CN104948191A - 一种利用充填方式防治冲击地压的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用充填方式防治冲击地压的方法，属于煤矿安全生产技术领域。该方法：采煤机割煤进刀，刮板输送机运煤，充填防冲液压支架护帮、护顶；工作面推进适当距离后，采用充填防冲材料通过充填防冲液压支架对采空区实施充填防冲；随着充填作业的不断推进，充填防冲材料不断累积压实，形成防冲体；充填防冲液压支架前回采与充填防冲液压支架后充填作业同步进行；待充填作业达到要求后，工作面充填采煤完成一个循环；推移刮板输送机，进行下一循环。本发明具有主动支护能力强、整体性强、提供初撑力快、抗压、抗拉、耐久、让压、防水、防火、吸能、廉价、便于操作、充填作业快、使用人员少、充填作业简单、能够减少巷道维修量、降低费用支出等优点。

Description

一种利用充填方式防治冲击地压的方法

技术领域

本发明属于煤矿安全生产技术领域，是涉及一种煤矿防治冲击地压的方法，特别是涉及一种利用充填方式防治冲击地压的方法。

背景技术

冲击地压是威胁采矿行业安全生产的重大灾害。随着我国煤矿资源开采逐渐向深部发展，冲击地压的发生频次越来越大，其危害性也愈加增大；造成巷道围岩破坏、垮塌及人员伤亡事故，对煤矿安全生产造成极大的危害。井下一旦发生冲击地压，会造成巷道变形片帮、冒顶、底鼓、摧毁支架、堵塞巷道甚至顶底板合拢，因而影响通风或颠翻设备造成生产中断，还可能对作业人员构成人身伤害，甚至造成死亡事故。因此，冲击地压安全治理问题一直是煤炭资源开发面临的世界性技术难题。

申请号为2013105499346的中国专利《利用抽帮充填防治沿空巷道冲击地压的方法》，采用爆破将松动的帮部煤体抽出抛掷到巷道中，充填部分巷道，形成大范围卸压保护带；但是，该技术方案没有从采空区充填入手，煤柱松动爆破具有局限性，不能完全有效治理顶板断裂型、煤体压缩型冲击地压。

论文《基于冲击地压防治的深井沿空留巷充填材料研究》，主要进行了可压缩充填体的成型出磨、养护等生产系统研究；但是其没有从充填方法上入手研究。

冲击地压的机理及防治技术研究是目前国际采矿和岩石力学领域公认的难题。我国从二十世纪八十年代初开始进行冲击地压研究，历经三十多年，在理论研究、预测防治技术与装备方面均取得了大量研究成果。对冲击地压发生机理有了一定认识，同时发展了钻屑法、电磁辐射法、微震法、开采保护层、煤层注水、钻孔卸压、爆破卸压等冲击地压预测防治技术，创新了采动应力监测、电荷监测、深孔爆破断顶断底卸压、大直径钻孔卸压、水力压裂等冲击地压预测防治技术。

以往冲击地压超前支护采用锚网(索)加多排单体支柱、O型棚或超前支架的强支护方式，费用相当高，且均不能有效避免冲击的发生；经调查研究发现：充填防冲开采是一种有效治理冲击地压的采煤方法。利用充填防冲开采，可以有效改善强支护方式，从总体上减少支护成本，降低次生应力集中系数，实现安全开采冲击危险煤层，安全掘巷，有效治理冲击地压。

学术界从充填体对岩层移动的控制机制研究分析，提出了许多理论研究，但这些研究都从顶板控制理论方面着手研究充填对地表的控制，未从充填方面研究预防冲击地压，未从煤岩体的应力应变控制方面出发，而本发明则是从充填防冲角度入手研究充填防治冲击地压。

传统的充填采煤法的目的是解决“三下一上”(水体下，铁路下，建筑物下，承压水体上)煤层开采问题，减缓地表下沉，保护地下水开采，矸石不上井，消除煤炭自燃等方面设计服务，但从未在冲击地压的防治治理上应用过。

传统的充填开采存在充填率高、接顶要求高、投资高等缺点，而充填防冲开采能够避开以上要求，且具有投资少，收益高，防冲效果特别突出的优点，能够有效治理冲击地压。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用充填方式防治冲击地压的方法，该方法能够建立顶板-煤体-支架-防冲体-底板耦合防冲支护结构，应用于具有冲击危险性的冲击地压矿井，达到治理冲击地压的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种利用充填方式防治冲击地压的方法，包括如下步骤：

步骤一：采煤机割煤进刀，刮板输送机运煤，充填防冲液压支架护帮、护顶；

步骤二：工作面推进适当距离后，采用充填防冲材料通过充填防冲液压支架对采空区实施充填防冲；随着充填作业的不断推进，充填防冲材料不断累积压实，形成整体支撑上覆岩层的充填防冲胶结承载体，即防冲体；充填防冲液压支架前回采与充填防冲液压支架后充填作业同步进行，即架前割煤，架后充填；待充填作业达到要求后，工作面充填采煤完成一个作业循环；

步骤三：推移刮板输送机，进行下一作业循环。

步骤二中所述的充填防冲材料为矿井防治冲击地压专用防冲让压缓冲减震复合材料。

步骤二中所述的充填作业采用完全充填或部分充填。

步骤二中所述的充填作业的充填方式为固体充填、膏体充填或高水材料充填。

本发明从控制煤岩层应力集中问题出发，根据冲击地压失稳理论，以公式为计算基础，进行充填防冲分析；式中，外因P-煤岩体应力，内力K_E-煤岩体冲击倾向性，σ_c-峰值抗压强度，q-煤岩体上部载荷。

P可由在外部载荷下顶底板变形相对移近引起大小的改变，造成煤体弹性能集聚，造成冲击地压的发生。采用本发明的方法可使采空区的防冲体承载上覆岩层的大部分载荷，从根本上改变了采场覆岩破坏特征，与传统开采中采场围岩破坏特征及矿压显现规律有着较大的区别，改变了煤岩体应力的大小，防止应力过分集中。

本发明的有益效果：

本发明具有主动支护能力强、整体性强、提供初撑力快、抗压、抗拉、耐久、让压、防水、防火、吸能、廉价、便于操作、充填作业快、使用人员少、充填作业简单、能够减少巷道维修量、降低费用支出等优点。

(1)主动支护能力强：能够支撑上覆岩层，本身强度高，抗压能力强；

(2)整体性强、提供初撑力快：能够使上覆岩层在有弯曲下沉倾向时及时得到支撑，能够降低超前支撑压力，缩短超前支撑压力范围，分担巷道承受的压力，减少因巷道返修问题带来的人力、物力的损耗；

(3)抗压、抗拉：能够使上覆岩层保持完整，防止顶板断裂，防止其产生周期来压；防冲体整体作为煤体的替代品，补充原来空间的缺陷，防止冲击地压的发生；

(4)耐久：防冲体能够长期存放于岩层之中，长期作为地下支撑体，控制防止冲击地压的发生；

(5)防水：能够防止上覆含水层破坏，防止地下承压水因压力释放危及矿井安全，实现保水开采；

(6)防火：防止充填体因时间过长发生自燃，或者产生有毒气体，危及人员及设备安全。

本发明不仅能够提高资源回收效率，实现绿色环保安全开采，而且能够完善和补充冲击地压防治理论及技术，有效解决煤矿开采扰动岩层引起的冲击地压灾害，实现煤矿安全生产。防冲体充填于采空区，大大降低了应力集中系数，使老顶弯曲减缓、下沉量减小，无断裂，无周期来压，无冲击。由于防冲体占据了上覆岩层下沉空间，上覆岩层内部应力没有超过岩石的抗拉强度，直接顶无断裂、破碎、垮落现象，基本顶岩层则以梁、板形式沿层面法向移动、弯曲，这一过程随工作面推进不断持续，充填防冲材料承载压力逐步增加直至恢复至原岩应力，相应充填防冲材料的抗压缩能力也逐步提高，使上覆岩层达到新的平衡状态，达到防治冲击地压发生的目的。

附图说明

图1为本发明采用完全充填开采的示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的侧视图；

图4为本发明采用部分充填开采的实施例一的示意图；

图5为图4的B-B剖视图；

图6为图4的侧视图；

图7为本发明采用部分充填开采的实施例二的示意图；

图8为图7的C-C剖视图；

图9为图7的侧视图；

图中：1-上覆顶板，2-煤体，3-充填防冲液压支架，4-煤层底板，5-防冲体，6-采煤机，7-欠接顶区。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～图9所示，一种利用充填方式防治冲击地压的方法，包括如下步骤：

步骤一：采煤机6割煤进刀，刮板输送机运煤，充填防冲液压支架3护帮、护顶；

步骤二：工作面推进适当距离后，采用充填防冲材料通过充填防冲液压支架3对采空区实施充填防冲，充填防冲材料由地面输送至工作面，在工作面实施混合；随着充填作业的不断推进，充填防冲材料不断累积压实，形成整体支撑上覆岩层的充填防冲胶结承载体，即防冲体5；充填防冲液压支架3前回采与充填防冲液压支架3后充填作业同步进行，即架前割煤，架后充填；待充填作业达到要求后，工作面充填采煤完成一个作业循环；

步骤三：推移刮板输送机，进行下一作业循环。

步骤二中所述的充填防冲材料为矿井防治冲击地压专用防冲让压缓冲减震复合材料。

步骤二中所述的充填作业采用完全充填或部分充填，不是完全充填的方式均为部分充填；充填作业根据矿山实际情况选择完全充填或部分充填。图1～图3为本发明采用完全充填开采的示意图。图4～图6为本发明采用部分充填开采的实施例一的示意图，该实施例在进行充填作业的过程中，在防冲体5的上方留有欠接顶区。图7～图9为本发明采用部分充填开采的实施例二的示意图，该实施例的防冲体5采用间隔填充。

步骤二中所述的充填作业的充填方式为传统的固体充填、膏体充填或高水材料充填等，具有让位、卸压、吸能的防冲效果，能够吸收岩层蠕变能，同时兼有承受动载荷的功能。

本发明能够及时对上覆顶板1进行充填，达到使老顶弯曲减缓、下沉量减小，无断裂，最后达到无冲击的目的。充填防冲液压支架3具有整体性强，支护强度高，充填能力强，效率高，接续快的特点。

在具有冲击危险性矿井中，采用本发明可控制煤岩体应力与应变，通过防冲体5使上覆顶板1得到主动支护，防止上覆顶板1过度下沉，防止煤层底板4鼓起，消除初次来压，周期来压，消除应力过分集中，阻止上覆顶板1发生断裂，防止上覆顶板1断裂型冲击地压的发生，同时能够阻止上覆顶板1过度下沉造成煤体2压缩蓄积能量，可以消除煤体压缩型冲击地压。

本发明不限于上述实施例，对于本领域技术人员来说，对本发明的上述实施所做出的任何显而易见的改进或变更都不会超出仅以举例的方式示出的本发明的实施例和所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用充填方式防治冲击地压的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：采煤机割煤进刀，刮板输送机运煤，充填防冲液压支架护帮、护顶；

步骤二：工作面推进适当距离后，采用充填防冲材料通过充填防冲液压支架对采空区实施充填防冲；随着充填作业的不断推进，充填防冲材料不断累积压实，形成整体支撑上覆岩层的充填防冲胶结承载体，即防冲体；充填防冲液压支架前回采与充填防冲液压支架后充填作业同步进行，即架前割煤，架后充填；待充填作业达到要求后，工作面充填采煤完成一个作业循环；

步骤三：推移刮板输送机，进行下一作业循环。

2.根据权利要求1所述的利用充填方式防治冲击地压的方法，其特征在于步骤二中所述的充填防冲材料为矿井防治冲击地压专用防冲让压缓冲减震复合材料。

3.根据权利要求1所述的利用充填方式防治冲击地压的方法，其特征在于步骤二中所述的充填作业采用完全充填或部分充填。

4.根据权利要求1所述的利用充填方式防治冲击地压的方法，其特征在于步骤二中所述的充填作业的充填方式为固体充填、膏体充填或高水材料充填。