CN108643907B - 一种破碎直接顶沿空放顶成巷无煤柱开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种破碎直接顶沿空放顶成巷无煤柱开采方法，在掘进首采工作面的回采巷道时，边掘进边对回采巷道顶部进行吊顶支护；再沿首采工作面煤壁打切顶锚索锚索上安装工字钢梁，使得采空后的直接顶沿切顶工字钢梁垮断下落成由垮落碎石自然堆积而成的松散墙体最终支撑柱老顶，使老顶仍保持岩梁的作用，使采煤后的巷道直接顶悬吊在岩梁上不会垮落，形成沿空留巷。本发明所提供方法利用矿山压力和直接顶的低强度、弱完整性的特征，在工作面推过后，将直接顶岩层放落堆积在采空区边缘形成矸石墙、封闭采空区，不用人造巷帮，工艺简单，使无煤柱开采技术容易推广。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采技术，尤其涉及无煤柱开采技术。
背景技术
传统煤柱护巷的开采方法浪费了大量的煤炭资源，并且在煤柱上积聚了大量压缩弹性能，容易引发冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害。为此，近年来提出了无煤柱开采新技术。无煤柱开采具有十分显著的减少煤炭资源损失、高产高效、提高井工投资效益、延长矿井开采寿命等直接价值效果。目前，极具代表性的无煤柱开采技术是在采空区一侧人工建造墙体来支撑顶板，称为人造巷帮。人造巷帮的建造方法主要有注浆混凝土墙体法(柔模施工法)和膏体充填法(模板法)。但是由于上述技术工艺复杂，人造巷帮的无煤柱开采技术推广起来十分困难。尤其是当直接顶破碎、强度低、具有弱完整性的特征时，很少煤矿实行无煤柱开采；因为尽管人造巷帮建的再牢固，但沿空的破碎顶板扔会冒落，难以成巷，工作面回采时难以维护，最终留巷失败，需重新在煤层中开掘新巷。
发明内容：
本发明为解决直接顶破碎难以成巷的问题，提供了一种破碎直接顶沿空放顶成巷无煤柱开采方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种破碎直接顶沿空放顶成巷无煤柱开采方法，包括如下步骤：
步骤一，在掘进首采工作面的回采巷道时，边掘进边对回采巷道顶部进行吊顶支护；吊顶支护是通过悬吊锚索+M钢带+锚网的联合支护方式控制顶板垮落；所述的悬吊锚索采用预应力锚索，悬吊锚索的长度应大于直接顶的厚度，使悬吊锚索的锚固端锚固在坚硬的老顶岩梁内；悬吊锚索的布置数量根据每根悬吊锚索的设计拉力和所承载的直接顶重量进行计算，保证将回采巷道的破碎的直接顶岩石悬吊在坚硬的老顶岩梁上；
步骤二，再沿首采工作面煤壁打切顶锚索，切顶锚索间距为1m，并在切顶锚索上安装工字钢梁，使直接顶在剪切力的作用下沿工字钢梁整齐垮断下落，不影响回采巷道直接顶的原始状态；
步骤三，首采工作面的回采巷道掘进和吊顶支护完成后，进行工作面的回采；回采过程中，在回采巷道的采空区侧挂设档矸网和密封柔帘，安装方法是采用工字钢梁将档矸网和密封柔帘顶紧在直接顶上，工字钢梁的支撑力来自下面安设的单体液压支柱；挂设后将档矸网下部边缘向采空区方向弯折，密封柔帘下部边缘向留巷方向弯折，并用碎石压住，柔帘采用阻燃、抗静电材料制作；
步骤四，随着首采工作面的推进，采空后的直接顶沿切顶工字钢梁垮断下落，下落后被挡矸网挡住，形成由垮落碎石自然堆积而成的松散墙体，随着上方的老顶逐渐整体下沉，松散墙体被逐渐压紧最终支撑柱老顶，使老顶仍保持岩梁的作用，使采煤后的巷道直接顶悬吊在岩梁上不会垮落，形成沿空留巷；如果沿空留巷的顶部下沉使巷道高度不足时，可挖掘巷道底板，使沿空留巷的高度达到下一个回采工作面回采时的高度要求；
步骤五，以第四步形成的沿空留巷作为下一个工作面的回采巷道开始回采；回采时，边回收单体液压支柱、工字钢梁、以及回收可用的M钢带、密封柔帘、挡矸网，回收后备下一次使用；
步骤六，重复步骤一至五，并以此类推，继续进行再下一个回采工作面的沿空留巷。
本发明的成巷原理和有益效果是：
1、巷道采用悬吊锚索+M钢带+锚网的结构对留用巷道内的直接顶进行控制，使其与老顶贴在一起，形成巷道顶板。
2、超前打切顶悬吊锚索，无需超前打眼或爆破切顶，利用采空后直接顶的悬空自重在采空区边缘自然断裂垮落。
3、挡矸支柱可随老顶下沉，逐渐让压，直至老顶压在矸石上，形成稳定结构；密封柔帘起到隔绝采空区和巷道的封封作用，防止向采空区漏风。
4、本发明所提供方法利用矿山压力和直接顶的低强度、弱完整性的特征，在工作面推过后，将直接顶岩层放落堆积在采空区边缘形成矸石墙、封闭采空区，不用人造巷帮，工艺简单，使无煤柱开采技术容易推广。
附图说明
图1为边掘进边对回采巷道顶部进行提前支护的示意图；
图2为沿空放顶成巷后在留巷的采空区侧安装挡矸网和密封柔帘的示意图；
图3为巷道顶板支护的仰视图；
图4为沿空放顶成巷的示意图；
图5为沿空放顶成巷的立体效果图。
具体实施方式
下面以某煤矿为例进一步说明本发明的技术方案。
某煤矿所开采煤层为第三层煤第二采区，第三层煤厚度1.1m，煤层多数区域发育泥岩伪顶，厚度0.3m左右，直接顶板为粉砂质泥岩3.5m，直接顶密度ρ＝2.5t/m3；直接顶裂隙发育，根据第一采区的回采情况发现，直接顶随采随冒，属于破碎直接顶的情况。老顶为灰白色细砂岩、中细砂岩，厚度1.5～9.0m，平均4.5m。上述煤层采用了本发明的沿空放顶成巷无煤柱开采方法：
步骤一，如图1所示，首先在第三层煤第二采区掘进首采工作面的回采巷道；在掘进首采工作面的回采巷道时，边掘进边对回采巷道顶部进行吊顶支护；吊顶支护是通过悬吊锚索+M钢带+锚网的联合支护方式控制顶板垮落，如图3所示；所述的悬吊锚索采用预应力锚索，悬吊锚索的长度应大于直接顶的厚度设计为4.5m，使悬吊锚索的锚固端锚固在坚硬的老顶岩梁内；悬吊锚索的布置数量根据每根悬吊锚索的设计拉力和所承载的直接顶重量进行计算，保证将回采巷道的破碎的直接顶岩石悬吊在坚硬的老顶岩梁上；设计M钢带间距为1m，即悬吊锚索的排距为1m；每排上的悬吊锚索数量根据每根悬吊锚索的抗拉强度和所承载的直接顶重量计算；如下：
悬吊锚索的数量计算公式：
其中：n为悬吊锚索的数量；
N锚为每根悬吊锚索所能承受的重量；
经计算，取N锚＝＝12t/根，h直为直接顶厚度取h直＝3.5m，l1为切顶后直接顶宽度取l1＝3m，l2为切顶后直接顶长度取l2＝1m，ρ直为直接顶密度ρ＝2.5t/m3；经计算n>2.1 根；即在每米留巷断面上布置悬吊锚索3根；
步骤二，如图1所示，再沿首采工作面煤壁打切顶锚索，切顶锚索间距为1m，并在切顶锚索上安装工字钢梁，使直接顶在剪切力的作用下沿工字钢梁整齐垮断下落，不影响回采巷道直接顶的原始状态；
步骤三，如图2所示，首采工作面的回采巷道掘进和吊顶支护完成后，进行工作面的回采；
回采过程中，在回采巷道的采空区侧挂设档矸网和密封柔帘，安装方法是采用工字钢梁将档矸网和密封柔帘顶紧在直接顶上，工字钢梁的支撑力来自下面安设的单体液压支柱；挂设后将档矸网下部边缘向采空区方向弯折，密封柔帘下部边缘向留巷方向弯折，并用碎石压住；
步骤四，如图4、图5所示，随着首采工作面的推进，采空后的直接顶沿切顶工字钢梁垮断下落，下落后被挡矸网挡住，形成由垮落碎石自然堆积而成的松散墙体，随着上方的老顶逐渐整体下沉，松散墙体被逐渐压紧最终支撑柱老顶，使老顶仍保持岩梁的作用，使采煤后的巷道直接顶悬吊在岩梁上不会垮落，形成沿空留巷；如果沿空留巷的顶部下沉使巷道高度不足时，可挖掘巷道底板，使沿空留巷的高度达到下一个回采工作面回采时的高度要求；
步骤五，以第四步形成的沿空留巷作为下一个工作面的回采巷道开始回采；回采时，边回收单体液压支柱、工字钢梁、以及回收可用的M钢带、密封柔帘、挡矸网，回收后备下一次使用；
步骤六，重复步骤一至五，并以此类推，继续进行再下一个回采工作面的沿空留巷。
Claims (1)
1.一种破碎直接顶沿空放顶成巷无煤柱开采方法，包括如下步骤：
步骤一，在掘进首采工作面的回采巷道时，边掘进边对回采巷道顶部进行
吊顶支护；吊顶支护是通过悬吊锚索+M钢带+锚网的联合支护方式控制顶板垮落；所述的悬吊锚索采用预应力锚索，悬吊锚索的长度应大于直接顶的厚度，使悬吊锚索的锚固端锚固在坚硬的老顶岩梁内；悬吊锚索的布置数量根据每根悬吊锚索的设计拉力和所承载的直接顶重量进行计算，保证将回采巷道的破碎的直接顶岩石悬吊在坚硬的老顶岩梁上；
步骤二，再沿首采工作面煤壁打切顶锚索，切顶锚索间距为1m，并在切顶
锚索上安装工字钢梁，使直接顶在剪切力的作用下沿工字钢梁整齐垮断下落，不影响回采巷道直接顶的原始状态；
步骤三，首采工作面的回采巷道掘进和吊顶支护完成后，进行工作面的回采；
回采过程中，在回采巷道的采空区侧挂设挡矸网和密封柔帘，安装方法是采用工字钢梁将挡矸网和密封柔帘顶紧在直接顶上，工字钢梁的支撑力来自下面安设的单体液压支柱；挂设后将挡矸网下部边缘向采空区方向弯折，密封柔帘下部边缘向留巷方向弯折，并用碎石压住，密封柔帘采用阻燃、抗静电材料制作；
步骤四，随着首采工作面的推进，采空后的直接顶沿切顶工字钢梁垮断下落，
下落后被挡矸网挡住，形成由垮落碎石自然堆积而成的松散墙体，随着上方的老顶逐渐整体下沉，松散墙体被逐渐压紧最终支撑住老顶，使老顶仍保持岩梁的作用，使采煤后的巷道直接顶悬吊在岩梁上不会垮落，形成沿空留巷；如果沿空留巷的顶部下沉使巷道高度不足时，可挖掘巷道底板，使沿空留巷的高度达到下一个回采工作面回采时的高度要求；
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| GR01 | Patent grant | ||
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