CN104929666A - 一种软弱顶板断顶沿空留巷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软弱顶板断顶巷内沿空留巷方法，包括以下步骤：第一步、对原有锚网索联合支护或架棚支护的巷道软弱顶板进行加强支护；第二步、在采空区侧铺设铁丝网；第三步、对采空区侧巷道顶板进行预裂；第四步、预裂后的冒落矸石堆积直至接近上端坚硬顶板岩石形成堆石墙；第五步、在形成的矸石墙内埋设带孔的注浆管，将铁丝网和矸石墙表面喷射混凝土，形成喷浆支护层；第六步、当喷浆支护层凝固后，采用注浆泵对每个预埋的注浆钢管注混凝土浆液；第七步、随着工作面的推进，依次拆除防倒装置和密集加强柱；第八步、遇到特殊情况对顶板进行加强支护。本发明针对软弱顶板的固有特性主动承载支护，支护形式简单，成本较低，高效留巷。

Description

一种软弱顶板断顶沿空留巷方法

技术领域

本发明涉及一种沿空留巷的方法，具体涉及一种软弱顶板断顶沿空留巷方法，属于巷道支护技术领域。

背景技术

沿空留巷技术的关键是巷旁支护能否适应顶板的特性，利用较小的可缩量限制巷道与采空区交界处顶板的下沉，避免巷内支架产生严重变形。常用的技术方法主要有(1)、砌筑矸石带，随着回采工作面的推进，在巷道上帮砌筑5m左右宽的矸石带；这种支护方式的操作环境在回采工作面后方采空区中操作，用工量大，属于被动支护，支护效果较差。(2)、支设密集支柱或木垛，在巷道上帮靠近采空区处，随着工作面的推进，及时支设单排或者双排的密集支柱或木垛；这种技术的缺点在于单体及木料用量多，且要作整形处理，对采空区的密封效果。(3)、加固原巷道的金属支架，随着工作面的推进，在运输巷的金属支架中支设中柱，回掉上帮腿，并沿走向支设托梁，托住金属棚梁，维护好端头，以便工作面输送机头向前移。当输送机移过后，在工作面后方再支设上帮腿，并在金属支架之间靠采空区一侧支设密集支柱，挂笆挡矸，然后放顶；这种支护方式工作量较大，且后期巷道维护维修工程量大，棚的回收复用率低。(4)、采用硬石膏充填带，在巷道靠近采空区一侧，采用天然或人工硬石膏(硫酸钙)，与速凝水泥作刚性充填带，这样既可支撑顶板维护巷道，又可隔离采空区，但造价较高。

大厚度软弱巷道顶板由于含有大量粘土矿物，在经历吸水-失水-吸水等循环过程后，有软化、崩解和强风化的特性，强度会急剧下降，因此随着巷道掘进开挖出现临空自由面，应力重新分布，软弱围岩必然会出现破坏面并形成一定范围的松动区，而顶板软弱岩体由于其岩层特性极容易发生破碎冒落，软弱厚顶板冒落时会出现大面积跨瘫，造成原有巷道支护失效，留巷失败，因此上述留巷技术不适用于大厚软弱岩顶板。

发明内容

为解决软弱顶板条件下沿空留巷的问题，本发明提供一种软弱顶板断顶沿空留巷方法，针对软弱顶板的固有特性采用主动承载支护，支护形式简单，成本较低，高效留巷。

为了实现上述目的所采用的技术方案：一种软弱顶板断顶沿空留巷方法，包括以下步骤：

第一步、对原有锚网索联合支护或架棚支护的巷道软弱顶板进行加强支护，锚索配合锚吊梁打设在巷道顶板靠近采空区侧，锚索向巷道内倾斜0°～20°，将软弱顶板锚固在上部的坚硬顶板上；

第二步、在采空区侧铺设铁丝网，铁丝网上下部分分别固定在采空区侧巷道的顶、底板，然后紧贴铁丝网巷内侧密集布置加强柱和带有柱帽的防倒装置；

第三步、对采空区侧巷道顶板通过钻孔、注水切割或爆破进行预裂，锚索的有效锚固范围应在破损半径之外；

第四步、破损后的冒落矸石堆积直至接近上端坚硬顶板岩石形成堆石墙；

第五步、在形成的堆石墙内埋设带孔的注浆管，所述注浆管呈梅花状布置，在埋设注浆钢管的同时，向堆石墙表面喷浆，将铁丝网和堆石墙表面封闭在一起，形成喷浆支护层；

第六步、当喷浆支护层凝固后，对每个预埋的注浆管灌注混凝土浆液，浆液凝固稳定后，形成数个支撑顶板的胶结柱；

第七步、随着工作面的推进，依次拆除防倒装置、柱帽和加强柱；继续循环上述步骤，直至整个沿空留巷完成；

第八步、巷道通过断层、褶皱和冒落带时，根据需要打设密集锚杆或锚索、架设单体液压支柱、密集架棚支护和堆设木垛对顶板加强支护。

第一步中对巷道的软弱顶板进行支护的同时，在顶板上进行钻孔，并将导水管插入钻孔内直至钻孔底部，利用锚固剂将导水管的前端锚固在钻孔底部；对孔口进行封孔处理，将导水管的另一端连接U形管和引流管，引流管的另一端置于引水沟中。

第三步中对上端软弱顶板进行爆破预裂的步骤如下：

a、测定上端坚硬顶板的稳定性和安全厚度，测定软弱的矿岩特性参数、软弱顶板的厚度和采空区的高度，并依此在采空区顶部利用钻机进行钻孔，钻孔向采空区侧倾斜5°～20°；b、根据测定矿岩参数、炸药性质、钻孔直径选取炸药单耗量；c、根据有效钻孔深度和线装药密度计算单孔最大装药量；d、计算单孔负担爆破面积，确保采空区侧顶板爆破后形成有效的垮落范围，同时不影响巷道上端顶板的锚索锚固位置。

第三步中对上端软弱顶板进行钻孔预裂的步骤如下：a、确定钻孔的标高，根据理论分析，钻孔终孔应打在顶板裂隙带中，根据顶板的特性保证冒落带高度为采高的4～8倍；b、根据软弱顶板的岩层特性确定钻孔之间的孔距、孔径、孔深以及钻孔的倾角，保证预裂破损后的矸石能够堆至上方坚硬顶板。

第三步中对上端软弱顶板进行注水切割预裂的步骤如下：a、在顶板上设计若干钻孔，根据顶板岩层形式及注水切割设备确定钻孔间距；b、切割时将水加压至工作压力对顶板实施切割。

第一步中对巷道的软弱顶板进行联合支护的步骤：a、在巷道中采用架棚支护，工作面每推进一米覆一架棚，架棚与顶帮之间用枇子、小料等接实，用木楔紧牢，并用撑杆紧固；b、巷顶的锚吊梁上设有锚索孔，将锚索向巷道内倾斜地安装在锚索孔内。

遇到顶板松散的情况，在第一步中增加对松散顶板局部实施低压大流量预注浆加固工艺。

遇到顶板离层明显、裂隙发育的情况，在第一步中增加对顶板局部实施高压小流量预注浆加固工艺。

由于大厚度的软弱顶板在巷道初期变形量大，且围岩流变性显著，因此一旦发生冲击地压现象，围岩就会破碎严重，软弱顶板发生漏顶垮冒事故，因此本发明所采用的留巷方法是通过预先吊顶联合支护，有效抑制后续爆破所引起的顶板的破坏，提高了顶板的承载能力，防止巷旁支护体上方发生顶板垮冒现象，且为了防止顶板在巷道两帮内切落，巷道上端顶板的锚索锚固在顶角内侧且向巷道内倾斜一定角度；巷旁的铁丝网可以有效阻挡爆破后冒落的大量矸石，防止矸石涌入回采巷道造成安全事故；然后通过注浆管对堆积接顶的矸石注浆形成若干胶结支柱，未凝结的矸石散落在矸石支柱周围，所形成的胶结支柱可以有效的支撑着上端顶板。

附图说明

图1是预裂前拱形巷道施工布局示意图；

图2是预裂前矩形巷道施工布局示意图；

图3是图1的A处局部放大示意图；

图4是顶板预裂后示意图；

图5是注浆工艺示意图；

图6是注浆完成后示意图，示出了形成的胶结柱形状。

图中：1、锚索；1.1、锚吊梁；1.2、异形垫片；2、铁丝网；3、软弱顶板；4、坚硬顶板；5、加强柱；6、防倒装置；7、底板岩石；8、钻孔；9、注浆管；10、导水管；11、U形管；12、引流管；13、引水沟；14、架棚、15、煤层；16、矸石；17、胶结柱。

具体实施方式

4、软弱岩层遇水会膨胀，强度将会急剧下降；必须有防止积水软化的措施。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明软弱顶板断顶沿空留巷方法，包括以下步骤：

第一步如图1或图2所示，需对原有锚网索联合支护或架棚支护的巷道软弱顶板3进行锚索加强支护，锚索1配合锚吊梁1.1打设在巷道顶板靠近采空区侧，锚索向巷道内倾斜5°～20°，将软弱顶板锚固在上部的坚硬顶板4上；

巷道的两侧具有煤层15，煤层上方依次是软弱顶板3和坚硬顶板4，巷道支护方式可以采用锚网索联合支护，也可以采用锚网索与架棚联合支护的方式；当围岩状况较为完整时可以仅利用锚网索联合支护，当围岩破碎较为严重可以利用架棚支护或者锚网索与架棚联合支护；如图1所示，对于拱形巷道所采用的架棚为U型钢架棚，U型钢架棚包括拱形棚梁和棚腿，并通过连接件拼接在一起；如图2所示，对于矩形巷道所采用的架棚为工字钢架棚，工字钢架棚包括棚梁和棚腿，棚梁与棚腿相互支撑的位置焊接有限位块。

由于软弱顶板极易发生变形失稳，需要锚索1倾斜悬吊在巷道的上侧，并通过锚吊梁1.1固定在巷顶，对顶板既有垂直的悬吊力，又有水平的挤压力，防止软弱顶板发生离层破碎。由于拱形巷道的巷顶呈弧形，因此为了保证锚固的可靠性，如图3所示，在锚吊梁1.1与巷顶支架设置了异形垫片1.2。

第二步如图1或图2所示，在采空区侧铺设铁丝网2，将铁丝网2顶部固定在采空区侧巷道顶板，然后紧贴铁丝网外侧密集布置加强柱5和带有柱帽的防倒装置6，铁丝网底部用地锚固定在巷道底板岩石7中；

第三步如图1或图2所示，对采空区侧巷道顶板通过钻孔、注水切割或爆破进行预裂，锚索的有效锚固范围应在破损半径之外；爆破可以采用普通爆破、松动爆破、定向爆破、光面爆破、聚能爆破等爆破方式。

第四步如图4所示,破损后的冒落矸石16堆积直至接近上端坚硬顶板岩石形成堆石墙；

近水平岩层条件下的软弱岩层，无法切顶形成整块岩体堵在巷侧，需要根据碎胀原理使破碎岩体堆积接顶和堵塞巷侧，既可以减小巷道的压力，又可以作为注浆柱的骨架。

第五步图5所示，在形成的堆石墙内埋设带孔的注浆钢管9，所述注浆管呈梅花状布置，在埋设注浆钢管的同时，用喷浆泵向堆石墙表面喷浆，将铁丝网和堆石墙表面封闭在一起，形成喷浆支护层；

第六步如图6所示、当喷浆支护层凝固后，对每个预埋的注浆管9灌注混凝土浆液，浆液凝固稳定后，形成数个支撑顶板的胶结柱17；

如图6所示，所形成的胶结柱17形状为斜锥形，一方面对巷道上方的断顶可以形成垂直向上的支撑作用，防止顶板跨落；另一方面，由于注浆管的注浆压力使形成的胶结柱17的侧面为弧形，当上方矸石跨落时可以沿着胶结柱的弧形曲面散落至巷道的另一侧，同时对于软弱顶板形成一个水平的挤压力，更好保持软弱顶板的完整性。

第七步、随着工作面的推进，依次拆除防倒装置6、柱帽和密集加强柱5；继续循环上述步骤，直至整个沿空留巷完成；

第八步、巷道通过断层、褶皱和冒落带时，根据需要打设密集锚杆或锚索、架设单体液压支柱、密集架棚支护和堆设木垛对顶板加强支护。

如图1或2所示，第一步中对巷道的软弱顶板1进行支护的同时，在顶板上进行钻孔，并将导水管10插入钻孔内直至钻孔底部，利用锚固剂或倒爪将导水管的前端固定在钻孔底部；对孔口进行封孔处理，将导水管的另一端连接U形管11和引流管12，引流管12的另一端置于引水沟13中。导水管10外露端设置闸阀，使其连接引流管12，引流管与闸阀连接段上再设置U形管11，引流管12的出口端将顶板中的水导流至引水沟13中。

软弱岩层遇水会逐层潮解、膨胀、软化、崩解，强度将会急剧下降，最后形成碎块状或者软泥非固结的状态，针对软弱顶板必须有防止积水软化的措施，因此在巷道顶板上安装的导水装置利用了连通器的原理，可以将顶板缝隙内的水通过导水管导出，同时U形管可以防止外部空气进入钻孔风化岩层。

第三步中对上端软弱顶板进行爆破的步骤如下：

a、测定上端坚硬顶板的稳定性和安全厚度，测定泥岩的矿岩特性参数、软弱顶板的厚度和采空区的高度，并依此在采空区顶部利用钻机进行钻孔；b、根据测定矿岩参数、炸药性质、钻孔直径选取炸药单耗量；c、根据有效钻孔深度和线装药密度计算单孔最大装药量；d、计算单孔负担爆破面积，确保采空区侧顶板爆破后形成有效的垮落范围，同时不影响巷道上端顶板的锚索锚固位置。

第三步中对上端软弱顶板进行钻孔预裂的步骤如下：

a、确定钻孔的标高，根据理论分析，钻孔终孔应打在顶板裂隙带中；b、根据软弱顶板的岩层特性确定钻孔之间的孔距、孔径、孔深以及钻孔的倾角，保证预裂破损后的矸石能够堆至上方坚硬顶板。

第三步中对上端软弱顶板进行注水切割预裂的步骤如下：

a、在顶板上设计若干钻孔，根据顶板岩层形式及注水切割设备确定钻孔间距；b、切割时将水加压至工作压力对顶板实施切割。

破损后的软弱顶板与一般的硬质顶板的断面有所不同，硬质顶板是阶梯型断面，而软弱顶板由于矿岩特性形成弧形断面挤压铺设的铁丝网，因此支护锚索的锚固位置应在巷道顶角的内侧，防止支护失效。

第一步中对巷道的软弱顶板进行联合支护的步骤：a、在巷道中采用架棚14支护，工作面每推进一米覆一架棚，架棚与顶帮之间用枇子、小料等接实，用木楔紧牢，并用撑杆紧固；b、巷顶的锚吊梁1.1上设有锚索孔，将锚索1向巷道内倾斜地安装在锚索孔内。

锚索能够消除浅部围岩的破碎效应，并对围岩进行深部锚固而产生强力悬吊并沿轴向形成连续支撑点，因此可以减小顶板的下沉量，降低对下位岩层和两帮的压力。

遇到顶板松散的情况，在第一步中增加对松散顶板局部实施低压大流量预注浆加固工艺。

遇到顶板离层明显、裂隙发育的情况，在第一步中增加对顶板局部实施高压小流量预注浆加固工艺。

Claims (8)

1.一种软弱顶板断顶沿空留巷方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、对原有锚网索联合支护或架棚支护的巷道软弱顶板(3)进行加强支护，锚索(1)配合锚吊梁打设在巷道顶板靠近采空区侧，锚索向巷道内倾斜0°～20°，将软弱顶板锚固在上部的坚硬顶板(4)上；

第二步、在采空区侧铺设铁丝网(2)，铁丝网(2)上下部分分别固定在采空区侧巷道的顶、底板，然后紧贴铁丝网巷内侧密集布置加强柱(5)和带有柱帽的防倒装置(6)；

第三步、对采空区侧巷道顶板通过钻孔、注水切割或爆破进行预裂，锚索(1)的有效锚固范围应在破损半径之外；

第四步、破损后的冒落矸石(16)堆积接近上端坚硬顶板岩石形成堆石墙；

第五步、在形成的堆石墙内埋设带孔的注浆管(9)，所述注浆管呈梅花状布置，在埋设注浆管的同时，向堆石墙表面喷浆，将铁丝网(2)和堆石墙表面封闭在一起，形成喷浆支护层；

第六步、当喷浆支护层凝固后，对每个预埋的注浆管(9)灌注混凝土浆液，浆液凝固稳定后，形成数个支撑顶板的胶结柱(17)；

第七步、随着工作面的推进，依次拆除防倒装置(6)、柱帽和密集加强支柱(5)；继续循环上述步骤，直至整个沿空留巷完成；

第八步、巷道通过断层、褶皱和冒落带时，根据需要打设密集锚杆或锚索、架设单体液压支柱、密集架棚支护和堆设木垛对顶板加强支护。

2.根据权利要求1所述的软弱顶板断顶沿空留巷方法，其特征在于，第一步中对巷道的软弱顶板(3)进行支护的同时，在顶板上进行钻孔，并将导水管(10)插入钻孔内直至钻孔底部，利用锚固剂或倒爪将导水管的前端固定在钻孔底部；对孔口进行封孔处理，将导水管的另一端连接U形管(11)和引流管(12)，引流管的一端置于引水沟(13)中。

3.根据权利要求1或2所述的软弱顶板断顶沿空留巷方法，其特征在于，第三步中对上端软弱顶板进行爆破的步骤如下：

a、测定上端坚硬顶板的稳定性和安全厚度，测定软弱的矿岩特性参数、软弱顶板的厚度和采空区的高度，并依此在采空区顶部利用钻机进行钻孔，钻孔(8)向采空区侧倾斜5°～20°；b、根据测定矿岩参数、炸药性质、钻孔直径选取炸药单耗量；c、根据有效钻孔深度和线装药密度计算单孔最大装药量；d、计算单孔负担爆破面积，确保采空区侧顶板爆破后形成有效的垮落范围，同时不影响巷道上端顶板的锚索锚固位置。

4.根据权利要求1或2所述的软弱顶板断顶沿空留巷方法，其特征在于，第三步中对上端软弱顶板进行钻孔预裂的步骤如下：a、确定钻孔的标高，根据理论分析，钻孔终孔应打在顶板裂隙带中；b、根据软弱顶板的岩层特性确定钻孔之间的孔距、孔径、孔深以及钻孔的倾角，保证预裂破损后的矸石能够堆至上方坚硬顶板。

5.根据权利要求1或2所述的软弱顶板断顶沿空留巷方法，其特征在于，第三步中对上端软弱顶板进行注水切割预裂的步骤如下：a、在顶板上设计若干钻孔，根据顶板岩层形式和注水切割设备确定钻孔间距；b、切割时将水加压至工作压力对顶板实施切割。

6.根据权利要求1或2所述的软弱顶板断顶沿空留巷方法，其特征在于，第一步中对巷道的软弱顶板进行联合支护的步骤：a、在巷道中采用架棚(14)支护，工作面每推进一米覆一架棚，架棚与顶帮之间用枇子、小料等接实，用木楔紧牢，并用撑杆紧固；b、巷顶的锚吊梁(1.1)上设有锚索孔，将锚索(1)安装在锚索孔内。

7.根据权利要求1或2所述的软弱顶板断顶沿空留巷方法，其特征在于，遇到顶板松散的情况，在第一步中增加对松散顶板局部实施低压大流量预注浆加固工艺。

8.根据权利要求1或2所述的软弱顶板断顶沿空留巷方法，其特征在于，遇到顶板离层明显、裂隙发育的情况，在第一步中增加对顶板局部实施高压小流量预注浆加固工艺。