CN108868838B - 煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统及方法 - Google Patents

Abstract

煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统，包括若干个高强度支柱(1)，所述高强度支柱(1)设立在工作面(4)前方巷道(5)内，高强度支柱(1)呈圆柱状，直径为0.8‑1.0m；所述高强度支柱(1)沿工作面(4)推进方向布置，巷道内设置成两排，每一排高强度支柱之间的间距均等，所述高强度支柱(1)包括充填层(101)、塑形层(102)、隔水层(103)和接顶层(104)。本发明支护强度高，支护面积大、工艺简单，适应大变形巷道，能够有效抵御高位坚硬厚顶板带来的威胁。

Description

煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统及方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下强矿压顺槽巷道高强度支护系统及方法。

背景技术

目前在冲击地压或强矿压矿井采取的卸压技术，基本均是针对静载进行处理，因现场施工困难、投资大等原因缺少对高位坚硬厚顶板的处理手段，该高位坚硬厚顶板一旦发生断裂，将对巷道带来极大威胁。尤其是工作面超前支承压力影响范围内的巷道，一旦高位坚硬厚顶板发生断裂，这一区域发生冲击地压或巷道大变形的几率大增，一旦发生冲击地压或巷道大变形，则可能造成严重的人员伤亡和设备损坏。另外，在超前支承压力影响范围内，一般还是通过在巷道顶板和两帮进行锚网索支护、单体液压支柱补强支护来对抗强矿压冲击，但目前相关资料显示，这种支护方式也完全不能对抗强矿压冲击，不能抵御高位坚硬厚顶板突然断裂带来的冲击威胁，而采用常规超前液压支架用于巷道支护存在投入大、适应巷道变形能力差、操作人员安全难以保障等问题。

发明内容

为了解决工作面高位坚硬厚顶板突然断裂强冲击和超前支承压力叠加作用下巷道变形严重、甚至发生冲击矿压的问题，本发明提供了一种煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统及方法。

本发明采用的技术方案如下：

煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统，包括若干个高强度支柱，所述高强度支柱设立在工作面前方巷道内，高强度支柱呈圆柱状，直径为0.8-1.0m；所述高强度支柱沿工作面推进方向在顺槽内布置，巷道内设置成两排，每一排高强度支柱之间的间距均等，所述高强度支柱包括充填层、塑形层、隔水层和接顶层；所述充填层通过向所述塑形层注入充填材料后形成，所述隔水层紧贴所述塑形层内壁，与所述塑形层套接；所述充填层开始注入充填材料前，所述塑形层和接顶层悬吊于所述巷道顶板下方，所述塑形层下端与巷道底板完全接触，以避免充填材料外溢；在所述充填层停止注入充填材料后，向接顶层内也注入充填材料，使接顶层上方与所述巷道顶板接触并形成一定压力，下方与所述充填层接触并形成一定压力。

在上述煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统中，所述充填层由新型型高水速凝充填材料充填而成，新型型高水速凝充填材料由甲料、乙料两种组分构成，甲料、乙料以重量比1∶1配合使用，甲料包括硫铝酸盐水泥熟料、悬浮剂和超缓凝剂混磨，乙料包括石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂。

在上述煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统中，在充填层注入充填材料之前，在所述塑形层围绕外周设置有若干条钢带，并对所述塑形层形成径向压力。

在上述煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统中，所述塑形层为波纹管，所述隔水层为聚酯隔水布。

一种煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统支护方法，采用上述煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统进行支护，包括如下步骤：

(a)根据煤矿地质资料和开采资料，确定高位坚硬厚顶板厚度，计算出高位坚硬厚顶板断裂时产生的静载值；

(b)根据矿压显示数据，确定出工作面(4)超前支承压力影响范围，再根据此范围和高位坚硬厚顶板断裂时产生的静载值确定高强度支柱(1) 数量、间隔和半径，计算出每一个高强度支柱(1)的承载强度Pc；

(c)根据高强度支柱(1)的承载强度Pc确定充填材料的配比，使得充填材料达到高强度支柱(1)的承载强度Pc；

(d)在通过充填材料配比无法达到高强度支柱(1)的承载强度情况下，重新调整高强度支柱(1)的半径或数量，重新确定出高强度支柱(1)的承载强度Pc；

(e)根据确定的高强度支柱(1)的半径，选择相应半径的波纹管，按确定的高强度支柱(1)的间距，将波纹管悬吊于巷道顶板(2)下方，同时将接顶层(104)也悬吊于巷道顶板(2)下方；在波纹管一侧开设注料口，用以向波纹管内注入填充材料，采用聚酯隔水布制成筒状，套入波纹管内；

(f)通过注浆泵站和井下注浆点向波纹管内注浆，使充填材料充填波纹管到一定程度，停止充填，形成所述充填层(101)，然后开始向接顶层(104) 内注入充填材料，使与上方巷道顶板(3)和下方充填层(101)相接触，并形成一定压力。

在上述煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统支护方法步骤(e)中，在巷道底板上成型凹槽，使波纹管下端伸入凹槽内，卧底找平。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明提供的煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统及方法，由于高强度支柱是在井下巷道合适的位置现场制作的，它可以用采煤机割碎，然后用皮带运出，便于安装和拆卸，作业的机械化程度非常高。高强度支柱所用的材料是高水速凝材料，是由远端泵送到需要支护的区域，被泵入到波纹管中，波纹管是通过悬挂在顶板上形成一个空间来注满高水速凝材料，从而形成支撑柱，而波纹管可以被折叠，很轻易的运送到井下，工艺简单。本发明采用波纹管连同接顶层结构，彻底解决了充填接顶不充分，不能消除高位坚硬顶板动载影响，不能充分利用高强度支柱残余强度来支撑的问题。

本发明提供的煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统及方法，由于采用钢带围绕波纹管结构，钢带对波纹管形成预压力，使充填材料呈三轴受压状态，强度大幅提高，即使顶板来压强度超过支柱额定工作阻力，该支护系统仍具有极高残余强度，且保证整体性完好。

本发明提供的煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统与单体液压支柱相比，具有以下优势：

1)支护强度高，支护面积大，无需操作人员进入超前支护危险区进行回撤和打设单体支柱，确保人员安全；

2)简化工作面超前支护管理，控制巷道底鼓片帮，有利于工作面实现快速回采；

3)凝固速度快，可泵性强，机械化程度高。

本发明提供的煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统与常规超前液压支架相比，具有以下优势：

1)可避免反复支承顶板，造成顶板锚杆(索)支护系统失效、顶板破碎；

2)避免巷道底鼓、断面收缩，造成移架困难；

3)解决了超前支架移架频繁，效率低的问题；

4)克服了巷道起伏造成支架工况变差；

5)初期投资低，同时可针对危险区域实现差异化支护。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统的布置示意图；

图2是本发明煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统中高强度支柱的结构示意图。

图中标记为：1-高强度支柱，2-巷道顶板，3-巷道底板，4-工作面，5- 巷道，101-充填层，102-塑形层，103-隔水层，104-接顶层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1-2显示的是本发明煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统的优选实施例。

煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统，包括若干个高强度支柱1，所述高强度支柱1设立在工作面4前方巷道5内，高强度支柱1呈圆柱状，直径为0.8-1.0m；所述高强度支柱1沿工作面4推进方向布置，巷道内设置成两排，每一排高强度支柱之间的间距均等，所述高强度支柱1包括充填层 101、塑形层102、隔水层103和接顶层104；所述充填层101通过向所述塑形层2注入充填材料后形成，所述隔水层103紧贴所述塑形层102内壁，与所述塑形层102套接；所述充填层101开始注入充填材料前，所述塑形层 102和接顶层104悬吊于所述巷道顶板2下方，所述塑形层102下端与巷道底板3完全接触，以避免充填材料外溢；在所述充填层101停止注入充填材料后，向接顶层104内也注入充填材料，使接顶层104上方与所述巷道顶板 2接触并形成一定压力，下方与所述充填层101接触并形成一定压力。

所述充填层101由新型ZKD型高水速凝充填材料充填而成，新型ZKD型高水速凝充填材料由甲料、乙料两种组分构成，甲料、乙料以重量比1∶1配合使用，甲料包括硫铝酸盐水泥熟料、悬浮剂和超缓凝剂混磨，乙料包括石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂。

在充填层101注入充填材料之前，在所述塑形层102围绕外周设置有若干条钢带，并对所述塑形层102形成径向压力。

所述塑形层102为波纹管，所述隔水层103为聚酯隔水布。

采用煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统进行支护，包括如下步骤：

(a)根据煤矿地质资料和开采资料，确定高位坚硬厚顶板厚度，计算出高位坚硬厚顶板断裂时产生的静载值；

(b)根据矿压显示数据，确定出工作面4超前支承压力影响范围，再根据此范围和高位坚硬厚顶板断裂时产生的静载值确定高强度支柱1数量、间隔和半径，计算出每一个高强度支柱1的承载强度Pc；

(c)根据高强度支柱1的承载强度Pc确定充填材料的配比，使得充填材料达到高强度支柱1的承载强度Pc；

(d)在通过充填材料配比无法达到高强度支柱1的承载强度情况下，重新调整高强度支柱1的半径或数量，重新确定出高强度支柱1的承载强度 Pc；

(e)根据确定的高强度支柱1的半径，选择相应半径的波纹管，按确定的高强度支柱1的间距，将波纹管悬吊于巷道顶板2下方，同时将接顶层 104也悬吊于巷道顶板2下方；在波纹管一侧开设注料口，用以向波纹管内注入填充材料，采用聚酯隔水布制成筒状，套入波纹管内；

(f)通过注浆泵站和井下注浆点向波纹管内注浆，使充填材料充填波纹管到一定程度，停止充填，形成所述充填层101，然后开始向接顶层104 内注入充填材料，使与上方巷道顶板3和下方充填层101相接触，并形成一定压力。

在步骤(f)中，在巷道底板5上成型凹槽，使波纹管下端伸入凹槽内，卧底找平。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统支护方法，其特征在于：采用煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统进行支护，所述支护系统包括若干个高强度支柱(1)，所述高强度支柱(1)设立在工作面(4)前方巷道(5)内，高强度支柱(1)呈圆柱状，直径为0.8-1.0m；

所述高强度支柱(1)沿工作面(4)推进方向布置，巷道内设置成两排，每排高强度支柱之间的间距均等，所述高强度支柱(1)包括充填层(101)、塑形层(102)、隔水层(103)和接顶层(104)；

所述充填层(101)通过向所述塑形层(102)注入充填材料后凝固形成，所述隔水层(103)紧贴所述塑形层(102)内壁，与所述塑形层(102)套接；

所述充填层(101)开始注入充填材料前，所述塑形层(102)和接顶层(104)悬吊于所述巷道顶板(2)下方，所述塑形层(102)下端与巷道底板(3)完全接触，以避免充填材料外溢；在所述充填层(101)停止注入充填材料后，向接顶层(104)内也注入充填材料，使接顶层(104)上方与所述巷道顶板(2)接触并形成一定压力，下方与所述充填层(101)接触并形成一定压力；

所述充填层(101)由ZKD型高水速凝充填材料充填而成，ZKD型高水速凝充填材料由甲料、乙料两种组分构成，甲料、乙料以重量比1∶1配合使用，甲料包括硫铝酸盐水泥熟料、悬浮剂和超缓凝剂混磨，乙料包括石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂；

在充填层(101)注入充填材料之前，在所述塑形层(102)围绕外周设置有若干条钢带，并对所述塑形层(102)形成径向压力；

所述塑形层(102)为波纹管，所述隔水层(103)为聚酯隔水布；

所述支护方法包括如下步骤：

(a)根据煤矿地质资料和开采资料，确定高位坚硬厚顶板厚度，计算出高位坚硬厚顶板断裂时产生的冲击动载值；

(b)根据矿压显示数据，确定出工作面(4)超前支承压力影响范围，再根据此范围和高位坚硬厚顶板断裂时产生的静载值确定高强度支柱(1)数量、间隔和半径，计算出每一个高强度支柱(1)的承载强度Pc；

(c)根据高强度支柱(1)的承载强度Pc确定充填材料的配比，使得充填材料达到高强度支柱(1)的承载强度Pc；

(d)在通过充填材料配比无法达到高强度支柱(1)的承载强度情况下，重新调整高强度支柱(1)的半径或数量，重新确定出高强度支柱(1)的承载强度Pc；

(e)根据确定的高强度支柱(1)的半径，选择相应半径的波纹管，按确定的高强度支柱(1)的间距，将波纹管悬吊于巷道顶板(2)下方，同时将接顶层(104)也悬吊于巷道顶板(2)下方；在波纹管一侧开设注料口，用以向波纹管内注入填充材料，采用聚酯隔水布制成筒状，套入波纹管内；

(f)通过注浆泵站和井下注浆点向波纹管内注浆，使充填材料充填波纹管到一定程度，停止充填，形成所述充填层(101)，然后开始向接顶层(104)内注入充填材料，使与上方巷道顶板(2)和下方充填层(101)相接触，并形成一定压力。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下强矿压巷道高强度支护系统支护方法，其特征在于：在步骤(e)中，在巷道底板(3)上成型凹槽，使波纹管下端伸入凹槽内，卧底找平。

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