CN105351004A - 一种袋装矸石混凝土联合巷旁支护方法 - Google Patents

一种袋装矸石混凝土联合巷旁支护方法 Download PDF

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郭忠平
杜兆文
段会强
谢文武
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    • E21C41/16Methods of underground mining; Layouts therefor
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21FSAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F15/00Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
    • E21F15/005Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings characterised by the kind or composition of the backfilling material

Abstract

本发明公开了一种袋装矸石混凝土联合巷旁支护方法,其适用于坚硬顶板薄煤层,并且在采区范围内无落差较大的断层的沿空留巷。其通过采用混凝土充填体与袋装矸石联合巷旁充填,提高了对顶板的支撑能力,并可有效防止有毒有害气体渗入巷道,降低火灾发生的风险。施工过程中,可大幅减少混凝土护板的使用数量,并可免除局部通风机的安装。特别是,袋装矸石对坚硬顶板的辅助支撑作用,可以延缓混凝土充填体达到并发挥初凝强度的时间;并且,袋装矸石在顶板下沉初期,具有良好的“让压”作用,这将有效避免冒落垮顶事故的发生。本发明具有安全可靠性好,费时、省力、省费用等特点。

Description

一种袋装矸石混凝土联合巷旁支护方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种沿空留巷,尤其涉及一种袋装矸石混凝土联合巷旁支护方法,属于矿业工程领域。
背景技术
[0002] 沿空留巷采出率高,可以最大限度回收资源,避免煤体损失;并有效控制瓦斯爆炸、冲击地压等灾害的发生。随着一次能源的不断减少,沿空留巷越来越受到重视。
[0003] 现有技术中,沿空留巷一般采用混凝土充填体进行巷旁支护。混凝土充填体的构筑过程中,挡板使用量大、拆卸频繁,且都是人工进行组装和拆卸,步骤繁琐,劳动强度大;而且,充填成本高、封闭效果也不是十分理想。
发明内容
[0004] 本发明的目的是,提供一种坚硬顶板薄煤层混凝土袋装矸石联合巷旁支护方法,其具有充填效率好、安全性好、充填成本低等特点。
[0005] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是,一种袋装矸石混凝土联合巷旁支护方法,其特征在于,适用于坚硬顶板薄煤层下,并且在采区范围内无落差较大的断层的沿空留巷;
[0006] 所述巷旁支护采用混凝土充填体与袋装矸石组合在一起的方式进行联合充填,具体施工步骤如下:
[0007] 第一步,随着上区段工作面的回采,对原轨道巷道提前进行开帮支护,并利用铰接顶梁和单体支柱做好巷内的支护工作,防止发生顶板事故;
[0008] 当工作面推进,支架前移后,在紧邻工作面的两排支架后面,用单体支柱配合铰接顶梁作临时支护,柱距为0.5m,排距为1.2m ;并在靠近采空区一侧布置切顶眼,切顶眼眼深为2m、间距为lm ;
[0009] 第二步,在靠近采空区1.5m处,叠层皇砌袋装矸石,皇砌长度为5m、宽度为a、高度为1.2m ;皇砌袋装矸石时,层与层之间纵横交错,直至皇砌到与顶板接触:
[0010] 各奇数层的袋装矸石,各包装袋首尾紧密相连,全部包装袋均呈纵向布置;
[0011] 各偶数层的袋装矸石,各包装袋分别置于与其对应的第一层袋装矸石每相邻两个包装袋搭接缝的正上方,全部包装袋均呈横向布置;
[0012] 第三步,在紧邻工作面的两排支架后的巷边、上述袋装矸石的所在位置的另一侧,构筑混凝土充填用挡板后,进行混凝土充填,一次充填长度为5m,宽度为b,高度为1.2m ;
[0013] 同时,对原有巷道超前工作面6-20m加强支护,在保留轨道巷原有的20m超前支护下,挂铰接顶梁,铰接顶梁架设距离为50-80m ;
[0014] 待混凝土终凝时,撤掉上述充填挡板,供下一次混凝土充填时使用;
[0015] 第四步,待顶板稳定后回撤支柱,并依次重复上述第一至第三步,直至巷道开采完毕。
[0016] 上述技术方案直接带来的技术效果是,坚硬顶板薄煤层下,混凝土充填体与袋装矸石联合巷旁支护,通过同步构筑皇砌的(袋装矸石)矸石带限制顶板下沉,弥补混凝土充填体达到初凝强度的时间,随着充填体承载能力的增强,切断已打眼的坚硬顶板,保证巷道上方顶板的稳定性,进一步限制巷道顶板下沉。
[0017] 而且,袋装矸石作为矸石墙直接贴紧在混凝土充填体的一侧,作为混凝土充填体构筑过程中的充填模板,这减少了约50 %数量模板的使用,这既减少了护板的搬运次数、降低了护板的投资,又缩短了临时支护的长度,并且还省去了局部通风机的使用,有利于保证作业人员的安全;
[0018] 更为重要的是,(混凝土充填体)辅之以袋装矸石的充填,解决了混凝土充填体构筑过程中,因膨胀射流冲击对挡板产生的压力,限制了混凝土浆体的切向速度,大幅降低了充填施工操作难度。
[0019] 另一方面,袋装矸石对坚硬顶板的辅助支撑作用,可以延缓混凝土充填体达到并发挥初凝强度的时间;并且,袋装矸石在顶板下沉初期,具有良好的“让压”作用,相对于“刚性”支撑,这将有效避免冒落垮顶事故的发生;而且,在袋装矸石“让压”作用下,混凝土充填体固化过程中体积收缩,将使得最终实现顶板与混凝土充填体之间“胶凝”在一起,消除了现有技术存在的顶板与充填体接触面的缝隙。即,
[0020] 混凝土充填体与袋装矸石联合巷旁充填所形成的双重密封的连体墙,与单一的混凝土充填墙体相比,改善了留设巷道的稳定性,提高了顺槽的抗变形能力,其密封性更好。因而,可以更好地防止有毒有害气体进入工作空间,从而达到安全生产的目的。
[0021] 说明:井下安全施工作业规范规定,在彡6m的采空区必须安设局部通风机。而上述技术方案中,采空区的长度将始终控制在小于6m的范围内。相应地,上述技术方案的施工操作中,在可以确保安全的前提下(其密封性更好),相对于现有技术,可以免除安设局部通风机的麻烦,提高施工效率,降低辅助设备的投资和使用成本。
[0022] 此外,在袋装矸石和混凝土充填体的相互作用下,袋装矸石和混凝土充填体邻接处咬合成为一体。一定程度上,袋装矸石可以替混凝土充填体分担部分压力;相应地,可以减少混凝土充填体抗压强度上设计上的冗余量,利于充填成本的降低。而且,矸石本身就是采煤过程中所产生的固体废弃物,在井下就地直接消化使用,既节省了费用,有利于环保。
[0023] 优选为,上述充填体的宽度b是按如下方法计算出来的:
[0024] 根据采场地质条件,计算出工作面上覆岩层的压力值;按照充填体的承载能力大于上覆岩层作用力的原则,确定充填体所需要的对顶板岩层的支撑力;
[0025] 在此基础上,确定充填体所用混凝土的标号,并计算出充填体的宽度b。
[0026] 该优选技术方案直接带来的技术效果是,在设计上,对于混凝土充填体支撑强度采用一定的冗余量,有利于确保安全生产。
[0027] 进一步优选,上述a是按如下方法计算出来的:b = 2.1-2.2a。
[0028] 该优选技术方案直接带来的技术效果是,我们的实际使用经验表明:这是一个比较理想的混凝土充填体与袋装矸石二者宽度之间的比例。
[0029] 进一步优选,上述袋装矸石是指,采用塑料编织袋或麻袋盛装经过破碎后的矸石,并扎紧袋口;
[0030] 其中,破碎后的矸石的粒径为30-100mm ;每袋重量为60_80Kg。
[0031] 该优选技术方案直接带来的技术效果是,一定程度上,保持袋装矸石粒径与总重量的标准化,利于生产效率的提高、施工质量的稳定。
[0032] 综上所述,本发明相对于现有技术,具有以下有益效果:
[0033] 1、混凝土充填体和袋装矸石同时支撑上方顶板,提高了支撑能力。更为重要的是,袋装矸石对坚硬顶板的辅助支撑作用,可以延缓混凝土充填体达到并发挥初凝强度的时间;
[0034] 并且,袋装矸石在顶板下沉初期,具有良好的“让压”作用,相对于“刚性”支撑,这将有效避免冒落垮顶事故的发生;
[0035] 而且,在袋装矸石“让压”作用下,混凝土充填体固化过程中体积收缩,将使得最终实现顶板与混凝土充填体之间“胶凝”在一起,消除了现有技术存在的顶板与充填体接触面的缝隙。即,采用混凝土充填体和袋装矸石连成一体这种结构形式的充填体,具有双重密封作用,可有效防止有毒有害气体渗入巷道,降低火灾发生的风险,保证了安全的作业环境。
[0036] 2、大幅减少了混凝土充填体构筑过程中护板的使用数量、免除了局部通风机的安装。因而,大幅降低了留巷的成本和劳动强度;并且,降低了辅助设备的投资和运行费用。
[0037] 3、提高了固体废弃物(矸石)在井下直接利用的比例,利于环保,并节省了矸石外运的成本。
[0038] 并且,坚硬顶板下的混凝土充填体与袋装矸石联合巷旁充填,具有更高的支撑能力。
附图说明
[0039] 图1为本发明的巷道留巷主视结构示意图;
[0040] 图2为本发明的巷道俯视结构示意图。
[0041] 附图标记说明:
[0042] 1、混凝土充填体;2、袋装矸石;3、单体支柱;4、铰接顶梁;5、采空区;6、沿空轨道巷;7、煤体。
具体实施方式
[0043] 下面结合附图和实施例,对本发明进行详细说明。
[0044] 如图1、图2所示,本发明的袋装矸石混凝土联合巷旁支护方法,其适用于坚硬顶板薄煤层,并且在采区范围内无落差较大的断层的沿空留巷;
[0045] 上述巷旁支护采用混凝土充填体与袋装矸石组合在一起的方式进行联合充填,具体施工步骤如下:
[0046] 第一步,随着上区段工作面的回采,对原轨道巷道提前进行开帮支护,并利用铰接顶梁和单体支柱做好巷内的支护工作,防止发生顶板事故;
[0047] 当工作面推进,支架前移后,在紧邻工作面的两排支架后面,用单体支柱3配合铰接顶梁4作临时支护,柱距为0.5m,排距为1.2m ;并在靠近采空区一侧布置切顶眼,切顶眼眼深为2m、间距为lm ;
[0048] 第二步,在靠近采空区1.5m处,叠层皇砌袋装矸石2,皇砌长度为5m、宽度为a、高度为1.2m ;皇砌袋装矸石时,层与层之间纵横交错,直至皇砌到与顶板接触:
[0049] 各奇数层的袋装矸石,各包装袋首尾紧密相连,全部包装袋均呈纵向布置;
[0050] 各偶数层的袋装矸石,各包装袋分别置于与其对应的第一层袋装矸石每相邻两个包装袋搭接缝的正上方,全部包装袋均呈横向布置;
[0051] 第三步,在紧邻工作面的两排支架后的巷边、上述袋装矸石的所在位置的另一侧,构筑混凝土充填用挡板后,进行混凝土充填,一次充填长度为5m,宽度为b,高度为1.2m ;
[0052] 同时,对原有巷道超前工作面6-20m加强支护,在保留轨道巷6原有的20m超前支护下,挂铰接顶梁,铰接顶梁架设距离为50-80m ;
[0053] 待混凝土 1终凝时,撤掉上述充填挡板,供下一次混凝土充填时使用;
[0054] 第四步,待顶板稳定后回撤支柱,并依次重复上述第一至第三步,直至巷道开采完毕。
[0055] 上述充填体的宽度b是按如下方法计算出来的:
[0056] 根据采场地质条件,计算出工作面上覆岩层的压力值;按照充填体的承载能力大于上覆岩层作用力的原则,确定充填体所需要的对顶板岩层的支撑力;
[0057] 在此基础上,确定充填体所用混凝土的标号,并计算出充填体的宽度b。
[0058] 上述a是按如下方法计算出来的:b = 2.1-2.2a。
[0059] 说明:上述袋装矸石是指,采用塑料编织袋或麻袋盛装经过破碎后的矸石,并扎紧袋口 ;
[0060] 其中,破碎后的矸石的粒径为30-100mm ;每袋重量为60_80Kg。
[0061 ] 说明:图中附图标记7表示煤体。
[0062] 实施例1
[0063] 沿空留巷的巷旁支护方法步骤如下:
[0064] 施工中,随着上区段工作面的回采,对于原轨道巷道提前进行开帮支护,并且利用铰接顶梁和单体支柱做好巷内的支护工作,防止发生顶板事故。
[0065] 支架前移后,在1_2#支架后用单体支柱配合铰接顶梁作临时支护,柱距为0.5m,排距为1.2m,在靠近采空区侧布置切顶眼,眼深为2m,间距lm ;并在靠近采空区为1.5m处,皇砌袋装矸石,皇砌长度为5m、宽度为0.7m、高度为1.2m,皇砌袋装矸石时要交替皇砌,最下面的一层袋装矸石要首尾紧密相连,第二层袋装矸石横跨皇砌在第一层的两个袋装矸石上,第二层的每一个袋装矸石首尾正好落在第一层两个袋装矸石的正中间。
[0066] 这样一层一层的交错皇砌至顶。
[0067] 由于矿上实施“两班采煤一班检修”的轮回工作制度,在工作面检修时,准备充填混凝土,回撤支柱,在1_2#支架后、巷边构筑充填挡板,进行充填,一次充填长度为5m,宽度为1.5m,高度为1.2mο
[0068] 在充填混凝土时只需要构筑一个靠近巷旁的充填挡板,靠近袋装矸石的一侧不需要构筑挡板,袋装矸石就是天然的混凝土挡板。
[0069] 待充填混凝土时,混凝土在袋装矸石和巷旁挡板之间从下到上一点一点渗入交错袋装矸石的缝隙,使两者紧密结合起来。
[0070] 原有巷道超前工作面6-20m加强支护,在保留轨道巷原有的为20m超前支护下,并挂铰接顶梁,架设距离为50-80m,待混凝土(充填体)终凝时,也就是下一班之前撤掉巷旁的挡板为下一次充填做好准备。
[0071] 待顶板稳定后回撤支柱,如此往复循环,完成整个混凝土充填体与袋装矸石巷旁充填工作。
[0072] 实际情况表明:相对于之前的单一混凝土充填体作为沿空留巷巷旁支护的施工方法,可以减少护板搬运施工作业人员3-4人,总费用方面,可以节省25-30 %,经济效益明显。

Claims (4)

1.一种袋装矸石混凝土联合巷旁支护方法,其特征在于,适用于坚硬顶板薄煤层,并且在采区范围内无落差较大的断层的沿空留巷; 所述巷旁支护采用混凝土充填体与袋装矸石组合在一起的方式进行联合充填,具体施工步骤如下: 第一步,随着上区段工作面的回采,对原轨道巷道提前进行开帮支护,并利用铰接顶梁和单体支柱做好巷内的支护工作,防止发生顶板事故; 当工作面推进,支架前移后,在紧邻工作面的两排支架后面,用单体支柱配合铰接顶梁作临时支护,柱距为0.5m,排距为1.2m;并在靠近采空区一侧布置切顶眼,切顶眼眼深为2m、间距为lm ; 第二步,在靠近采空区1.5m处,叠层皇砌袋装矸石,皇砌长度为5m、宽度为a、高度为1.2m ;皇砌袋装矸石时,层与层之间纵横交错,直至皇砌到与顶板接触: 各奇数层的袋装矸石,各包装袋首尾紧密相连,全部包装袋均呈纵向布置; 各偶数层的袋装矸石,各包装袋分别置于与其对应的第一层袋装矸石每相邻两个包装袋搭接缝的正上方,全部包装袋均呈横向布置; 第三步,在紧邻工作面的两排支架后的巷边、上述袋装矸石的所在位置的另一侧,构筑混凝土充填用挡板后,进行混凝土充填,一次充填长度为5m,宽度为b,高度为1.2m ; 同时,对原有巷道超前工作面6-20m加强支护,在保留轨道巷原有的20m超前支护下,挂铰接顶梁,铰接顶梁架设距离为50-80m ; 待混凝土终凝时,撤掉上述充填挡板,供下一次混凝土充填时使用; 第四步,待顶板稳定后回撤支柱,并依次重复上述第一至第三步,直至巷道开采完毕。
2.根据权利要求1所述的袋装矸石混凝土联合巷旁支护方法,其特征在于,所述充填体的宽度b是按如下方法计算出来的: 根据采场地质条件,计算出工作面上覆岩层的压力值;按照充填体的承载能力大于上覆岩层作用力的原则,确定充填体所需要的对顶板岩层的支撑力; 在此基础上,确定充填体所用混凝土的标号,并计算出充填体的宽度b。
3.根据权利要求1所述的袋装矸石混凝土联合巷旁支护方法,其特征在于,上述a是按如下方法计算出来的:b = 2.1-2.2a。
4.根据权利要求1至3任一所述的袋装矸石混凝土联合巷旁支护方法,其特征在于,所述袋装矸石是指,采用塑料编织袋或麻袋盛装经过破碎后的矸石,并扎紧袋口 ; 其中,破碎后的矸石的粒径为30-100mm ;每袋重量为60_80Kg。
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