CN107859532A - 一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法，属于煤矿开采领域；所要解决的技术问题是提供了一种通过加固废弃井筒，在贯穿近距离上下煤层回采工作面上形成假顶和假底，保障设备安全、平稳、顺利通过的废弃立井井筒处理方法；解决该技术问题采用的技术方案为：采用煤矸石填充和混凝土浇筑方式或梯子梁和混凝土浇筑的方式对采煤层底部井筒进行加固，形成工作面假底，使用钢梁支护和混凝土浇筑的方式对采煤层顶部井筒进行加固，形成工作面假顶，在上下煤层之间通过木垛设置柔性支护层；本发明可广泛应用于煤矿开采领域。
Description
技术领域
本发明一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法，属于煤矿开采技术领域。
背景技术
随着煤炭资源开采强度的增加，煤层开采条件日趋复杂，我国煤炭资源经过不同历史阶段的开采，很大一部分生产矿井会受到已关闭矿井的影响，特别是在煤炭资源整合的过程中，往往由几个小煤窑兼并重组为新的大型矿井，小煤窑已关闭废弃井筒的处理难以避免的成为兼并重组矿井生产面临的可观问题。对于采煤工作面内的废弃井筒，目前普遍采用的方法为留设保护煤柱、缩短工作面、重新开切眼、设备搬迁的方式进行处理，主要存在以下的问题：（1）留设保护煤柱，降低了资源回收率，减少了工作面的经济效益，使矿井采掘接替更加紧张；（2）缩短工作面、重新开切眼，增加了巷道掘进量、施工工期和掘进成本；（3）设备搬迁消耗了生产时间、增加了生产成本，降低了工作面的生产效率；（4）废弃井筒是采空区瓦斯积聚的空间和矿井涌水的通道，即使留设一定的保护煤柱，也是潜在的工作面安全生产隐患，因此，如何处理废弃井筒、保障工作面安全是煤炭行业亟待解决的一项技术难题。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种通过加固废弃井筒，在贯穿近距离上下煤层回采工作面上形成假顶和假底，保障设备安全、平稳、顺利通过的废弃立井井筒处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法，包括如下步骤：
（1）在下部煤层回采工作面底部废弃立井井筒中填充煤矸石，填充后使用混凝土浇筑，在下部煤层回采工作面底部形成工作面假底；
（2）在下部煤层回采工作面顶部废弃立井井筒开口处密铺排梁，在密铺排梁上方铺设置钢筋网，钢筋网上方设置弧形钢梁，弧形钢梁上方设置梯子梁，梯子梁上方设置有金属网，金属网上方设置井型钢梁，在井型钢梁和密铺排梁之间填充混凝土，在下部煤层回采工作面顶部形成工作面假顶；
（3）在已加固的下部煤层回采工作面顶部废弃立井至上部煤层底部废弃立井开口下方设置井型木垛，在井型木垛上方使用圆木密铺，在圆木上方错位铺设钢筋网；
（4）在上部煤层回采工作面底部废弃立井开口处至钢筋网之间设置梯子梁，梯子梁下方设置有金属网，使用混凝土浇筑废弃立井，在上部煤层回采工作面底部形成工作面假底；
（5）在上部煤层回采工作面顶部废弃立井井筒开口处密铺排梁，在密铺排梁上方设置钢筋网，钢筋网上方设置弧形钢梁，弧形钢梁上方设置梯子梁，梯子梁上方设置有金属网，金属网上方设置井型钢梁，在井型钢梁和密铺排梁之间填充混凝土，在混凝土上方填充马丽散。
所述的梯子梁两侧设置有锚杆，所述的弧形梁两侧设置有锚索。
所述的锚杆垂直于废弃立井井壁，所述的锚索沿废弃立井井筒径向向上，与井壁之间夹角为15°。
所述混凝土强度等级为C20~C30。
所述步骤（1）在施工前需要在下部煤层回采工作面的顶部废弃井筒内设置安全防护网。
所述步骤（3）在施工前需要在上部煤层回采工作面的顶部废弃井筒内设置安全防护网。
所述步骤（5）在井型钢梁和密铺排梁填充混凝土前需要设置马丽散注浆套管。
所述的井型木垛上下相邻的木头之间使用钯钉固定。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本发明通过对废弃立井井筒的加固，在不留保护煤柱的情况下，可以使设备在采煤工作面安全高效通过，与常规的留设煤柱、缩短工作面、重新开切眼、设备搬迁的采煤工作面内废弃井筒处理方法相比，减少了保护煤柱的留设、提高了资源回收率和经济效益，缓解了矿井采掘接替关系，保证了工作煤壁的高效推进，减少了巷道掘进量、施工工期和掘进成本；节约了搬家倒面的时间和成本，提高了工作面的生产效率；保障了工作安全开展，总体上提高了资源回收率、工作面的生产效率和经济效益。
2、本发明采用混凝土浇筑的方式在回采工作面上形成工作面假底，可以确保采煤机、刮板输送机、液压支架等采煤设备平稳、安全、顺利通过，保障了工作面的安全高效推进。
3、本发明在上下煤层之间的废弃立井井筒中设置井型木垛，可以在上下煤层之间构成一个柔性支护层，能够缓解上部煤层开采是的应力传递和围岩破坏对下部煤层的影响。
4、本发明在梯子梁两侧设置有锚杆，在浇筑混凝土时可以提高混凝土的浇筑强度，满足液压支架所需要的底板比压，避免出现板松软而导致液压支架失稳、支撑力不足，导致顶板下沉的事故，保障工作面开采安全。
5、本发明采用锚杆加梯子梁、锚索加弧形钢梁构建可采煤层顶部井筒的主动支护，采用井型钢梁、密铺排梁、混凝土浇筑和马丽散填充构建被动支护，通过主动和被动相互耦合的支护方式，使可采煤层顶部形成一个局部封闭、具有一定可塑性和承载能力的工作面假顶，一方面阻隔废弃井筒上部涌水对工作面的危害，另一方面强化井壁和工作面假顶的自稳、承载和缓冲能力，通过维护废弃井筒井壁和工作面假顶的稳定、缓冲上部井壁围岩垮落对工作面顶板的冲击力，从工作面开采前、开采过程中保障工作面的安全，提高工作面整体安全程度。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明做进一步的描述：
上部煤层平均厚度为1.72m，下部煤层平均厚度为2.79m，煤层间距为13.6m，上部煤层直接顶板为平均厚度5.0m、抗压强度52.9MPa的灰岩，底板为平均厚度5.06m、抗压强度33.6MPa的砂质泥岩，下部煤层直接顶板为平均厚度5.07m、抗压强度34.3MPa的泥岩或铝质泥岩，底板为平均厚度2.39m、抗压强度46.3MPa的铝质泥岩，废弃立井贯穿上部煤层和下部煤层，废弃立井井筒净直径为3.0m，落底在下部煤层底板下5m。
在施工时，首先从下部煤层顶板上方废弃井筒内4000mm处架设安全防护网，通过人工爬梯子在井壁楔入道钉，然后挂上网片，网片采用φ6mm钢筋加工制作而成，网格规格为100mm×100mm，防止接下来施工时顶部落物伤人。
在下部煤层的底板下方的废弃井筒内从井筒井底开始，沿井筒径向自下而上，至下部煤层底板往下500mm处，使用煤矸石进行填充，然后使用C30混凝土从下部煤层底板往下500mm处开始进行浇筑，浇筑至下部煤层底板平齐，形成下部煤层回采工作面假底。
在下部煤层顶板上方的废弃井筒内往上1000mm处开始，沿井筒径向往上，垂直于井壁安装4排锚杆，锚杆规格为φ20mm×2400mm左旋无纵筋螺纹钢，锚杆间排距为1200mm×1000mm，锚杆外露长度依次为1.0m、0.5m、1.0m、0.5m；锚杆下方布置有竖向梯子梁，梯子梁采用φ14mm圆钢焊接而成，规格为3300mm×80mm，间距为1200mm，锚孔为80mm；梯子梁底部铺设有金属网，金属网采用φ6mm钢筋加工制作而成，网格规格为100 mm×100mm，两网片之间搭接长度不小于100mm，并用双股14号铅丝不少于3圈联网；在下部煤层顶板上方的废弃井筒内往上500mm处开始、沿井筒径向往上、斜交井壁，与井壁成15°左右安装3排锚索，锚索规格为φ17.8mm×4300mm的钢绞线锚索，锚索排距为1000mm，一梁两根锚索、井壁一圈安装三梁六锚索，相邻圈排采用错位三花布置形式，弧形钢梁用11号矿用工字钢制作而成，半径为1.5m、弧长为2.5m，在两侧距梁端0.5m处预留20×40mm锚索长孔，便于井下实际调整；在下部煤层顶板废弃井筒内往上2000mm处的锚索、锚杆支护的区段，采用11号工字钢和托架支护组合的方式支护井筒内壁，11号工字钢和托架的组合有上下两层，每层两根，上下十字交叉，形成井型支护；在下部煤层顶板处、废弃井筒开口两侧1m范围的联络巷道区段内，根据煤层厚度、液压支架、护底煤层厚度及工字钢的高度等综合考虑后，在巷道顶板上掏梁窝，采用两根11号工字钢垂直巷道布置作为废弃井筒面排梁的承托梁，在承托梁上方沿工作面推进方向密铺长度11号工字排梁，并在排梁上方错位的铺设φ6mm钢筋网，网格间距为100×100mm，然后再井型钢梁和密铺排梁之间密实填充强度等级为C30的混凝土，形成下部煤层回采工作面假顶。
在上部煤层顶板废弃井筒向上4000mm处架设安全防护网，保障上部煤层和下部煤层之间的废弃井筒加固施工作业的安全。
在已加固的下部煤层顶部废弃井筒内支设井型木垛至上部煤层底板下方1.0m处，木料使用长2400mm的圆木，上下相邻圆木使用钯钉固定；木垛最上方采用圆木密铺，并错位铺设双层φ6mm钢筋网。
在上部煤层底板往下200mm处开始，沿废弃井筒径向往下、垂直井壁安装2排锚杆至井型木垛的上方，锚杆规格为φ20mm×2400mm左旋无纵筋螺纹钢，间排距为1200mm×800mm，外露长度依次为0.5m、1.0m；锚杆下方布置有竖向梯子梁，梯子梁采用φ14mm圆钢焊接而成，规格为1100mm×80mm，间距为1200mm，锚孔为80mm；梯子梁底部铺设有金属网，金属网采用φ6mm钢筋加工制作而成，网格间距为100 mm×100mm，两网片之间搭接长度不小于100mm，并用双股14号铅丝不少于3圈联网，采用C30混凝土从密铺圆木上方的双层φ6mm钢筋网开始浇筑，浇筑至上部煤层底板齐平，将锚杆外露部分一并浇筑在内，形成上部煤层回采工作面假底。
在上部煤层顶板上方的废弃井筒内往上1000mm处开始，沿井筒径向往上，垂直于井壁安装4排锚杆，锚杆规格为φ20mm×2400mm左旋无纵筋螺纹钢，锚杆间排距为1200mm×1000mm，锚杆外露长度依次为1.0m、0.5m、1.0m、0.5m；锚杆下方布置有竖向梯子梁，梯子梁采用φ14mm圆钢焊接而成，规格为3300mm×80mm，间距为1200mm，锚孔为80mm；梯子梁底部铺设有金属网，金属网采用φ6mm钢筋加工制作而成，网格规格为100 mm×100mm，两网片之间搭接长度不小于100mm，并用双股14号铅丝不少于3圈联网；在上部煤层顶板上方的废弃井筒内往上500mm处开始、沿井筒径向往上、斜交井壁，与井壁成15°左右安装3排锚索，锚索规格为φ17.8mm×4300mm的钢绞线锚索，锚索排距为1000mm，一梁两根锚索、井壁一圈安装三梁六锚索，相邻圈排采用错位三花布置形式，弧形钢梁用11号矿用工字钢制作而成，半径为1.5m、弧长为2.5m，在两侧距梁端0.5m处预留20×40mm锚索长孔，便于井下实际调整；在上部煤层顶板废弃井筒内往上2000mm处的锚索、锚杆支护的区段，采用11号工字钢和托架支护组合的方式支护井筒内壁，11号工字钢和托架的组合有上下两层，每层两根，上下十字交叉，形成井型支护；在下部煤层顶板处、废弃井筒开口两侧1m范围的联络巷道区段内，根据煤层厚度、液压支架、护底煤层厚度及工字钢的高度等综合考虑后，在巷道顶板上掏梁窝，采用两根11号工字钢垂直巷道布置作为废弃井筒面排梁的承托梁，在承托梁上方沿工作面推进方向密铺长度11号工字排梁，并在排梁上方错位的铺设φ6mm钢筋网，网格间距为100×100mm，然后再井型钢梁和密铺排梁之间密实填充强度等级为C30的混凝土，同时预埋两根马丽散注浆套管，在井型钢梁上方一定范围内渗透充填马丽散，使可采煤层顶部形成一个局部封闭、具有一定可塑性的上部煤层回采工作面假顶。
至此，即完成贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理，在采煤时采用先采上部煤层后采下部煤层的下行开采顺序，可以使采煤设备依次安全高效的通过废气立井井筒。
上面对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在下部煤层回采工作面底部废弃立井井筒中填充煤矸石，填充后使用混凝土浇筑，在下部煤层回采工作面底部形成工作面假底；
（2）在下部煤层回采工作面顶部废弃立井井筒开口处密铺排梁，在密铺排梁上方铺设置钢筋网，钢筋网上方设置弧形钢梁，弧形钢梁上方设置梯子梁，梯子梁上方设置有金属网，金属网上方设置井型钢梁，在井型钢梁和密铺排梁之间填充混凝土，在下部煤层回采工作面顶部形成工作面假顶；
（3）在已加固的下部煤层回采工作面顶部废弃立井至上部煤层底部废弃立井开口下方设置井型木垛，在井型木垛上方使用圆木密铺，在圆木上方错位铺设钢筋网；
（4）在上部煤层回采工作面底部废弃立井开口处至钢筋网之间设置梯子梁，梯子梁下方设置有金属网，使用混凝土浇筑废弃立井，在上部煤层回采工作面底部形成工作面假底；
（5）在上部煤层回采工作面顶部废弃立井井筒开口处密铺排梁，在密铺排梁上方设置钢筋网，钢筋网上方设置弧形钢梁，弧形钢梁上方设置梯子梁，梯子梁上方设置有金属网，金属网上方设置井型钢梁，在井型钢梁和密铺排梁之间填充混凝土，在混凝土上方填充马丽散。
2.根据权利要求1所述的一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法，其特征在于：所述的梯子梁两侧设置有锚杆，所述的弧形梁两侧设置有锚索。
3.根据权利要求2所述的一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法，其特征在于：所述的锚杆垂直于废弃立井井壁，所述的锚索沿废弃立井井筒径向向上，与井壁之间夹角为15°。
4.根据权利要求1所述的一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法，其特征在于：所述混凝土强度等级为C20~C30。
5.根据权利要求1所述的一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法，其特征在于：所述步骤（1）在施工前需要在下部煤层回采工作面的顶部废弃井筒内设置安全防护网。
6.根据权利要求1所述的一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法，其特征在于：所述步骤（3）在施工前需要在上部煤层回采工作面的顶部废弃井筒内设置安全防护网。
7.根据权利要求1所述的一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法，其特征在于：所述步骤（5）在井型钢梁和密铺排梁填充混凝土前需要设置马丽散注浆套管。
8.根据权利要求1所述的一种贯穿近距离上下煤层回采工作面的废弃立井井筒处理方法，其特征在于：所述的井型木垛上下相邻的木头之间使用钯钉固定。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 030001 No. 18 Youth Road, Yingze District, Taiyuan City, Shanxi Province Patentee after: Taiyuan Design and Research Institute Group Co., Ltd. of Coal Industry Address before: 030001 No. 18 Youth Road, Taiyuan City, Shanxi Province Patentee before: TAIYUAN DESIGN RESEARCH INSTITUTE FOR COAL INDUSTRY |
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| CP03 | Change of name, title or address |