CN109763861A

CN109763861A - 一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法

Info

Publication number: CN109763861A
Application number: CN201910038202.8A
Authority: CN
Inventors: 巨峰; 肖猛; 郭志文; 宁湃; 何泽全
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2019-05-17
Anticipated expiration: 2039-01-16
Also published as: CN109763861B

Abstract

一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，适用于煤矿井下使用。首先采用钻孔探测顶板破碎状况，然后制造人工假顶，并向顶板冒落空洞区域注膨胀填充材料，接着注浆加固冒落边缘，对较为破碎的顶板区域进行补强支护，最后清理冒落区域，搭建施工平台，进行方木穿顶并成组安设液压支架。其针对采煤工作面切眼内形成的断层破碎带冒顶区域，提出了一个安全高效的冒顶处理技术，能够有效处理断层等引起的顶板破碎冒顶问题，提高切眼内液压支架安装的安全性，方法简单，工艺流程实用。

Description

一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法

技术领域

本发明是涉及一种冒顶处理方法，尤其适用于煤矿井下一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法。

背景技术：

采煤工作面冒顶事故严重威胁工作人员的安全且严重影响着工作面的顺利推进，尤其是在开切眼内，当一边撤走单体支柱，一边安装液压支架过程中出现断层带冒顶时，将给工作面的推进带来很大麻烦。对于工作面冒顶现象，传统的处理方法是使用高预紧力锚杆（索）、梁、网联合支护或者使用注浆加固的处理方法，但是这一般适用于工作面推进过程中的情形。对于开切眼内的断层冒顶问题，由于液压支架还没有安装完成，以往单一性的冒顶处理方式将难以保证安全撤柱，有可能再一次发生冒顶，仍然存在着很大的安全隐患，因此需要更加安全可靠的一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法来保证开切眼内的支架安装工作顺利实施。

发明内容

针对上述技术的不足之处，提供一种步骤简单，可靠性高，安全有效的切眼内断层破碎带冒顶处理方法。

为实现上述技术目的，本发明的切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其步骤如下：

S1：在冒顶区域的地表垂直向下布置垂直探测孔，并利用垂直探测孔探测冒顶区域的范围，获取冒顶区域附近顶板的破碎状况，确定断层带位置区域以及冒顶边缘区域；

S2：在断层带的冒顶区域下方布置人工假顶，形成一个稳定顶板的骨架结构；

S3：在冒顶区域产生的空洞区域中布置临时钻孔，并利用临时钻孔向空洞区域中注入膨胀材料充填空洞区域；

S4：围绕冒顶边缘区域对从下方对顶板布置注浆钻孔，利用注浆钻孔向顶板进行注浆从而加固顶板；

S5：对钻孔探测引起的破碎顶板区域的顶板使用多支工字钢梁和多根锚索进行补强支护；

S6：清理冒顶区域下方的冒落岩石，随着清理冒落岩石过程同时在人工假顶下方结合单体支柱搭建工字钢棚用以支撑人工假顶；

S7：利用长方体方木在冒顶区域的冒落空间内未接实区域进行穿顶，保证人工假顶下方与工字钢棚之间的区域采用长方体方木接实；

S8：在冒顶区域下方，从工作面切眼内已安装支架端往另一端逐步安装液压支架，顺利通过处理过的冒顶区域，形成安全的切眼通道。

所述人工假顶为多根并排设置的钢管组成，钢管根据冒顶区域的走向以仰角20°斜穿打入冒顶区域一侧的巷道顶板，保证钢管穿过冒顶区域打入冒顶区域另一侧的巷道顶板，打入巷道顶板一侧的钢管通过支架固定，钢管两端需要嵌入顶板中坚硬岩层5m以上，且并排设置的多根钢管间距设计为200mm。

所述临时钻孔需要在冒顶区域边缘以内的顶板开始打钻，钻孔角度根据实际冒落情况控制在55°到90°之间，高度超过冒顶高度的1/2以上，钻孔间隔在2m以内。

所述的膨胀材料的膨胀率需要达到20以上，膨胀材料使用美固MP367或者罗克休类高膨胀率的化学材料。

所述注浆钻孔围绕冒顶区域的边缘的两端岩层中打钻，高度需要达到人工假顶上方1~2m之间，钻孔角度控制在60°±5°。

所述注浆加固材料强度需达到40MPa以上，通常使用马丽散类能够快速凝结及凝结强度高的化学注浆材料。

所述补强支护需要工字钢梁与锚索结合二次支护破碎顶板区域，在破碎顶板区域内的多个工字钢梁的延长方向均与断层方向垂直，所有工字钢梁长度完全覆盖断层带的区域，每支工字钢梁两端各设有一根锚索打入坚硬顶板1~2m，每两根工字钢梁的间距控制在1.5m以内。

所述工字钢棚为设置在冒顶区域下方延工作面方向布置的工字钢梁构成，工字钢梁的两端均超过冒顶区域下方空间的1m以上；同时，工字钢梁间距不大于800mm，且每根工字钢梁下方每隔1m使用一根单体支柱支撑工字钢棚。

所述长方体方木在人工假顶和工字钢棚之间的区域进行紧挨密实搭接，长方体方木最长边与人工假顶顶面垂直搭接，长方体方木两端分别与人工假顶和工字钢棚紧挨搭接，使长方体方木、人工假顶、工字钢棚之间形成多个立面投影为三角形的稳定结构。

所述液压支架（16）从冒顶区域下方已安装支架一侧网另一侧安装，安装需要2个液压支架（16）为一组进行，液压支架（16）的移动步距为200mm以内，先撤走已安装支架一侧的第一排用来支撑工字钢棚的单体支柱（12），然后移动液压支架（16）支撑工字钢棚（13），依次进行逐步撤完单体支柱（12），并且使液压支架（16）完全通过冒顶区域（1）下方。

有益效果：（1）人工假顶采用钢管插入冒顶区域两端坚硬岩层后能够形成坚硬的顶板骨架，不同于常见的金属网之类相对质软，可靠性和安全性高；（2）所述人工假顶所用的钢管间距控制在200mm以内，能够将膨胀材料支撑在人工假顶之上，保证膨胀材料可以完全充填在人工假顶上方的冒顶区域空洞，同时又保证膨胀材料不往人工假顶下边流出，节省材料；（3）通过在人工假顶附近注浆加固，能够将冒顶区域两端的坚硬岩层、人工假顶和冒顶区域边缘的破碎顶板凝固在一起，形成稳定的顶板结构，能够充分让人工假定上的膨胀材料发挥作用；（4）采用工字钢梁和锚索结合对垂直探测孔引起的破碎顶板进行补强支护，能够对断层破碎带形成二次支护，能够为后边的工作带来更多的安全性；（5）本方法安全可靠，可以应对巷道或工作面顶板因断层引起的破碎冒顶问题，能够快速有效地支护破碎顶板，且方法简单，工艺流程实用。

附图说明

图1为本发明的切眼内断层破碎带冒顶处理方法示意图；

图2为本发明的切眼内断层破碎带冒顶处理中顶板的仰视图。

图中：1-冒顶区域，2-垂直探测孔，3-断层带，4-人工假顶，5-临时钻孔，6-冒顶边缘区域，7-注浆钻孔，8-破碎顶板区域，9-工字钢梁，10-锚索，11-冒落岩石，12-单体支柱，13-工字钢棚，14-未接实区域，15-长方体方木，16-液压支架。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述。

如图1和图2所示，本发明的一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其步骤如下：

S1：在冒顶区域1的地表垂直向下布置垂直探测孔2，并利用垂直探测孔2探测冒顶区域1的范围，获取冒顶区域1附近顶板的破碎状况，确定断层带3位置区域以及冒顶边缘区域6；

S2：在断层带3的冒顶区域1下方布置人工假顶4，形成一个稳定顶板的骨架结构；所述人工假顶4为多根并排设置的钢管组成，钢管根据冒顶区域1的走向以仰角20°斜穿打入冒顶区域1一侧的巷道顶板，保证钢管穿过冒顶区域1打入冒顶区域1另一侧的巷道顶板，打入巷道顶板一侧的钢管通过支架固定，钢管两端需要嵌入顶板中坚硬岩层5m以上，且并排设置的多根钢管间距设计为200mm；

S3：在冒顶区域1产生的空洞区域中布置临时钻孔5，并利用临时钻孔5向空洞区域中注入膨胀材料充填空洞区域；所述临时钻孔5需要在冒顶区域1边缘以内的顶板开始打钻，钻孔角度根据实际冒落情况控制在55°到90°之间，高度超过冒顶高度的1/2以上，钻孔间隔在2m以内；所述的膨胀材料的膨胀率需要达到20以上，膨胀材料使用美固MP367或者罗克休类高膨胀率的化学材料；

S4：围绕冒顶边缘区域6对从下方对顶板布置注浆钻孔7，利用注浆钻孔7向顶板进行注浆从而加固顶板；：所述注浆钻孔7围绕冒顶区域1的边缘的两端岩层中打钻，高度需要达到人工假顶上方1~2m之间，钻孔角度控制在60°±5°；所述注浆加固材料强度需达到40MPa以上，通常使用马丽散类能够快速凝结及凝结强度高的化学注浆材料；

S5：对钻孔探测引起的破碎顶板区域8的顶板使用多支工字钢梁9和多根锚索10进行补强支护；所述补强支护需要工字钢梁9与锚索10结合二次支护破碎顶板区域8，在破碎顶板区域8内的多个工字钢梁9的延长方向均与断层方向垂直，所有工字钢梁9长度完全覆盖断层带3的区域，每支工字钢梁9两端各设有一根锚索10打入坚硬顶板1~2m，每两根工字钢梁9的间距控制在1.5m以内；

S6：清理冒顶区域1下方的冒落岩石11，随着清理冒落岩石11过程同时在人工假顶4下方结合单体支柱12搭建工字钢棚13用以支撑人工假顶；所述工字钢棚13为设置在冒顶区域1下方延工作面方向布置的工字钢梁9构成，工字钢梁9的两端均超过冒顶区域1下方空间的1m以上；同时，工字钢梁9间距不大于800mm，且每根工字钢梁9下方每隔1m使用一根单体支柱12支撑工字钢棚13；

S7：利用长方体方木15在冒顶区域1的冒落空间内未接实区域14进行穿顶，保证人工假顶4下方与工字钢棚13之间的区域采用长方体方木15接实；所述长方体方木15在人工假顶4和工字钢棚13之间的区域进行紧挨密实搭接，长方体方木15最长边与人工假顶4顶面垂直搭接，长方体方木15两端分别与人工假顶4和工字钢棚13紧挨搭接，使长方体方木15、人工假顶4、工字钢棚13之间形成多个立面投影为三角形的稳定结构；

S8：在冒顶区域1下方，从工作面切眼内已安装支架端往另一端逐步安装液压支架16，顺利通过处理过的冒顶区域1，形成安全的切眼通道；所述液压支架16从冒顶区域1下方已安装支架一侧网另一侧安装，安装需要2个液压支架16为一组进行，液压支架16的移动步距为200mm以内，先撤走已安装支架一侧的第一排用来支撑工字钢棚的单体支柱12，然后移动液压支架16支撑工字钢棚13，依次进行逐步撤完单体支柱12，并且使液压支架16完全通过冒顶区域1下方。

通过实例可以证明，该技术方案能够安全可靠的处理断层构造带引起的工作面冒顶问题；对于破碎顶板能够较好地重新加固为整体的结构；构成人工假顶4所用的钢材是一种常见的工程材料，具有方便性和经济性，且能够接入冒顶两端坚硬岩层内，经过注浆加固作用可以使坚硬岩层、破碎顶板和人工假顶4形成稳定的顶板骨架结构，而一般的金属网就不能有此类功能，且金属网无法直接穿过冒顶区域1的冒落岩石11而进入另一端，无法有效固定产生断层的破碎顶板；基本的骨架加上后边步骤的注浆充填、注浆加固、搭建工字钢棚13以及长方体方木15穿顶作用，能够将冒落空洞完全充填，使冒落区域成为新的稳定的顶板结构；方案中的补强支护是根据二次支护的原理，将垂直探测孔7引起的破碎顶板区域8进行补强支护，所用的工字钢梁9与锚索10的结合，能够重新将破碎顶板区域8加固成坚硬稳定的结构，保证液压支架16通过处理后的冒顶区域1后能够安全地继续往前移动。

Claims

1.一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其特征在于步骤如下：

S1：在冒顶区域（1）的地表垂直向下布置垂直探测孔（2），并利用垂直探测孔（2）探测冒顶区域（1）的范围，获取冒顶区域（1）附近顶板的破碎状况，确定断层带（3）位置区域以及冒顶边缘区域（6）；

S2：在断层带（3）的冒顶区域（1）下方布置人工假顶（4），形成一个稳定顶板的骨架结构；

S3：在冒顶区域（1）产生的空洞区域中布置临时钻孔（5），并利用临时钻孔（5）向空洞区域中注入膨胀材料充填空洞区域；

S4：围绕冒顶边缘区域（6）对从下方对顶板布置注浆钻孔（7），利用注浆钻孔（7）向顶板进行注浆从而加固顶板；

S5：对钻孔探测引起的破碎顶板区域（8）的顶板使用多支工字钢梁（9）和多根锚索（10）进行补强支护；

S6：清理冒顶区域（1）下方的冒落岩石（11），随着清理冒落岩石（11）过程同时在人工假顶（4）下方结合单体支柱（12）搭建工字钢棚（13）用以支撑人工假顶；

S7：利用长方体方木（15）在冒顶区域（1）的冒落空间内未接实区域（14）进行穿顶，保证人工假顶（4）下方与工字钢棚（13）之间的区域采用长方体方木（15）接实；

S8：在冒顶区域（1）下方，从工作面切眼内已安装支架端往另一端逐步安装液压支架（16），顺利通过处理过的冒顶区域（1），形成安全的切眼通道。

2.根据权利要求1中的一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其特征在于：所述人工假顶（4）为多根并排设置的钢管组成，钢管根据冒顶区域（1）的走向以仰角20°斜穿打入冒顶区域（1）一侧的巷道顶板，保证钢管穿过冒顶区域（1）打入冒顶区域（1）另一侧的巷道顶板，打入巷道顶板一侧的钢管通过支架固定，钢管两端需要嵌入顶板中坚硬岩层5m以上，且并排设置的多根钢管间距设计为200mm。

3.根据权利要求1中的一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其特征在于：所述临时钻孔（5）需要在冒顶区域（1）边缘以内的顶板开始打钻，钻孔角度根据实际冒落情况控制在55°到90°之间，高度超过冒顶高度的1/2以上，钻孔间隔在2m以内。

4.根据权利要求1中的一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其特征在于：所述的膨胀材料的膨胀率需要达到20以上，膨胀材料使用美固MP367或者罗克休类高膨胀率的化学材料。

5.根据权利要求1中的一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其特征在于：所述注浆钻孔（7）围绕冒顶区域（1）的边缘的两端岩层中打钻，高度需要达到人工假顶上方1~2m之间，钻孔角度控制在60°±5°。

6.根据权利要求1中的一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其特征在于：所述注浆加固材料强度需达到40MPa以上，通常使用马丽散类能够快速凝结及凝结强度高的化学注浆材料。

7.根据权利要求1中的一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其特征在于：所述补强支护需要工字钢梁（9）与锚索（10）结合二次支护破碎顶板区域（8），在破碎顶板区域（8）内的多个工字钢梁（9）的延长方向均与断层方向垂直，所有工字钢梁（9）长度完全覆盖断层带（3）的区域，每支工字钢梁（9）两端各设有一根锚索（10）打入坚硬顶板1~2m，每两根工字钢梁（9）的间距控制在1.5m以内。

8.根据权利要求1中的一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其特征在于：所述工字钢棚（13）为设置在冒顶区域（1）下方延工作面方向布置的工字钢梁（9）构成，工字钢梁（9）的两端均超过冒顶区域（1）下方空间的1m以上；同时，工字钢梁（9）间距不大于800mm，且每根工字钢梁（9）下方每隔1m使用一根单体支柱（12）支撑整个工字钢棚（13）。

9.根据权利要求1中的一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其特征在于：所述长方体方木（15）在人工假顶（4）和工字钢棚（13）之间的区域进行紧挨密实搭接，长方体方木（15）最长边与人工假顶（4）顶面垂直搭接，长方体方木（15）两端分别与人工假顶（4）和工字钢棚（13）紧挨搭接，使长方体方木（15）、人工假顶（4）、工字钢棚（13）之间形成多个立面投影为三角形的稳定结构。

10.根据权利要求1中的一种切眼内断层破碎带冒顶处理方法，其特征在于：所述液压支架（16）从冒顶区域（1）下方已安装支架一侧网另一侧安装，安装需要2个液压支架（16）为一组进行，液压支架（16）的移动步距为200mm以内，先撤走已安装支架一侧的第一排用来支撑工字钢棚的单体支柱（12），然后移动液压支架（16）支撑工字钢棚（13），依次进行逐步撤完单体支柱（12），并且使液压支架（16）完全通过冒顶区域（1）下方。