CN103397905A - 煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷系统及方法，在初采支护区内沿空留巷在靠采空区一侧留设小煤柱，用于支挡采空区下滑的矸石，巷内采用锚杆支护；正常回采期根据煤层厚度和顶底板岩性，本发明利用3种巷旁支护技术。本发明消除煤柱集中应力的影响，极大地降低巷道矿压显现程度，保证沿空留巷满足安全生产要求；消除因留设煤柱而引发火灾和煤与瓦斯突出等灾害事故；降低巷道掘进率和吨煤成本，改善作业环境，实现高产高效、工作面连续快速推进，消除采掘接替紧张矛盾奠定坚实基础；中倾斜和急倾斜煤层采空区顶板在重力作用下自然跨落、自然下滑充填，其充填成本为零。

Description

煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷系统及方法

技术领域

本发明属于采煤技术领域，尤其涉及一种中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷方法。 

背景技术

完全沿空留巷可以防止因留设煤柱引起的井下灾害、极大地提高煤炭回采率、减少巷道掘进率、降低吨煤成本、延长矿井服务年限、缓解采掘接替紧张矛盾。我国在中倾斜、急倾斜煤层中正大力研究和推广应用综合机械化采煤技术，而完全沿空留巷是充分发挥综采设备连续推进、高产高效的基础。目前国内外仅在近水平、缓倾斜薄及中厚煤层中采用沿空留巷效果较好，而在中倾斜、急倾斜煤层中主要采用留小煤柱的沿空留巷技术和采空区人工充填留巷技术。 

中倾斜、急倾斜煤层留小煤柱的沿空留巷技术是在回采工作面机巷靠采空区一侧留设小煤柱(煤柱宽度一般5米左右)维护采空区后方的巷道，巷内一般采用棚式支架或锚网支护，小煤柱主要起三个作用，一是支撑采空区一侧的顶板；二是防止采空区矸石串入巷道；三是隔离采空区。该技术方案要求在回采工作面下端头必须掘进超前平巷并至少与两个倾斜联络巷贯通，便于通风、行人和煤炭运输，在采空区后方再将这些联络巷封闭。该技术方案主要有5大缺点：留设小煤柱增加煤炭资源损失；小煤柱承受高应力作用产生易产生冲击地压、煤与瓦斯突出等矿井动力现象，且煤柱易大量片帮并造成巷道底鼓，沿空留巷不能满足安全生产要求，留巷效果差、巷道需多次返修；小煤柱压裂后，对于易自然煤层往往引发火灾；频繁地掘进超前平巷和联络巷增加了巷道掘进率和吨煤成本，影响工作面回采，且通风、运输和行人极不畅通，恶化了作业 环境；留设小煤柱无法采用综合机械化采煤技术，极大地制约了开采中倾斜、急倾斜煤层的机械化程度。 

中倾斜、急倾斜煤层采空区人工充填留巷技术是以碎石为骨料，以水泥为胶结物，加水后在地面搅拌并经泵站和管道长距离的输送到井下将采空区充填满，充填物固结后支撑采空区顶板并维护沿空留巷，巷内一般采用棚式支架或锚网支护。该技术方案主要存在两大缺点：增加吨煤成本约150元人民币，目前中倾斜和急倾斜煤层在不采用人工充填的条件下，吨煤纯利润不超过100元人民币，因此该技术方案在经济上完全不可行；采空区人工充填时，必须停止工作面的采煤作业，而充填时间占总时间的1/2～2/3，也就是工作面煤炭产量比不采用该种方法时要降低1/2～2/3。 

发明内容

本方案提出了中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷新技术，用中倾斜、急倾斜煤层采空区顶板在重力作用下自然跨落、自然下滑充填、柔性护巷的完全沿空留巷技术。 

本发明实施例是这样实现的，一种中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷系统，该系统在靠采空区一侧布置小煤柱，巷内布置锚杆；在沿空留巷靠采空区一侧布置密集支柱，巷内布置锚杆、锚索、金属网，在工作面后方顶板剧烈活动区布置单体液压支柱；在沿空留巷靠采空区一侧布置钢筋网，钢筋网的顶端通过锚杆或锚索固定在顶板，钢筋网的底端通过锚杆固定在底板，巷内布置锚杆、锚索、金属网，在工作面后方顶板剧烈活动区布置两排单体液压支柱；在沿空留巷靠采空区一侧布置挡矸网，挡矸网的顶端通过锚杆或锚固定在顶板，网的底端通过锚杆固定在底板，巷内布置锚杆、锚索、金属网，在工作面后方顶板剧烈活动区布置两排单体液压支柱。 

进一步，在初采支护区内沿空留巷在靠采空区一侧留设长度约20米、宽度小于3米的小煤柱1，用于支挡采空区下滑的矸石，巷内采用锚杆2支护。 

本发明实施例的另一目的在于提供一种中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷方法，其特征在于，在正常回采期内由于采空区跨落下滑的矸石按自然安息角已形成垫层，这时采空区继续跨落的矸石首先冲击到矸石垫层上，然后再沿自然安息角滚落到前方的巷旁人工支挡物上，这时矸石对人工支挡物的冲击力就会极大地减小，矸石不会窜入道巷道中来。 

进一步，根据煤层厚度和顶底板岩性，采用薄煤层沿空留巷密集支柱挡矸技术； 

在沿空留巷靠采空区一侧，采用废旧的矿用工字钢或钢轨作为密集支柱支挡采空区矸石，为适应顶板下沉量，在密集支柱上端加木垫板；巷内采用锚杆、锚索、金属网支护，在工作面后方顶板剧烈活动区，采用单体液压支柱做加强支护，后期在顶板稳定后撤除单体液压支柱，或替换为工字钢支柱； 

进一步，根据煤层厚度和顶底板岩性，采用②中厚及厚煤层坚硬顶板波状型钢筋网挡矸技术； 

采高较大、顶板坚硬、跨落矸石块度较大，对人工支挡物的冲击力较大，采用了可产生较大变形和让压的波状型钢筋网，该钢筋网的横剖面为“L”型，它分为竖面和横面两个部分；竖面的方向一般沿煤层法向，它的竖筋为波状、横筋为线状；横面钢筋紧贴底板，它的横筋纵筋均为线状；钢筋的粗细和网孔大小根据采高和矸石块度确定，以保证钢筋网不遭受破坏和矸石不从孔间窜出为原则；钢筋网的顶端通过锚杆或锚索固定在顶板，钢筋网的底端通过锚杆固定在底板；巷内采用锚杆、锚索、金属网支护；在工作面后方顶板剧烈活动区，采用两排单体液压支柱做加强支护，一排在巷旁距竖面钢筋0.5米，一排在巷内，后期在顶板稳定后撤除两排单体液压支柱，将巷内的单体液压支柱替换为工字钢支柱。 

进一步，根据煤层厚度和顶底板岩性，采用中厚及厚煤层软弱顶底板挡矸网技术； 

采用钢筋、钢绳、钢塑、玻纤、维尼纶等抗拉强度较高的材料制成挡矸网， 该网的横剖面为“L”型，它分为竖面和横面两个部分，竖面的方向一般沿煤层法向，横面紧贴底板，网的粗细和网孔大小根据采高和矸石块度确定，以保证网不遭受破坏和矸石不从孔间窜出为原则；网的顶端通过锚杆或锚索固定在顶板，网的底端通过锚杆固定在底板；巷内采用锚杆、锚索、金属网支护，在工作面后方顶板剧烈活动区，采用两排单体液压支柱做加强支护，一排在巷旁距竖面网0.5米，一排在巷内，后期在顶板稳定后撤除两排单体液压支柱，将巷内的单体液压支柱替换为工字钢支柱。 

本方案发明的中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷新技术，在初采支护区内沿空留巷在靠采空区一侧留设长度约20米、宽度小于3米的小煤柱1，用于支挡采空区下滑的矸石，巷内采用锚杆2支护；初采期之后直到工作面回采结束的整个期间为工作面正常回采期，根据煤层厚度和顶底板岩性，本发明提出了以下3种巷旁支护技术：薄煤层沿空留巷密集支柱挡矸技术、中厚及厚煤层坚硬顶板波状型钢筋网挡矸技术和中厚及厚煤层软弱顶底板挡矸网技术。 

本方案完全取消护巷煤柱，最大限度地提高煤炭资源回采率；消除煤柱集中应力的影响，极大地降低巷道矿压显现程度，保证沿空留巷满足安全生产要求；消除因留设煤柱而引发火灾和煤与瓦斯突出等灾害事故；降低巷道掘进率和吨煤成本，少掘进回采巷道约40％，煤成本降低约10～20元人民币，改善作业环境；为中倾斜和急倾斜煤层采用综合机械化采煤技术，实现高产高效、工作面连续快速推进，消除采掘接替紧张矛盾奠定坚实基础；中倾斜和急倾斜煤层采空区顶板在重力作用下自然跨落、自然下滑充填，其充填成本为零；方案操作简单、迅速、所需人工少、劳动强度低，不影响工作面的采煤作业和煤炭产量。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、 完全沿空留巷系统的结构示意图； 

图2是本发明实施例提供的薄煤层沿空留巷密集支柱挡矸的结构示意图； 

图3是本发明实施例提供的中厚煤层及厚煤层坚硬顶底板沿空留巷的结构示意图； 

图4是本发明实施例提供的波状型钢筋网三维立体图； 

图5是本发明实施例提供的中厚煤层及厚煤层软弱顶底板沿空留巷图； 

图6是本发明实施例提供的“L”型挡矸网三维立体图。 

图中：1、小煤柱；2、锚杆；3、密集支柱；4、锚索；5、金属网；6、单体液压支柱；7、钢筋网；8、挡矸网。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

本发明实施例提供了一种中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷系统，包括：在靠采空区一侧布置小煤柱1，巷内布置锚杆2；在沿空留巷靠采空区一侧布置密集支柱3，巷内布置锚杆2、锚索4、金属网5，在工作面后方顶板剧烈活动区布置单体液压支柱6；在沿空留巷靠采空区一侧布置钢筋网7，钢筋网7的顶端通过锚杆2或锚索4固定在顶板，钢筋网7的底端通过锚杆2固定在底板，巷内布置锚杆2、锚索4、金属网5，在工作面后方顶板剧烈活动区布置两排单体液压支柱6；在沿空留巷靠采空区一侧布置挡矸网8，挡矸网8的顶端通过锚杆2或锚索4固定在顶板，网的底端通过锚杆2固定在底板，巷内布置锚杆2、锚索4、金属网5，在工作面后方顶板剧烈活动区布置两排单体液压支柱6。 

工作面初采支护区： 

工作面从开切眼开始回采到直接顶完成初次跨落为初采期，初采期工作面的推进距离一般在20米以内。由于初采期内采空区未形成跨落矸石垫层，矸石下滑距离大、冲击力大，巷旁的人工支挡物难于抵抗矸石的冲击，矸石易窜入巷道内。因此，在初采支护区内沿空留巷在靠采空区一侧留设长度约20米、宽度小于3米的小煤柱1，用于支挡采空区下滑的矸石，巷内采用锚杆2支护。 

正常推进支护区： 

初采期之后直到工作面回采结束的整个期间为工作面正常回采期。在正常回采期内由于采空区跨落下滑的矸石按自然安息角已形成垫层，这时采空区继续跨落的矸石首先冲击到矸石垫层上，然后再沿自然安息角滚落到前方的巷旁人工支挡物上，这时矸石对人工支挡物的冲击力就会极大地减小，矸石不会窜入道巷道中来。根据煤层厚度和顶底板岩性，本发明提出了以下3种巷旁支护技术。 

①薄煤层沿空留巷密集支柱挡矸技术 

在沿空留巷靠采空区一侧，采用废旧的矿用工字钢或钢轨作为密集支柱3支挡采空区矸石，为适应顶板下沉量，在密集支柱上端加木垫板；巷内采用锚杆2、锚索4、金属网5支护，在工作面后方顶板剧烈活动区，采用单体液压支柱6做加强支护，后期在顶板稳定后撤除单体液压支柱6，或替换为工字钢支柱。 

②中厚及厚煤层坚硬顶板波状型钢筋网挡矸技术 

考虑到采高较大、顶板坚硬、跨落矸石块度较大，对人工支挡物的冲击力较大，因此设计了可产生较大变形和让压的波状型钢筋网7，该钢筋网7的横剖面为“L”型，它分为竖面和横面两个部分。竖面的方向一般沿煤层法向，它的竖筋为波状、横筋为线状；横面钢筋紧贴底板，它的横筋纵筋均为线状；钢筋的粗细和网孔大小根据采高和矸石块度确定，以保证钢筋网7不遭受破坏和矸石不从孔间窜出为原则。钢筋网7的顶端通过锚杆2或锚索4固定在顶板，钢筋网7的底端通过锚杆2固定在底板；巷内采用锚杆2、锚索4、金属网5 支护；在工作面后方顶板剧烈活动区，采用两排单体液压支柱6做加强支护，一排在巷旁距竖面钢筋0.5米，一排在巷内，后期在顶板稳定后撤除两排单体液压支柱6，将巷内的单体液压支柱6替换为工字钢支柱。 

③中厚及厚煤层软弱顶底板挡矸网技术 

采用钢筋、钢绳、钢塑、玻纤、维尼纶等抗拉强度较高的材料制成挡矸网8，该网的横剖面为“L”型，它分为竖面和横面两个部分，竖面的方向一般沿煤层法向，横面紧贴底板，网的粗细和网孔大小根据采高和矸石块度确定，以保证网不遭受破坏和矸石不从孔间窜出为原则。网的顶端通过锚杆2或锚索4固定在顶板，网的底端通过锚杆2固定在底板；巷内采用锚杆2、锚索4、金属网5支护，在工作面后方顶板剧烈活动区，采用两排单体液压支柱6做加强支护，一排在巷旁距竖面网0.5米，一排在巷内，后期在顶板稳定后撤除两排单体液压支柱6，将巷内的单体液压支柱6替换为工字钢支柱。 

本方案发明的中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷新技术，在初采支护区内沿空留巷在靠采空区一侧留设长度约20米、宽度小于3米的小煤柱1，用于支挡采空区下滑的矸石，巷内采用锚杆2支护；初采期之后直到工作面回采结束的整个期间为工作面正常回采期，根据煤层厚度和顶底板岩性，本发明提出了以下3种巷旁支护技术：薄煤层沿空留巷密集支柱挡矸技术、中厚及厚煤层坚硬顶板波状型钢筋网挡矸技术和中厚及厚煤层软弱顶底板挡矸网技术。 

本方案完全取消护巷煤柱，最大限度地提高煤炭资源回采率；消除煤柱集中应力的影响，极大地降低巷道矿压显现程度，保证沿空留巷满足安全生产要求；消除因留设煤柱而引发火灾和煤与瓦斯突出等灾害事故；降低巷道掘进率和吨煤成本，少掘进回采巷道约40％，煤成本降低约10～20元人民币，改善作业环境；为中倾斜和急倾斜煤层采用综合机械化采煤技术，实现高产高效、工作面连续快速推进，消除采掘接替紧张矛盾奠定坚实基础；中倾斜和急倾斜煤层采空区顶板在重力作用下自然跨落、自然下滑充填，其充填成本为零；方案 操作简单、迅速、所需人工少、劳动强度低，不影响工作面的采煤作业和煤炭产量。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷系统，其特征在于，该系统在靠采空区一侧布置小煤柱，巷内布置锚杆；在沿空留巷靠采空区一侧布置密集支柱，巷内布置锚杆、锚索、金属网，在工作面后方顶板剧烈活动区布置单体液压支柱；在沿空留巷靠采空区一侧布置钢筋网，钢筋网的顶端通过锚杆或锚索固定在顶板，钢筋网的底端通过锚杆固定在底板，巷内布置锚杆、锚索、金属网，在工作面后方顶板剧烈活动区布置两排单体液压支柱；在沿空留巷靠采空区一侧布置挡矸网，挡矸网的顶端通过锚杆或锚固定在顶板，网的底端通过锚杆固定在底板，巷内布置锚杆、锚索、金属网，在工作面后方顶板剧烈活动区布置两排单体液压支柱。 

2.如权利要求1所述的中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷系统，其特征在于，在初采支护区内沿空留巷在靠采空区一侧留设长度约20米、宽度小于3米的小煤柱1，用于支挡采空区下滑的矸石，巷内采用锚杆2支护。 

3.一种中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷方法，其特征在于，在正常回采期内由于采空区跨落下滑的矸石按自然安息角已形成垫层，这时采空区继续跨落的矸石首先冲击到矸石垫层上，然后再沿自然安息角滚落到前方的巷旁人工支挡物上，这时矸石对人工支挡物的冲击力就会极大地减小，矸石不会窜入道巷道中来。 

4.如权利要求3所述的中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷方法，其特征在于，根据煤层厚度和顶底板岩性，采用薄煤层沿空留巷密集支柱挡矸技术； 

在沿空留巷靠采空区一侧，采用废旧的矿用工字钢或钢轨作为密集支柱支挡采空区矸石，为适应顶板下沉量，在密集支柱上端加木垫板；巷内采用锚杆、锚索、金属网支护，在工作面后方顶板剧烈活动区，采用单体液压支柱做加强支护，后期在顶板稳定后撤除单体液压支柱，或替换为工字钢支柱。 

5.如权利要求3所述的中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷方法，其特征在于，根据煤层厚度和顶底板岩性，采用②中厚及厚煤层坚硬顶板波状型钢筋网挡矸技术； 

采高较大、顶板坚硬、跨落矸石块度较大，对人工支挡物的冲击力较大，采用了可产生较大变形和让压的波状型钢筋网，该钢筋网的横剖面为“L”型，它分为竖面和横面两个部分；竖面的方向一般沿煤层法向，它的竖筋为波状、横筋为线状；横面钢筋紧贴底板，它的横筋纵筋均为线状；钢筋的粗细和网孔大小根据采高和矸石块度确定，以保证钢筋网不遭受破坏和矸石不从孔间窜出为原则；钢筋网的顶端通过锚杆或锚索固定在顶板，钢筋网的底端通过锚杆固定在底板；巷内采用锚杆、锚索、金属网支护；在工作面后方顶板剧烈活动区，采用两排单体液压支柱做加强支护，一排在巷旁距竖面钢筋0.5米，一排在巷内，后期在顶板稳定后撤除两排单体液压支柱，将巷内的单体液压支柱替换为工字钢支柱。 

6.如权利要求3所述的中倾斜和急倾斜煤层自然跨落充填、柔性护巷、完全沿空留巷方法，其特征在于，根据煤层厚度和顶底板岩性，采用中厚及厚煤层软弱顶底板挡矸网技术； 

采用钢筋、钢绳、钢塑、玻纤、维尼纶等抗拉强度较高的材料制成挡矸网，该网的横剖面为“L”型，它分为竖面和横面两个部分，竖面的方向一般沿煤层法向，横面紧贴底板，网的粗细和网孔大小根据采高和矸石块度确定，以保证网不遭受破坏和矸石不从孔间窜出为原则；网的顶端通过锚杆或锚索固定在顶板，网的底端通过锚杆固定在底板；巷内采用锚杆、锚索、金属网支护，在工作面后方顶板剧烈活动区，采用两排单体液压支柱做加强支护，一排在巷旁距竖面网0.5米，一排在巷内，后期在顶板稳定后撤除两排单体液压支柱，将巷内的单体液压支柱替换为工字钢支柱。 

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