CN108825234A - 一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构及方法，属于煤矿井开采技术领域，超前加固支护组件包括沿巷道走向靠近采空区的第一锚索和远离采空区的第二锚索，第一锚索通过沿巷道走向延伸且平整设置在垮落线位置的走向钢带连接；隔离组件包括矸石袋且外部设置有菱形网；巷道支护组件包括沿巷道走向靠近采空区的第一顶梁和远离的第二顶梁，第一顶梁的下方位于菱形网的内侧间隔设置有间距小的单体液压支柱，第二顶梁的下方位于煤壁的内侧间隔设置有间距大的单体液压支柱。本发明具有在消除临近工作面煤体上方应力集中的同时，可减少矿井灾害方面的安全隐患，且造价低廉、施工方便，具有明显的安全经济效益的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构及方法，属于煤矿井开采技术领域，尤其涉及一种顶板自垮沿空留巷的结构和方法。
背景技术
针对煤炭这种一次性能源的开采，各国都在不断研究以期可最大限度回收资源，避免煤体损失，其中沿空留巷在上世纪被英德提出，其在采煤工作面后方沿采空区边缘维护原回采巷道，采用一定的技术手段将上一个区段的巷道重新支护留给下一个区段使用，属于无煤柱开采技术中的一种方式，具有减少巷道掘进量、缓解接续紧张，节约掘进费用、提高综合经济效益，实现煤炭全部回收、延长矿井寿命、提高社会效益的好处，由于沿空留巷具有广泛意义，因此被较多的矿井优先采用。
在沿空留巷技术中，强度是需要重点考虑的因素，一个是对顶板的控制，避免顶板受到上部矿压的影响出现过量下沉甚至垮落，另一个是支护隔离墙的设计，确保对沿空巷道和顶板提供可靠的支撑，且需对采空区进行严格密封，避免瓦斯泄漏造成安全事故。
关于隔离墙体先后出现了密集支架形式、矸石堆垛方式、砌体墙法、高水高效充填和现浇混凝土，目前，现浇混凝土墙体由于具有适应性广、承载力高、能够形成足够的切顶强度、安全可靠的优点，被认为是较为理想的隔墙方法，但是仍存在工程费用比较高、施工较为复杂以及强度上升速度不能适应高产高效矿井工作面的问题。
对于顶板的控制，目前的沿空留巷技术在考虑上部矿压影响对顶板进行加固以提高顶板完整性时，经常会忽略墙外切顶的平整程度，导致现有顶板之字形拐弯断裂后难以与支护隔离墙形成严密的贴合，使得采空区的隔离效果不能达到设计要求，容易存在安全隐患。因此，如何以较低的造价和简单的施工来实现强度和安全的同时满足是沿空留巷技术在矿井开采中需要解决的问题。
发明内容
为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构及方法，在消除临近工作面煤体上方应力集中的同时，可减少矿井灾害方面的安全隐患，且造价低廉、施工方便，具有明显的安全经济效益。
本发明的技术方案如下：一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构，包括超前加固支护组件、隔离组件和巷道支护组件，
所述超前加固支护组件包括沿巷道走向设置的第一锚索和第二锚索，第一锚索靠近采空区，第二锚索远离采空区，第一锚索通过走向钢带连接，所述走向钢带沿巷道走向延伸且平整设置在垮落线位置；
所述隔离组件包括位于采空区和巷道之间的矸石袋，矸石袋外部设置有菱形网；
所述巷道支护组件包括沿巷道走向设置的第一顶梁和第二顶梁，第一顶梁靠近采空区，第二顶梁远离采空区，第一顶梁的下方位于菱形网的内侧间隔设置有单体液压支柱，第二顶梁的下方位于煤壁的内侧间隔设置有单体液压支柱，位于第一顶梁下方的单体液压支柱的间距小于位于第二顶梁下方的单体液压支柱的间距。
本发明的技术方案还包括：所述位于第一顶梁下方的单体液压支柱的间距是位于第二顶梁下方的单体液压支柱的间距的一半。
本发明的技术方案还包括：所述巷道支护组件包括巷道加强支护件，所述巷道加强支护件包括沿巷道走向间隔布置的工字钢梁，所述工字钢梁的轴线与走向钢带的轴线交错设置。
本发明的技术方案还包括：所述工字钢梁位于巷道的中部，工字钢梁通过锚索固定在顶板上，相邻工字钢梁的间距是1600～1900mm。
本发明的技术方案还包括：所述第一锚索和第二锚索的锚索直径为22mm，锚索长度为6300～8300mm，锚索间排距为2000*1800mm。
本发明还提供了一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷方法，主要包括以下步骤：
步骤一，沿巷道走向施工两排锚索对巷道进行超前加固支护，其中一排锚索靠近采空区布置，另外一排锚索远离采空区布置，靠近采空区一侧的锚索使用沿巷道走向延伸的平整设置在垮落线位置的走向钢带连接；
步骤二，在工作面支架后方用矸石袋一层一层压好茬、接顶严实、垒矸石袋墙；
步骤三，采用单体液压支柱和菱形网形成挡矸桁架进行支护，紧靠矸石墙采取密集单体液压支柱加上设顶梁做加强支护，紧靠煤壁侧采用疏松单体液压支柱加上设顶梁做支护。
本发明的技术方案还包括：所述步骤三中还包括沿巷道走向在巷道中部布置工字钢梁做加强支护，所述工字钢梁加强支护与锚索支护形成互补型支护。
本发明的技术方案还包括：所述步骤三中紧靠矸石墙采用一梁二柱做加强支护，紧靠煤壁侧采用一柱一梁做支护。
本发明的有益效果是：首先，在支护隔离墙方面选用矸石袋形成隔离墙，能够降低造价成本且可方便施工，其次，为了确保使用矸石袋的强度以及留巷的安全性，在超前支护中沿巷道设置两排锚索，且将靠近采空区侧的锚索使用走向钢带连接，并将走向钢带平整设置在顶板垮落线位置，一来能够在垮落线处对顶板起到平整的辅助断裂效果，确保顶板切顶的平整程度，从而确保留巷强度和采空区的严格密封，二来能够对顶板进行可靠的支撑，且为后期矸石墙的支护结构提供配合；此外，采用菱形网和单体液压支柱形成挡矸桁架为矸石墙提供支护，并在靠近矸石墙和煤壁侧采用不同结构的支护结构，以此在满足巷道和隔离支护的强度要求时以减少成本和施工复杂程度。
附图说明
图1是本发明的平面示意图。
图2是本发明的局部剖面示意图。
图中，11、第一锚索，12、第二锚索，13、走向钢带，21、第一顶梁，22、第二顶梁，3、工字钢梁，4、单体液压支柱，5、菱形网，6、矸石袋，7、原始钢带。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明的井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构及方法，在消除临近工作面煤体上方应力集中的同时，减少了矿井灾害方面的安全隐患，具有明显的安全效益，且可提高生产效率，操作简单，造价低廉，较喷浆留巷每千米节约费用100余万元。
本发明的井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构主要包括三部分，超前加固支护组件、隔离组件和巷道支护组件。
其中，超前加固支护组件包括沿巷道走向布置的两排锚索，第一锚索11沿巷道走向通过走向钢带13连接布置在靠近采空区一侧，第二锚索12沿巷道走向布置在远离采空区一侧，即，将两排锚索沿巷道的宽度方向设置，由此可对巷道整体上提供可靠的支护。
走向钢带13沿巷道走向布置在垮落线处，且将走向钢带13设置成平整结构，由此可对顶板的断裂起到辅助的平整作用，以确保切顶平整，以避免由于切顶之字形拐弯造成的隔离与采空区密封不严密的问题，以此来避免由于采空区密封不严造成的瓦斯泄漏等安全隐患；此外，还可对超前支护锚索提供一定的加强作用，以增加对顶板的支撑作用。
本发明的实施例中，支护锚索的规格及参数为：锚索直径22mm、长度6300-8300mm；锚索间排距2000mm*1800mm。
隔离组件采用矸石袋6垒成，由此可在降低造价成本的同时方便施工，本发明中，在采空区和巷道之间，即，在工作面支架后方垒矸石袋6墙，矸石袋6宽度1.0～1.5m，较常见的2m宽度矸石袋6窄，能够节省装矸石时间，可提高工作效率，矸石袋3一层一层压好茬，接顶严实，由此在对顶板支撑可靠的同时确保采空区的严格密封。
巷道支护组件包括挡矸桁架和巷道内支护，其中，挡矸桁架采用单体液压支柱4和菱形网5组成，具体地，菱形网5包裹在矸石袋6外部，在菱形网5内侧（靠近巷道内部一侧）再放置单体液压支柱4，并且，在单体液压支柱4的顶部设置第一顶梁21确保接顶严实。
巷道内支护包括在远离采空区一侧沿巷道走向设置的单体液压支柱4以及位于单体液压支柱4顶部的第二顶梁22，其中，靠近采空区的单体液压支柱4的间隔间距小于远离采空区的单体液压支柱4的间隔间距，以此来避免周期来压时顶板垮落岩石冲入巷道。具体地，靠近采空区的紧靠矸石墙处采用一梁二柱加强支护，另一侧的紧靠煤壁做一柱一梁支护，可在确保留巷整体强度的同时降低成本和施工复杂程度。
在巷道内还另外设置加强支护，具体地，在巷道内沿巷道走向设置工字钢梁3，工字钢梁3的轴线与巷道宽度平行，即与超前加固锚索呈相互垂直关系，由此可与锚索支护形成互补型支护，增强留巷的整体强度。本发明中，工字钢梁3利用锚索固定在顶板上且居中布置，此外，相邻工字钢梁3的间距设计成1800mm，由此可获得好的整体效果。
巷道内保留有原始钢带7，沿巷道走向间隔布置，利用锚杆固定在顶板上。
本发明的井工开采薄煤层条件下沿空留巷方法按照以下步骤顺序进行，先使用锚索和走向钢带进行超前加固支护，之后再用矸石袋垒隔离墙，并随之采用单体液压支柱和菱形网进行挡矸支护，其后在巷道内做最后的巷道和加强支护。
本发明的沿空留巷在原有矸石墙的基础上，在利用了矸石墙施工方便、造价低廉的优点同时，对矸石袋进行缩宽改进，以减少装矸石时间、提高了工作效率，配合地，为了避免矸石袋变小后带来的强度不利影响，分别设计了超前加固支护、挡矸支护和巷道支护，在各支护实现各自超前加固、挡矸和巷道支护的同时，还兼顾到前后的呼应连接，以提高留巷整体上的强度，由此在采用矸石墙满足留巷强度的同时可形成相对平整的切顶，以确保采空区的严格密封，从而在实现低造价、简单操作的同时可确保留巷的强度和安全。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构，其特征在于：包括超前加固支护组件、隔离组件和巷道支护组件，
所述超前加固支护组件包括沿巷道走向设置的第一锚索（11）和第二锚索（12），第一锚索（11）靠近采空区，第二锚索（12）远离采空区，第一锚索（11）通过走向钢带（13）连接，所述走向钢带（13）沿巷道走向延伸且平整设置在垮落线位置；
所述隔离组件包括位于采空区和巷道之间的矸石袋（6），矸石袋（6）外部设置有菱形网（5）；
所述巷道支护组件包括沿巷道走向设置的第一顶梁（21）和第二顶梁（22），第一顶梁（21）靠近采空区，第二顶梁（22）远离采空区，第一顶梁（21）的下方位于菱形网（5）的内侧间隔设置有单体液压支柱（4），第二顶梁（22）的下方位于煤壁的内侧间隔设置有单体液压支柱（4），位于第一顶梁（21）下方的单体液压支柱（4）的间距小于位于第二顶梁（22）下方的单体液压支柱（4）的间距。
2.如权利要求1所述的一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构，其特征在于：所述位于第一顶梁（21）下方的单体液压支柱（4）的间距是位于第二顶梁（22）下方的单体液压支柱（4）的间距的一半。
3.如权利要求1或2所述的一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构，其特征在于：所述巷道支护组件包括巷道加强支护件，所述巷道加强支护件包括沿巷道走向间隔布置的工字钢梁（3），所述工字钢梁（3）的轴线与走向钢带（13）的轴线交错设置。
4.如权利要求3所述的一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构，其特征在于：所述工字钢梁（3）位于巷道的中部，工字钢梁（3）通过锚索固定在顶板上，相邻工字钢梁（3）的间距是1600～1900mm。
5.如权利要求4所述的一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷结构，其特征在于：所述第一锚索（11）和第二锚索（12）的锚索直径为22mm，锚索长度为6300～8300mm，锚索间排距为2000*1800mm。
6.一种采用上述任一权利要求的井工开采薄煤层条件下沿空留巷方法，主要包括以下步骤：
步骤一，沿巷道走向施工两排锚索对巷道进行超前加固支护，其中一排锚索靠近采空区布置，另外一排锚索远离采空区布置，靠近采空区一侧的锚索使用沿巷道走向延伸的平整设置在垮落线位置的走向钢带连接；
步骤二，在工作面支架后方用矸石袋一层一层压好茬、接顶严实、垒矸石袋墙；
步骤三，采用单体液压支柱和菱形网形成挡矸桁架进行支护，紧靠矸石墙采取密集单体液压支柱加上设顶梁做加强支护，紧靠煤壁侧采用疏松单体液压支柱加上设顶梁做支护。
7.如权利要求6所述的一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷方法，其特征在于：所述步骤三中还包括沿巷道走向在巷道中部布置工字钢梁做加强支护，所述工字钢梁加强支护与锚索支护形成互补型支护。
8.如权利要求6所述的一种井工开采薄煤层条件下沿空留巷方法，其特征在于：所述步骤三中紧靠矸石墙采用一梁二柱做加强支护，紧靠煤壁侧采用一柱一梁做支护。
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