两帮的变形，使封闭可缩性U型钢支架10形成封闭的受力体系，使整个装置受力更稳定，使巷道变形量更小。

2)腰梁20

腰梁20由厚度12mm的钢板加工而成，用螺栓锁住封闭可缩性U型钢支架10，沿巷道纵向形成U型棚支护整体。

3)金属网30

金属网30采用Φ10圆钢制成500×600mm、网格为50mm的钢筋网。

4)双抗布40

双抗布40采用塑料编织布。

5)高膨胀化学充填材料50

高膨胀化学充填材料50采用瑞米充填I号；瑞米充填I号是由北京瑞琪米诺桦合成材料有限公司生产的双组分有机树脂类材料，A组分和B组分按4∶1的体积比混合，能快速膨胀发泡成型，发泡倍数能达到20倍以上，固化后具有较大韧性和一定强度。

Claims (3)

1.一种基于架后充填的松软易冒特厚煤层巷道支护方法，其特征在于包括下列步骤：

①在巷道采用一种由顶拱、边墙和仰拱三部分组成的封闭可缩性U型钢支架进行支护；

②在边墙内壁设置腰梁；

③在顶拱和边墙外壁挂金属网；

④在金属网外面铺设双抗布；

⑤架后在双抗布外面注射高膨胀化学浆液。

2.按权利要求1所述方法的煤层巷道支护装置，其特征在于：

包括封闭可缩性U型钢支架(10)、腰梁(20)、金属网(30)、双抗布(40)、高膨胀化学充填材料(50)；从内向外，腰梁(20)、U型钢支架(10)、金属网(30)、双抗布(40)和高膨胀化学充填材料(50)依次连接。

3.按权利要求2所述的煤层巷道支护装置，其特征在于：

所述的封闭可缩性U型钢支架(10)是一种由上顶拱(11)、左右边墙(12)和下仰拱(13)组成的封闭结构。