CN110206569A - 一种治理大采高工作面冒顶片帮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种治理大采高工作面冒顶片帮的方法，包括如下步骤：步骤1、分顶板结构、确定产生矿压的主要原因；步骤2、在冒顶区域进去充填和锚索施工；步骤3、于煤壁、顶板进行加固，进行力的传播途径的控制。本发明大大提高作业环境的安全创建，合理化施工顺序、科学的处理方案，度过采煤工作面冒顶‑破碎区域。同时满足“支架—围岩”的双馈力学特性，保证液压支架的整体工况。

Description

一种治理大采高工作面冒顶片帮的方法

技术领域

本发明属于煤层开采技术领域，尤其涉及一种治理大采高工作面冒顶片帮的方法。

背景技术

随着煤层厚度、埋深的不断增加，大采高工作面矿压显现剧烈，煤壁大范围片帮、漏顶是制约大采高工作面安全生产的重要因素。深部大采高工作面（M≥5.8m）开采过程中，扰动应力的传播类型与浅埋-薄煤层差异性较大。由于埋深大，大采高开采动态中采动煤岩应力与储能随时间与开采位置变化不断释放与转移，造成扰动应力覆盖范围广、围岩变形复杂。同时围岩裂隙的发育更易造成工作面片帮、漏顶。因此，深入系统地分析大采高工作面围岩结构特性及其演化特征和开采扰动特点，究适合大采高工作面控顶防片技术，实现采动动态顶板控制。从根本上解决闻言应力释放产生的问题。

目前对顶板的处理的主要方法是提前在回风巷实施超前预爆破、上下隅角实施切顶孔、锚索固定顶板、充填冒落区、增大支架的初撑力等。但是单一的加固/缷压顶板难以起到对顶板的控制作用。

由于煤层赋存条件复杂，煤层厚度、顶板结构不尽相同。国内对于冒顶片帮，目前处理的主要方法有提前在回风巷实施超前预爆破、上下隅角实施切顶孔、锚索固定顶板、充填冒落区等，其存在的同性特点如下：

(1) 单一的加固/缷压顶板难以起到对顶板起到控制作用。

(2) 没有对片帮煤体进行加固。

(3) 工作面顶板长度一般为175-350m不等，“点式”控顶技术难以起到控制的目的。

(4) 没有分析顶板、煤层的“弹—塑”区长度。

(5) 矿井自身条件的不同，形成的控制顶板技术不具有普适性。

扰动后的顶板具有时空效应，顶板在扰动应力的作用下继续发生运动。各控顶技术同时具有局限性。

(1) 回风超前爆破缷压施工质量、效果难以保证，加大回风变形量。

(2) 上下隅角切顶孔的施工，只是对点的缷压。遇到坚硬顶板，切顶孔起步到缷压的作用。

(3) 锚索固定顶板只能在锚索施工周围进行加固，支架移动后锚索则失效。

（4）顶板是一个动态变化过程，充填冒量也随之变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种治理大采高工作面冒顶片帮的方法，以解决上述技术问题。通过分析围岩的弹塑性范围，实施立体“锚索—注浆”联合控顶技术;在深部大采高（厚煤层）方面，开采条件调查，划分顶板类型结构；从产生力的源头、传播途径进行加固，弱化扰动应力造成的围岩裂隙的发育，保证围岩的稳定性,通过控顶、护帮技术手段从根本上保障现场安全开采。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种治理大采高工作面冒顶片帮的方法，包括如下步骤：

步骤1、分顶板结构、确定产生矿压的主要原因；

步骤2、在冒顶区域进去充填和锚索施工；

步骤3、于煤壁、顶板进行加固，进行力的传播途径的控制。

作为本发明进一步的方案，所述步骤1具体包括如下步骤：

覆岩结构确定；分析工作面埋深、开采煤层上覆岩层岩性、普世系数（f）、确定力源（关键层）、关键层破断距（l）及力的传播途径；

通过围岩覆岩赋存情况，据关键层理论硬岩层判别公式，如公式1所示：

公式（1）中：γ-为体积力，E-为弹性模量，h-为岩层厚度，i-为岩层编号；

大采高工作面直接顶厚度一般为煤厚(M)的2-4倍，因此确定工作面顶板类型（复合顶板、单一顶板、坚硬顶板等）；再确定直接顶是否为关键层，进而确定出顶板特性。

作为本发明进一步的方案，所述步骤2具体包括如下步骤：

立体“锚索—注浆”联合控顶；

漏顶、片帮后的矿压显现工作面前部留有大量岩块、煤块；工作面上部顶板产生离层；顶板出现“断裂-回转”的运动状态；支架低头、倒架现象严重等，因此先实施锚索固定顶板，再通过充填充满采空区，防止支架运动中顶板冒落；最后加固煤墙、顶板，使其成为完整状态，进而形成立体“锚索—注浆”联合控顶。

作为本发明进一步的方案，所述步骤3具体包括如下步骤：冒顶区域充填、锚索施工后，在漏顶区域进行可顶板的加固，为了保证推采，在煤墙及为冒落顶板进行加固，根据塑性区L为注浆加固步距，最短加固水平直线距离为5m，实行采后注，实现控顶先控帮，实行煤壁、顶板加固，在破碎位置的排距为1.75m；其余位置为5.25m。

作为本发明进一步的方案，工作面冒顶区域充填和锚索施工进行协同施工，充填是阻止顶板继续冒落，锚索施工是将细砂岩、粉砂岩形成对拉，缓解岩层分离，控制围岩稳定性，防止顶板运动，保证充填效果；

冒顶区域充填：近工作面上部冒顶区域垂直深入注浆孔，采用型号为玛丽散MP902进行重填，在冒顶区域以每3架为注浆孔为间距，采用12.5Mpa注浆泵进行充填，直至充满为止，采用泵的数量根据工作面冒顶区域长度而定；

以整个工作面直接顶顶板为防空目标，以每台支架架宽为排距（1.75m），两锚索固定端间距为1m，进行锚索施工。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明大大提高作业环境的安全创建，合理化施工顺序、科学的处理方案，度过采煤工作面冒顶-破碎区域；同时满足“支架—围岩”的双馈力学特性，保证液压支架的整体工况。

附图说明

图1为本发明方法步骤流程图；

图2为“锚索—注浆”联合控顶技术流程图；

图3 为工作面矿压显现概况图；

图4 为漏顶充填工艺图；

图5为锚索施工工艺图；

图6 为加固施工工艺图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。

本发明设计一套立体“锚索—注浆”联合控顶技术；首先分顶板结构、确定产生矿压的主要原因；其次在冒顶区域进去充填和锚索施工；再次于煤壁、顶板进行加固，进行力的传播途径的控制。

（1）覆岩结构确定

分析工作面埋深、开采煤层上覆岩层岩性、普世系数（f）、确定力源（关键层）、关键层破断距（l）及力的传播途径。

通过围岩覆岩赋存情况，据关键层理论硬岩层判别公式，如公式1所示：

公式（1）中：γ-为体积力，E-为弹性模量，h-为岩层厚度，i-为岩层编号。

大采高工作面直接顶厚度一般为煤厚(M)的2-4倍，因此确定工作面顶板类型（复合顶板、单一顶板、坚硬顶板等）；再确定直接顶是否为关键层。进而确定出顶板特性。

（2）立体“锚索—注浆”联合控顶技术

漏顶、片帮后的矿压显现如图1所示。工作面前部留有大量岩块、煤块；工作面上部顶板产生离层；顶板出现“断裂-回转”的运动状态；支架低头、倒架现象严重等。因此先实施锚索固定顶板，再通过充填充满采空区，防止支架运动中顶板冒落；最后加固煤墙、顶板，使其成为完整状态。进而形成立体“锚索—注浆”联合控顶技术。

工作面冒顶区域充填和锚索施工进行协同施工。充填是阻止顶板继续冒落，锚索施工是将细砂岩、粉砂岩形成对拉，缓解岩层分离，控制围岩稳定性，防止顶板运动，保证充填效果。

如图2-4所示，冒顶区域充填方案：近工作面上部冒顶区域垂直深入注浆孔，采用型号为玛丽散MP902进行重填。在冒顶区域以每3架为注浆孔为间距，采用12.5Mpa注浆泵进行充填，直至充满为止。采用泵的数量根据工作面冒顶区域长度而定。

以整个工作面直接顶顶板为防空目标，以每台支架架宽为排距（1.75m），两锚索固定端间距为1m，进行锚索施工，具体参数如表1所示。

表1注浆孔参数

冒顶区域充填、锚索施工后，在漏顶区域进行可顶板的加固。为了保证推采，在煤墙及为冒落顶板进行加固。根据塑性区L为注浆加固步距，最短加固水平直线距离为5m，实行采后注，实现控顶先控帮。实行煤壁、顶板加固，在破碎位置的排距为1.75m；其余位置为5.25m。1#、2#的间距为2-3m。加固的具体参数如表2所示。

表2 注浆孔参数

整个注浆中把握工作面顶板及煤壁实际情况采取超前注浆加固的原则。顶板一般破碎断，每孔预计注浆5t；顶板较为破碎段，每孔预计注浆10t；共计需要注浆材料470t。煤层每个注浆孔预计注浆3t，共计需要注浆材料219t。

以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种治理大采高工作面冒顶片帮的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、分顶板结构、确定产生矿压的主要原因；

步骤2、在冒顶区域进去充填和锚索施工；

步骤3、于煤壁、顶板进行加固，进行力的传播途径的控制。

2.如权利要求1所述的一种治理大采高工作面冒顶片帮的方法,其特征在于，所述步骤1具体包括如下步骤：

覆岩结构确定；分析工作面埋深、开采煤层上覆岩层岩性、普世系数（f）、确定力源关键层、关键层破断距（l）及力的传播途径；

通过围岩覆岩赋存情况，据关键层理论硬岩层判别公式，如公式1所示：

公式（1）中：γ-为体积力，E-为弹性模量，h-为岩层厚度，i-为岩层编号；

大采高工作面直接顶厚度为煤厚的2-4倍，确定工作面顶板类型；再确定直接顶是否为关键层，进而确定出顶板特性。

3.如权利要求1所述的一种治理大采高工作面冒顶片帮的方法,其特征在于，所述步骤2具体包括如下步骤：

立体锚索—注浆联合控顶；

漏顶、片帮后的矿压显现工作面前部留有大量岩块、煤块；工作面上部顶板产生离层；顶板出现断裂-回转的运动状态；支架低头、倒架现象严重，先实施锚索固定顶板，再通过充填充满采空区，防止支架运动中顶板冒落；最后加固煤墙、顶板，使其成为完整状态，进而形成立体锚索—注浆联合控顶。

4.如权利要求1所述的一种治理大采高工作面冒顶片帮的方法,其特征在于，所述步骤3具体包括如下步骤：冒顶区域充填、锚索施工后，在漏顶区域进行可顶板的加固，在煤墙及为冒落顶板进行加固，根据塑性区为注浆加固步距，最短加固水平直线距离为5m，实行采后注，实现控顶先控帮，实行煤壁、顶板加固，在破碎位置的排距为1.75m；其余位置为5.25m。

5.如权利要求3所述的一种治理大采高工作面冒顶片帮的方法,其特征在于，工作面冒顶区域充填和锚索施工进行协同施工，充填是阻止顶板继续冒落，锚索施工是将细砂岩、粉砂岩形成对拉，缓解岩层分离，控制围岩稳定性，防止顶板运动，保证充填效果；

冒顶区域充填：近工作面上部冒顶区域垂直深入注浆孔，采用型号为玛丽散MP902进行重填，在冒顶区域以每3架为注浆孔为间距，采用12.5Mpa注浆泵进行充填，直至充满为止，采用泵的数量根据工作面冒顶区域长度而定；以整个工作面直接顶顶板为防空目标，以每台支架架宽为排距1.75m，两锚索固定端间距为1m，进行锚索施工。