CN102797500A - 采空区封闭结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采空区封闭结构。所述采空区封闭结构包括：设置在采空区巷道内的第一墙体和第二墙体；第一墙体与第二墙体的间距不小于2米，第一墙体和第二墙体的厚度均不小于0.6米；采空区巷道内壁上设有通过至少两次喷浆工艺形成的巷道喷浆层，巷道喷浆层的总厚度不小于0.1米；采空区巷道内壁上设有第一环壁凹槽，第一墙体的边缘嵌入在第一环壁凹槽内，第一墙体的厚度与第一环壁凹槽的槽宽适配；采空区巷道的内壁上设有第二环壁凹槽，第二墙体的边缘嵌入在第二环壁凹槽内，第二墙体的厚度与第二环壁凹槽的槽宽适配；第一墙体与第二墙体之间设有通过灌注水泥砂浆工艺形成的注浆层。本发明具有较高的封闭性能。

Description

采空区封闭结构

技术领域

本发明涉及矿井采空区封闭技术，尤其涉及一种采空区封闭结构。

背景技术

矿井内采空区的封闭技术直接关系到矿井的安全。若对采空区管理不当，极易造成瓦斯爆炸，工作人员缺氧窒息的严重后果。

现有采空区封闭结构是采用单道双层瓦石砌筑，如果达不到严密的封闭效果就扩大范围外封，即在巷道内再砌筑一道双层瓦石墙体。一道双层瓦石墙体的厚度为0.6m。由于双层瓦石墙体与采空区巷道的封闭距离较短，即接触距离较短，以及采空区巷道顶部易发生形变，双层瓦石墙体因受到挤压极易出现裂缝。被所述双层瓦石墙体封闭的采空区内的瓦斯气体易从裂缝中涌出，给双层瓦石墙体的检查、维修工作带来了很大的安全威胁。

为了克服上述问题，通常维修人员会采取两种措施，一种是对双层瓦石墙体进行喷浆堵漏处理，另一种是抽采被双层瓦石墙体封闭的采空区内的气体，以降低采空区内的气体压力。前一种方法，由于采空区内的气体压力过大，喷浆封堵后的裂缝还是会开裂，封闭效果不持久。后一种方法，由于气体抽采设备通常是通过双层瓦石墙体上的抽采孔抽采气体的，一旦停止抽采，采空区内的气体还是会由于“惯性”向双层瓦石墙体侧移动。双层瓦石墙体侧的气体密度还是很大，气体还是易从墙体上的裂缝中涌出，存在着较大的安全隐患。

发明内容

本发明提供一种采空区封闭结构，以提高封闭效果。

本发明提供一种采空区封闭结构，包括：设置在采空区巷道内的第一墙体和第二墙体；

所述第一墙体与所述第二墙体的间距不小于2米，所述第一墙体和所述第二墙体的厚度均不小于0.6米；

所述采空区巷道内壁上设有通过至少两次喷浆工艺形成的巷道喷浆层，所述巷道喷浆层的总厚度不小于0.1米；

所述采空区巷道内壁上设有第一环壁凹槽，所述第一墙体的边缘嵌入在所述第一环壁凹槽内，所述第一墙体的厚度与所述第一环壁凹槽的槽宽适配；

所述采空区巷道内壁上设有第二环壁凹槽，所述第二墙体的边缘嵌入在所述第二环壁凹槽内，所述第二墙体的厚度与所述第二环壁凹槽的槽宽适配；

所述第一墙体与所述第二墙体之间设有通过灌注水泥砂浆工艺形成的注浆层。

本发明的技术效果是：本发明实施例通过在采空区巷道内设置两个间距不小于2米的墙体，并将两个墙体分别设置在所述巷道的第一环壁凹槽和第二环壁凹槽内，且在两个墙体内设置注浆层，极大的增加了采空区封闭结构与采空区巷道壁的封闭距离，即所述第一墙体、第二墙体以及注浆层的总厚度，提高了采空区封闭结构的封闭效果。此外，本发明实施例还通过在所述采空区巷道的四周壁上设置巷道喷浆层，更进一步地确保了采空区封闭结构的封闭质量。

附图说明

图1为本发明提供的采空区封闭结构实施例一的投影示意图；

图2为本发明提供的采空区封闭结构实施例一的立体示意图；

图3为图1所示投影示意图的局部放大图；

图4为本发明提供的采空区封闭结构实施例二的投影示意图；

图5为本发明提供的采空区封闭结构实施例二的立体示意图；

图6为本发明提供的采空区封闭结构实施例四的立体示意图；

图7为本发明提供的采空区封闭结构实施例五的立体示意图；

图8为本发明提供的采空区封闭结构实施例六的立体示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明提供的采空区封闭结构实施例一的结构示意图。如图中所示，本实施例一所述的采空区封闭结构包括：设置在采空区巷道1内的第一墙体2和第二墙体3。所述第一墙体2与所述第二墙体3的间距D2不小于2米，所述第一墙体2和所述第二墙体3的厚度D1均不小于0.6米。如图2所示，所述采空区巷道1内壁上设有通过至少两次喷浆工艺形成的巷道喷浆层4，所述巷道喷浆层4的总厚度不小于0.1米。如图1所示，所述采空区巷道内壁上设有第一环壁凹槽11，所述第一墙体2的边缘嵌入在所述第一环壁凹槽11内，所述第一墙体2的厚度与所述第一环壁凹槽11的槽宽适配。所述采空区巷道1内壁上设有第二环壁凹槽12，所述第二墙体3的边缘嵌入在所述第二环壁凹槽13内，所述第二墙体2的厚度与所述第二环壁凹槽12的槽宽适配。所述第一墙体2与所述第二墙体3之间设置有通过灌注水泥砂浆工艺形成的注浆层5。

本实施例通过在采空区巷道内设置两个间距不小于2米的墙体，并将两个墙体分别设置在所述巷道的第一环壁凹槽和第二环壁凹槽内，且在两个墙体之间设置注浆层，极大的增加了采空区封闭结构与采空区巷道壁的封闭距离，即所述第一墙体、第二墙体以及注浆层的总厚度，提高了采空区封闭结构的封闭效果。其中，本实施例将第一墙体和第二墙体的边缘设置在所述环壁凹槽内，较现有技术直接在所述巷道内设置墙体，增加了墙体与巷道的封闭长度，即接触长度，有效的提高所述墙体的密封性。另外，两个墙体与巷道的四周壁之间留有间隙，即使所述巷道发生形变，所述墙体也不会因为所述巷道的形变致使受压过大发生形变并产生裂缝。此外，本实施例还通过在所述采空区巷道内壁上设置巷道喷浆层，更进一步地确保了采空区封闭结构的封闭质量。

其中，由于墙体的自重作用，墙体的底部与所述采空区巷道的底部的密封性最好，而相对于底部，墙体的顶部与所述采空区巷道的顶部的密封性最差。而墙体的两侧边缘与所述采空区巷道的两侧壁之间的密封性介于底部和顶部之间，因此，上述实施例一中所述第一环壁凹槽处于所述采空区巷道顶部的区段的槽深不小于0.5米；所述第一环壁凹槽处于所述采空区巷道两个侧壁的区段的槽深不小于0.3米；所述第一环壁凹槽处于所述采空区巷道的底部的区段的槽深不小于0.2米。同样地，所述第二环壁凹槽处于所述采空区巷道顶部的区段的槽深不小于0.5米；所述第二环壁凹槽处于所述采空区巷道两个侧壁的区段的槽深不小于0.3米；所述第二环壁凹槽处于所述采空区巷道的底部的区段的槽深不小于0.2米。所述第一环壁凹槽各区段的槽深以及所述第二环壁凹槽各区段的槽深的具体尺寸可根据实际矿井的条件选择，至少应保证对所述采空区巷道进行掏槽处理时，所述环壁凹槽处于所述采空区巷道的底部段的槽底为硬底，处于所述采空区巷道的顶部段的槽底为硬顶，处于所述采空区巷道的两侧壁段的槽底为硬帮。其中，所述硬底、硬帮和硬顶是指槽底部的岩层硬度应符合设计需求的硬度值。

为了进一步提高上述实施例一中所述采空区封闭结构的封闭效果，上述实施例一中，所述第一墙体和所述第二墙体处的所述采空区巷道内设有用于支撑巷道内壁的支护架。通过在所述采空区巷道内设置所述支护架，可有效的减小采空区巷道的变形，进而减小因巷道变形而使所述第一墙体和所述第二墙体的应力集中而发生形变出现裂缝，进一步的提高了本发明实施例所述的采空区封闭结构的封闭效果。

在上述实施例中，所述第一墙体与所述第一环壁凹槽之间，以及所述第二墙体与所述第二环壁凹槽之间存在间隙，为了进一步提高所述采空区封闭结构的密封效果，本发明提供了所述采空区封闭结构的第二个实施例。本实施例二基于上述实施例一，在所述第一墙体2的四周边缘与所述第一环壁凹槽11内设置第一注浆填充层6，如图3所示。该第一注浆填充层可通过所述采空区巷道内壁上均布设置的至少10个第一注浆孔注入水泥砂浆形成。同样地，所述第二墙体的四周边缘与所述第二环壁凹槽内设有第二注浆填充层（图中未示出）。所述第二注浆填充层可通过所述采控区巷道内壁上均布设置的至少10个第二注浆孔注入水泥砂浆形成。当前，所述第一注浆填充层与所述第二注浆填充层可同时通过所述采空区巷道内壁上均布设置的至少10个注浆孔注入水泥砂浆形成，即所述第一注浆孔与所述第二注浆孔为同一注浆孔。

本实施例二通过在所述第一墙体与所述第一环形凹槽内，以及所述第二墙体与所述第二环形凹槽内注入水泥砂浆，即形成注浆填充层，以进一步提高所述第一墙体与所述第二墙体与所述采空区巷道的密封性。

进一步地，上述两个实施例中所述的第一墙体与所述第二墙体的墙体表面上还可设置墙体喷浆层，该墙体喷浆层可通过至少一次喷浆工艺形成。为了保证所述墙体喷浆层的表面强度，并进一步保证采空区封闭结构的密封效果，所述墙体喷浆层的厚度不小于0.1米。

再进一步地，为了在上述各实施例的基础上更进一步的提高采空区封闭结构的密封效果，如图4所示，本发明提供了所述采空区封闭结构的第三个实施例。本实施例三可基于上述实施例一或实施例二，在所述第二墙体3的一侧设置了第三墙体7，所述第二墙体3的另一侧是所述第一墙体2，即在所述采空区巷道1的最外侧又增加了一道第三墙体7。具体地，所述第三墙体7的厚度也不小于0.6米。所述第三墙体7与所述第二墙体2的间距D3不小于5米。该第三墙体7与所述第二墙体3之间形成了辅助措施区8，检修人员可对所述辅助措施区8进行相应的操作，以进一步提高所述采空区封闭结构的密封性。

具体地，如图5所示，所述第三墙体7上设有用于抽采所述辅助措施区8内气体的抽采孔81，以使气体抽采设备通过所述抽采孔抽采辅助措施区8内的气体使所述辅助措施区8内呈负压。当辅助措施区8存在抽采负压时，即便是由第一墙体2、第二墙体3以及所述第一墙体2和第二墙体3之间的注浆层5构成的组合墙体发生瓦斯泄露，所述第三墙体7与所述第二墙体3间的瓦斯也不会像现有技术中因停止抽采，大量瓦斯因惯性移动至所述第三墙体前的现象，因此可有效的降低所述采空区封闭结构墙前瓦斯超限的产生概率。

或者，如图6所示，上述实施例三所述的采空区封闭结构还包括：贯穿所述第一墙体2、第二墙体3和第三墙体7，且一端伸入采空区20的采空区连通管91。所述第三墙体7上设有用于向所述辅助措施区8注入压力气体的压力气体注入孔92、用于采集所述辅助措施区8内气体压力的采集孔93及用于调节所述辅助措施区8内气体压力的压力调节窗94。所述采集孔93与所述采空区连通管91的靠近所述第三墙体7的一端分别与压力计10的两个气体输入端连通，以在所述压力计10显示为所述辅助措施区8的气体压力小于采空区20内的气体压力时，通过所述压力气体注入孔92向所述辅助措施区8注入压力气体，使所述辅助措施区8与所述采空区20的气体压力相等，在所述压力计10显示为所述辅助措施区8内的压力大于所述采空区20的压力时，通过打开所述压力调节窗94来降低所述辅助措施区8内的压力，以使所述辅助措施区8与所述采空区20的压力相等。本实例通过使所述辅助措施区8与所述采空区20的压力相等，即便是由第一墙体2、第二墙体3以及所述第一墙体2和第二墙体3之间的注浆层5构成的组合墙体出现裂缝，采空区20内的气体也不会从裂缝中涌出，进而有效的提高了采空区封闭结构的密封性能。

亦或，如图7所示，所述第二墙体3和所述第三墙体7之间直接注入封堵剂胶体，以形成封堵剂胶体层40。所述封堵剂胶体可通过设置在所述第三墙体7上的注胶孔95注入。其中，所述封堵剂胶体可采用MEA封堵剂与一定比例的水配置而成，或将MEA封堵剂与一定比例的水再掺一定量的黄泥配置而成。所述封堵剂胶体的胶体保水时间1年以上，有部分失水时，只需补充少量水份，胶体即可再生。采用上述方式效果明显，操作工艺简单可达到永久封堵的目的，不需要检修人员定时进行检修。

基于上述各实施例，为了避免矿井工作人员过于靠近上述实施例一、实施例二或实施例三所提供的所述采空区封闭结构，进一步提高安全性。如图8所示，在所述第二墙体的一侧（图中未示出）或所述第三墙体7的一侧加装栅栏50。所述栅栏50与所述第二墙体（图中未示出）或所述第三墙体7之间的距离不小于1米。

下面结合具体的矿井应用实例，对本发明实施例提供的采空区封闭结构的实施过程进行说明，以进一步详细说明本发明实施例所述采空区封闭结构。

在实施所述采空区封闭结构之前，首先要在采空区巷道内确定采空区封闭结构的设置位置，以从源头上消除安全隐患。具体地，不应在断层处或破碎带等位置实施，且所述采空区巷道内的用于实施所述采空区封闭结构的总长度不得小于30米。实施位置确定好后，即可采用以下步骤实施所述采空区封闭结构，具体步骤如下：

步骤1、在采空区巷道内欲进行掏槽处理的位置的前后5米范围内，对所述采空区巷道进行支护处理，即在所述采空区巷道内建支护架，以减小所述采空区巷道的变形。

步骤2、在采空区巷道四周壁上掏出两个环壁凹槽，第一环壁凹槽与第二环壁凹槽的间距不小于2米。并在所述第一环壁凹槽与所述第二环壁凹槽周边的采空区巷道的四周壁上至少喷射两次水泥砂浆，形成巷道喷浆层。所述巷道喷浆层的总厚度不小于0.1米。

步骤3、在所述第一环壁凹槽处砌筑厚度为0.65米的第一墙体，不小于0.6米的第一墙体，优选地，可为0.65米厚的第一墙体，使所述第一墙体的四周边缘嵌入在所述第一环壁凹槽内。在所述第二环壁凹槽处砌筑厚度不小于0.6米的第二墙体，优选地，可为0.65米厚的第二墙体，使所述第二墙体的四周边缘嵌入在所述第二环壁凹槽内。当然，为了提高第一墙体和第二墙体的封闭性能，所述第一墙体砌筑完成后可对所述第一墙体的表面进行喷浆处理，具体地可实行2次喷射，初喷厚度为0.05米，2次总厚度不小于0.1米。所述第二墙体砌筑完成后，同样的也可对所述第二墙体的表面进行喷浆处理，具体地可实行2次喷射，初喷厚度为0.05米，2次总厚度不小于0.1米。

步骤4、通过设置在所述第二墙体上的至少一个注浆孔，向所述第一墙体与所述第二墙体之间注入水泥砂浆，以形成注浆层。向所述第一墙体的四周边缘与所述第一环壁凹槽内注入水泥砂浆，形成第一注浆填充层；并向所述第二墙体的四周边缘与所述第二环壁凹槽内注入水泥砂浆，形成第二注浆填充层。

这里需要说明的是：所述第一注浆填充层与所述第二注浆填充层可同时通过采空区巷道的四周壁上均布设置的至少10个注浆孔注入水泥砂浆形成；也可在所述第一墙体砌筑完成后通过采空区巷道的四周壁上均布设置的至少10个第一注浆孔注入水泥砂浆形成；在所述第二墙体砌筑完成后通过采空区巷道的四周壁上均布设置的至少10个第二注浆孔注入水泥砂浆形成。

步骤5、在距离所述第二墙体至少5米处砌筑第三墙体。在所述第三墙体上开设用于抽采所述辅助措施区内气体的抽采孔。该抽采孔与气体抽采设备的抽采端连接。

上述步骤5还可以采用如下两种方式实现，具体地，

步骤5、在距离所述第二墙体至少5米处砌筑第三墙体，并在砌筑的过程中预留出用于调节由所述第三墙体与所述第二墙体形成的辅助措施区内气体压力的压力调节窗口。在所述压力调节窗口上安装压力调节窗。并在所述第三墙体上开设用于向所述辅助措施区注入压力气体的压力气体注入孔，以及用于采集所述辅助措施区内气体压力的采集孔。同时为实现本步骤，可在步骤3中砌筑第一墙体和第二墙体时预埋贯穿所述第一墙体和第二墙体的采空区连通管，并在本步骤5砌筑所述第三墙体时将所述采空区连通管预埋在所述第三墙体内，且该采空区连通管贯穿所述第三墙体。将所述采空区连通管透出所述第三墙体的一端与所述第三墙体的采集孔分别与压力计的两个气体输出端连通。

或者，步骤5、在距离所述第二墙体至少5米处砌筑第三墙体，在所述第三墙体上开设注胶孔，向所述注浆孔注入封堵剂胶体，以形成封堵剂胶体层，达到永久封堵的目的。

以下三个列表为采用本发明提供的实施例进行采空区封堵的三个矿井采空区应用实例的墙前气体采样统计表。表1为矿井中第一上顺槽内设置的采空区封闭结构墙内和墙外的气相色谱仪检测分析报告统计表。表2为矿井中第二上顺槽内设置的采空区封闭结构墙内和墙外的气相色谱仪检测分析报告统计表。表3为矿井中第三上顺槽内设置的采空区封闭结构墙内和墙外的气相色谱仪检测分析报告统计表。

表1、矿井中第一上顺槽内设置的采空区封闭结构墙内和墙外的气相色谱仪检测分析报告统计表

表2、矿井中第二上顺槽内设置的采空区封闭结构墙内和墙外的气相色谱仪检测分析报告统计表

表3、矿井中第三上顺槽内设置的采空区封闭结构墙内和墙外的气相色谱仪检测分析报告统计表

通过上述统计表可以看出：采用本发明所述的采空区封闭结构，封闭隔绝效果相当显著，同时也避免了现有技术中采空区封闭结构的频繁损坏和频繁维修的问题，为提高矿井采空区管理技术，保障通风安全探索出可一条高效、实用的采空区封闭结构。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种采空区封闭结构，其特征在于，包括：设置在采空区巷道内的第一墙体和第二墙体；

所述第一墙体与所述第二墙体的间距不小于2米，所述第一墙体和所述第二墙体的厚度均不小于0.6米；

所述采空区巷道内壁上设有通过至少两次喷浆工艺形成的巷道喷浆层，所述巷道喷浆层的总厚度不小于0.1米；

所述采空区巷道内壁上设有第一环壁凹槽，所述第一墙体的边缘嵌入在所述第一环壁凹槽内，所述第一墙体的厚度与所述第一环壁凹槽的槽宽适配；

所述采空区巷道的内壁上设有第二环壁凹槽，所述第二墙体的边缘嵌入在所述第二环壁凹槽内，所述第二墙体的厚度与所述第二环壁凹槽的槽宽适配；

所述第一墙体与所述第二墙体之间设有通过灌注水泥砂浆工艺形成的注浆层。

2.根据权利要求1所述的采空区封闭结构，其特征在于，所述第一墙体和所述第二墙体处的所述采空区巷道内设有用于支撑巷道内壁以防止所述巷道变形的支护架。

3.根据权利要求1所述的采空区封闭结构，其特征在于，

所述第一墙体的边缘与所述第一环壁凹槽内设有第一注浆封闭层；

所述第二墙体的边缘与所述第二环壁凹槽内设有第二注浆封闭层。

4.根据权利要求1所述的采空区封闭结构，其特征在于，所述第一墙体与所述第二墙体的墙体表面上均设有通过至少一次喷浆工艺形成的墙体喷浆层，所述墙体喷浆层的厚度不小于0.1米。

5.根据权利要求1所述的采空区封闭结构，其特征在于，

所述第一环壁凹槽处于所述采空区巷道顶部的区段的槽深不小于0.5米；所述第一环壁凹槽处于所述采空区巷道两个侧壁的区段的槽深不小于0.3米；所述第一环壁凹槽处于所述采空区巷道的底部的区段的槽深不小于0.2米；

所述第二环壁凹槽处于所述采空区巷道顶部的区段的槽深不小于0.5米；所述第二环壁凹槽处于所述采空区巷道两个侧壁的区段的槽深不小于0.3米；所述第二环壁凹槽处于所述采空区巷道的底部的区段的槽深不小于0.2米。

6.根据权利要求1~5中任一所述的采空区封闭结构，其特征在于，还包括：第三墙体，所述第三墙体设置在所述第二墙体的一侧，所述第二墙体的另一侧为所述第一墙体，所述第三墙体与所述第二墙体的间距不小于5米。

7.根据权利要求6所述的采空区封闭结构，其特征在于，所述第三墙体与所述第二墙体之间形成辅助措施区，所述第三墙体上设有用于抽采所述辅助措施区内气体的抽采孔，以使气体抽采设备通过所述抽采孔抽采辅助措施区内的气体使所述辅助措施区内呈负压。

8.根据权利要求6所述的采空区封闭结构，其特征在于，还包括：贯穿所述第一墙体、第二墙体和第三墙体且一端伸入采空区的采空区连通管；

所述第三墙体上设有用于向所述辅助措施区注入压力气体的压力气体注入孔、用于采集所述辅助措施区内气体压力的采集孔及用于调节所述辅助措施区内气体压力的压力调节窗；

所述采集孔与所述采空区连通管的近所述第三墙体的一端分别与压力计的两个气体输入端连通，以在所述压力计显示为所述辅助措施区的气体压力小于采空区内的气体压力时，通过所述压力气体注入孔向所述辅助措施区注入压力气体，使所述辅助措施区与所述采空区的气体压力相等，在所述压力计显示为所述辅助措施区内的压力大于所述采空区的压力时，通过打开所述压力调节窗来降低所述辅助措施区内的压力，以使所述辅助措施区与所述采空区的压力相等。

9.根据权利要求6所述的采空区封闭结构，其特征在于，所述第三墙体与所述第二墙体之间设有封堵剂胶体层。

10.根据权利要求6所述的采空区封闭结构，其特征在于，还包括栅栏，所述栅栏设置在所述第三墙体的一侧，所述第三墙体的另一侧为所述第二墙体，所述栅栏与所述第三墙体之间的距离不小于1米。

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