CN105003288B - 一种中厚煤层沿空留巷的方法和支护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中厚煤层沿空留巷的方法和支护系统，支护系统包括留巷巷道、四道槽钢锚索支护、三道液压支柱、钢丝网、预埋帮锚杆、一字铰接顶梁、十字铰接顶梁、铁鞋和π型钢。液压支柱与顶梁连为一体，底部穿铁鞋。沿空留巷的方法为：⑴顺巷道施工四道槽钢锚索加强支护，槽钢锚索迈步布置；⑵在工作面超前支护以外随工作面推采提前施工一道顶锚杆，顺巷道挂装钢丝网；随推采预埋帮锚杆，挂顺巷防撕裂钢丝网；⑶在工作面采线以里的沿空留巷段采用可缩的液压支柱进行支护。本发明利用顶板垮落岩石自行造就巷道一侧支护体，施工简单，成本低，安全性好。支护系统应用液压支柱、铁鞋、π型钢、十字铰接顶梁和钢丝网支护组合，提高了支护系统的稳定性。

Description

一种中厚煤层沿空留巷的方法和支护系统

技术领域

本发明属于矿山开采技术领域，涉及一种中厚煤层沿空留巷的方法和支护系统。

背景技术

沿空留巷是煤矿进行壁式开采使用的特殊技术处理措施，壁式开采时把工作面回采过程中的巷道保留下来，用于本工作面的通风、运料、排水或下一个工作面的回采。留巷的做法是沿着采空区边缘随着工作面推采将原顺槽位置保留。沿空留巷可以最大限度回收资源，避免煤柱损失。沿空留巷技术可以改变传统的采区工作面接替顺序，降低矿井万吨掘进率，提高采区回采率和矿井回采率，经济效益和社会效益显著。

我国在沿空留巷技术研究方面做了大量卓有成效的研究，取得了比较好的应用效果，尤其在薄煤层中应用广泛，近年来，在中厚及厚煤层中的应用案例不断增加，主要应用充填体再造巷帮留巷技术，整体应用效果较好，但其主要问题是工序复杂，留巷成本较高。探索新型沿空留巷技术装备工艺，给巷道顶帮提供足够强度的支撑，实现操作工艺简单，留巷成本低廉，是当前沿空留巷技术的一个发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种中厚煤层沿空留巷的方法，以优化沿空留巷的工艺过程，简化沿空留巷的结构，提高巷道支撑强度，降低沿空留巷生产成本。本发明的另一目的是提供一种中厚煤层沿空留巷的支护系统。

本发明的技术方案是：中厚煤层沿空留巷的方法，工作面回采期间，在工作面超前支护以外随工作面推进补强施工顶锚索，方案如下：

⑴顺巷道设置四道槽钢锚索支护，槽钢锚索迈步布置；槽钢锚索支护巷道靠近采空区侧煤层顶板，最上部一道槽钢锚索距巷道中心线550mm；

⑵随推采安装预埋帮锚杆，顺巷挂钢丝网；在工作面回采期间，在工作面超前支护以外20米范围内随工作面推采预先施工一道顶锚杆，顺巷道挂装防撕裂钢丝网，挂钢丝网的长度超过沿空留巷高度500mm；

具体施工顺序如下：

①超前支护外沿空留巷帮侧提前施工一道顶锚杆，顺巷预装一道钢带和防撕裂钢丝网，防撕裂钢丝网上端压在顶锚杆和钢带之下，固定在巷道顶部，并沿巷帮下垂；

②割煤后将钢丝网铺设到液压支架前段掩护梁的上部，钢丝网随推采进入支架顶梁和煤层顶板之间，最后到液压支架后部，随顶板岩石垮落形成人造巷帮；

③在液压支架后部顶板垮落期间，根据冒落顶板的堆积高度预埋帮锚杆，并安装帮钢带梁；

⑶在工作面采线以里的沿空留巷段采用可缩的液压支柱进行支护，具体支护方式为：

①采线以里的沿空留巷段顺巷道安装三道可缩液压支柱支护顶板，液压支柱底部穿铁鞋，支护重点向沿空留巷侧偏移；

②沿巷道中心线支设一道液压支柱，顶梁配合铰接，液压支柱的间距为1000mm，支柱穿铁鞋；距巷道下帮750mm和250mm分别支设一道液压支柱，液压支柱的间排距500mm，顶部用十字铰接顶梁铰接，将液压支柱与顶梁连为一体；液压支柱的底部穿铁鞋，接近下帮的一道液压支柱穿防扎底护帮铁鞋，沿空帮用π型钢支护。

如果顶板为Ⅱ、Ⅲ类顶板，在工作面巷道超前支护范围内对煤层顶板进行定向预裂爆破；爆破采用压力为150～270MPa的 CO₂气体渗透致裂，所述爆破的高度根据煤层顶板岩性确定。

本发明中厚煤层沿空留巷的支护系统，包括留巷巷道，留巷巷道设有四道槽钢锚索支护，留巷巷道采线以里的沿空留巷段安装三道液压支柱。液压支柱的顶部通过一字铰接梁和十字铰接梁连为一体，液压支柱的底部装有铁鞋，接近下帮的一道液压支柱装有防扎底护帮铁鞋，沿空帮设有π型钢支护。工作面超前支护以外20米设有一道顶锚杆，顶锚杆顺巷道挂装钢丝网。顺沿空留巷设有预埋帮锚杆、防撕裂钢丝网和帮钢带，预埋帮锚杆预埋在冒落顶板中，防撕裂钢丝网与预埋帮锚杆连接。

槽钢锚索的锚索长度为5000～7000mm，锚索间距为2000～2500mm，锚索排距为650～1200mm。槽钢锚索的槽钢长度为1800～2400mm，槽钢间距为1000～1500mm，每根槽钢配合两根锚索。顶锚杆的规格为Ф22×2400mm左旋螺纹钢锚杆，间距为900mm，钢丝网宽度1100mm，所述钢带长4000mm。根据设计需要可调整。帮锚杆的规格为Ф16×2000mm圆钢锚杆，帮锚杆的排间距为900×900mm。工作面推采过程中，注意保护钢丝网，防止采煤机组滚筒缠绕钢丝网。

防扎底护帮铁鞋由矿用槽钢、厚钢板、无缝钢管、圆钢、链环和底板构成，无缝钢管焊接在底板上，厚钢板侧面与矿用槽钢焊接，底部与底板焊接。厚钢板上设有链环，所述底板下部设有矿用圆钢加强筋。防撕裂钢丝网为四丝相绕式预应力防撕裂双边六角形钢丝网。π型钢为矿用7^#π型钢，π型钢的长度按照沿空留巷的高度截取。

本发明中厚煤层沿空留巷的方法采用高强度可缩液压支柱配合专用护顶护帮装置，人工提供切顶线，实现沿空留巷，其主要工作原理是实施人工预裂切顶线，在强力切顶装置作用下，使采空区顶板按照设计要求垮落，从而在原回采巷道采空帮侧形成一道切冒顶板面形成的巷帮，实现留巷的目的。

本发明采用无巷旁充填留巷的方法，利用顶板垮落岩石自行造就巷道一侧支护体，无需充填，施工工艺简单，成本低，安全性好，是一种有效简便的沿空留巷新方法。本发明中厚煤层沿空留巷的支护系统主要应用高强度可缩液压支柱+防扎底护帮铁鞋+高强度π型钢+十字铰接顶梁+高强度防撕裂钢丝网支护组合，辅以巷道煤帮和顶板加强支护，充分利用各种不同支护方式的优点，形成一个留巷有机整体支护系统，提高了支护系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明中厚煤层沿空留巷支护系统平面示意图；

图2为中厚煤层沿空留巷支护系统的剖面图；

图3为防扎底护帮铁鞋的结构示意图；

图4为图3的俯视图。

其中：

1—槽钢锚索、2—液压支柱、3—锚索、4—钢丝网、5—冒落顶板、6—预埋帮锚杆、7—防撕裂钢丝网、8—链环、9—厚钢板、10—矿用槽钢、11—无缝钢管、12—底板、13—矿用圆钢、14—留巷隧道、15—π型钢、16—防扎底护帮铁鞋、17—铁鞋。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

本发明中厚煤层沿空留巷的支护系统如图1、图2所示，包括留巷隧道14，留巷隧道设有四道槽钢锚索1支护，留巷隧道采线以里的沿空留巷段安装三道液压支柱2，液压支柱的顶部通过一字铰接顶梁和十字铰接顶梁连接，液压支柱与顶梁连为一体，液压支柱的底部穿铁鞋17。接近下帮的一道液压支柱穿防扎底护帮铁鞋16，沿空帮设有π型钢15支护。工作面超前支护以外20米设有一道顶锚杆，顶锚杆顺巷道挂装防撕裂钢丝网7。顺沿空留巷设有帮锚杆、防撕裂钢丝网7、预埋帮锚杆6。帮锚杆顺巷道在采线以里埋装，防撕裂钢丝网顺巷道预先施工的顶锚杆挂装，防撕裂钢丝网与预埋帮锚杆连接。锚索槽钢1的锚索长度为6000mm，锚索间距为2000mm，锚索排距为650mm。锚索槽钢1的槽钢长度为2200mm，槽钢间距为800mm，槽钢排距为650mm，每根槽钢配合两根锚索。顶锚杆为规格Ф22×2400mm左旋螺纹钢锚杆，间距为900mm，钢丝网宽度1100mm，钢带的长4000mm，根据设计需要可调整。帮锚杆为规格Ф16×2000mm圆钢锚杆，帮锚杆的排间距900×900mm。工作面推采过程中，注意保护钢丝网，防止采煤机组滚筒缠绕钢丝网。

如图3、图4所示，防扎底护帮铁鞋由矿用槽钢10、厚钢板9、无缝钢管11和底板12构成，无缝钢管焊接在底板上，厚钢板侧面与矿用槽钢焊接，底部与底板焊接。厚钢板上设有连环8，底板下部设有矿用圆钢13。防扎底护帮铁鞋，用于增加与巷道底板和煤帮接触面积，改善受力效果，配合液压支柱对巷道顶板切顶和加强支撑，另外，铁鞋用于固定π型钢下端头，与π型钢连接成一体形成有效巷道底部支护体。液压支柱采用DW**/110系列加粗液压支柱，根据煤层厚度和巷道高度，特制不同高度的支柱型号，提高支柱初撑力，以利于巷道顶板切顶。

本发明中厚煤层沿空留巷的过程为：工作面回采期间，在工作面超前支护以外随工作面推进补强施工槽钢锚索，方案如下：

⑴顺巷道设置四道槽钢锚索支护，槽钢锚索迈步布置；槽钢锚索支护巷道靠近采空区侧煤层顶板，最上部一道槽钢锚索距巷道中心线550mm；

⑵推采前预挂顺巷防撕裂钢丝网7，随推采安装预埋帮锚杆，顺巷挂钢丝网4；在工作面回采期间，在工作面超前支护以外20米范围内随工作面推采预先施工一道顶锚杆，顺巷道挂装防撕裂钢丝网，挂钢丝网的长度超过沿空留巷高度500mm；

具体施工顺序如下：

①在超前支护外沿空留巷帮侧预先施工一道顶锚杆，顺巷预装一道钢带和防撕裂钢丝网，钢丝网上端压在顶锚杆和钢带之下，固定在巷道顶部，并沿巷帮下垂；

②割煤后将钢丝网铺设到液压支架掩护梁的上部，所述钢丝网7随推采进入支架顶梁和煤层顶板之间，最后到液压支架后部，随顶板岩石垮落形成人造巷帮；

③在液压支架后部顶板垮落期间，根据冒落顶板5的堆积高度预埋帮锚杆，并安装帮钢带梁；

⑶在工作面采线以里的沿空留巷段采用可缩的液压支柱2进行支护，具体支护方式为：

①采线以里的沿空留巷段顺巷道安装三道可缩液压支柱2支护顶板，液压支柱底部穿铁鞋，支护重点偏向沿空留巷侧；

②沿巷道中心线支设一道液压支柱2，顶梁配合铰接，液压支柱的间距为1000mm，支柱穿铁鞋；距巷道下帮750mm和250mm分别支设一道液压支柱2，液压支柱的间距500mm，顶部配合十字铰接顶梁支护，将液压支柱与顶梁连为一体；接近下帮的一道液压支柱穿防扎底护帮铁鞋，沿空帮用π型钢支护。

顶板为Ⅱ类顶板，在工作面巷道超前支护范围内对煤层顶板进行定向预裂爆破；爆破采用压力为150～270MPa的 CO₂气体渗透致裂，所述爆破的高度根据煤层顶板岩性确定。

本发明中厚煤层沿空留巷的方法和支护系统通过超前工作面槽钢锚索加强支护，留巷过程中液压支柱配合铰接顶梁+π型钢+专用铁鞋进行加强支护，形成顶、帮、底联合支护体，对沿空留巷进行切顶、成形和维护，对于较坚硬的Ⅱ、Ⅲ类顶板，辅以顶板预裂爆破技术，提前对切顶线进行定向预裂爆破，为采空区顶板充分冒落创造条件，大幅降低留巷段矿压显现。

本发明应用高强度可缩液压支柱+防扎底护帮铁鞋+高强度π型钢+铰接顶梁+高强度防撕裂钢丝网支护组合，辅以巷道煤帮和顶板加强支护，充分利用各种不同支护方式的优点，形成一个留巷有机整体支护系统。利用槽钢锚索加强支护对巷道围岩进行超前加固；⑴利用高支撑强度可缩液压支柱+防扎底护帮铁鞋+十字铰接顶梁对沿空侧顶板进行高强度主动支撑；⑵利用防扎底护帮铁鞋+高强度π型钢+沿空帮预埋锚杆+四丝相绕式预应力防撕裂双边六角形钢丝网对沿空帮进行支护。利用顶板十字铰接顶梁把支护组合连接为一个整体，提高了支护系统稳定性。

Claims (2)

1.一种中厚煤层沿空留巷的方法，工作面回采期间，在工作面超前支护以外随工作面推进补强施工顶锚索，方案如下：

⑴顺巷道设置四道槽钢锚索（1）支护，槽钢锚索迈步布置；槽钢锚索支护巷道靠近采空区侧煤层顶板，最上部一道槽钢锚索距巷道中心线550mm；

⑵随推采安装预埋帮锚杆（6），顺巷挂钢丝网（4）；在工作面回采期间，在工作面超前支护以外20米范围内随工作面推采预先施工一道顶锚杆，顺巷道挂装防撕裂钢丝网（7），挂钢丝网的长度超过沿空留巷高度500mm；

具体施工顺序如下：

①超前支护外沿空留巷帮侧提前施工一道顶锚杆，顺巷预装一道钢带和防撕裂钢丝网（7），防撕裂钢丝网上端压在顶锚杆和钢带之下，固定在巷道顶部，并沿巷帮下垂；

②割煤后将钢丝网铺设到液压支架前段掩护梁的上部，所述钢丝网（4）随推采进入支架顶梁和煤层顶板之间，最后到液压支架后部，随顶板岩石垮落形成人造巷帮；

③在液压支架后部顶板垮落期间，根据冒落顶板（5）的堆积高度预埋帮锚杆（6），并安装帮钢带梁；

⑶在工作面采线以里的沿空留巷段采用可缩的液压支柱（2）进行支护，具体支护方式为：

①采线以里的沿空留巷段顺巷道安装三道可缩液压支柱（2）支护顶板，液压支柱底部穿铁鞋（17），支护重点向沿空留巷侧偏移；

②沿巷道中心线支设一道液压支柱（2），顶梁配合铰接，液压支柱的间距为1000mm，支柱穿铁鞋（17）；距巷道下帮750mm和250mm分别支设一道液压支柱（2），液压支柱的间排距500mm，顶部用十字铰接顶梁铰接，将液压支柱与顶梁连为一体；液压支柱的底部穿铁鞋，接近下帮的一道液压支柱穿防扎底护帮铁鞋（16），沿空帮用π型钢（15）支护。

2.根据权利要求1所述的中厚煤层沿空留巷的方法，其特征是：如果顶板为Ⅱ、Ⅲ类顶板，在工作面巷道超前支护范围内对煤层顶板进行定向预裂爆破；爆破采用压力为150～270MPa的 CO₂气体渗透致裂，所述爆破的高度根据煤层顶板岩性确定。