CN112746863A - 一种矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井开采与灾害防治，具体涉及一种矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置和方法。包括囊体，囊体上设置有充气口，囊体两侧设置气囊间粘扣层，囊体两侧设置可调节支撑体，可调节支撑体包括支撑柱、万向连接扣、升降卡扣、升降手柄、高度固定插销。支撑柱包括螺纹连接的上支撑筒和下支撑筒，下支撑筒由上到下设置有若干可以插入高度固定插销的圆孔，上支撑筒和下支撑筒上安装有万向连接扣，上支撑筒下部设置有升降卡扣，并通过升降卡扣与升降手柄连接。两侧可调节支撑体之间设置有十字交叉型的连接杆，连接杆端部与万向连接扣固定。本发明实现切顶侧采空区的快速密闭及顶底板导气裂隙的快速封堵，防止采空区自然发火和瓦斯的涌出。
Description
技术领域
本发明涉及矿井开采与灾害防治，具体涉及一种矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置和方法。
背景技术
中国煤炭生产一直以121工法为主，即每回采一个工作面，需掘进两条顺槽。该采煤工艺留设大量的煤柱，致使回采率低、资源浪费严重；采掘过程分离，掘进和回采成本高、效率低、接替困难。近些年来，切顶短臂梁理论被提出，该理论提出对沿空巷道顶板实施超前预裂，切断沿空巷道顶板与采场直接顶、基本顶的联系，在周期来压作用下采场顶板沿预裂面切落形成巷帮，隔断采空区并支撑上位移动岩层，改善巷道围岩应力环境，将巷道围岩应力集中转移到深部，实现巷道稳定。之后，基于切顶短臂梁理论的无煤柱开采技术—110工法被提出，并被称为我国矿业技术变革的第三次探索。目前，切顶沿空留巷无煤柱开采技术已在薄-中厚煤层试验成功，形成了110工艺流程及技术体系，并在国内川煤集团、神华集团神东矿区、中煤集团大同矿区及大屯矿区、贵州盘江集团、陕西延安车村煤业集团、兖矿集团等下属矿井进行了推广应用。现阶段对切顶沿空留巷无煤柱开采技术的研究重点主要集中在无煤柱切顶沿空留巷技术原理及工艺、顶板垮落力学结构模型、围岩应力分布、预裂切缝爆破过程中聚能爆破力学机理、恒阻大变形防冲支护新材料等方面，对于该技术实施过程中在通风与灾害防治领域存在的安全问题研究较少。
利用切顶卸压开采技术进行回采，面临的重要问题就是采空区的管理。由于留巷的正帮段是采空区的冒落带，采空区全部暴露在巷道内，形成一种完全开放的状态，与传统回采工艺的密闭封堵采空区状况相比较，切顶侧采空区未能完全封闭，漏风量较大，自然发火严重，采空区内瓦斯在负压作用下极易泄漏到沿空留巷内。与此同时，随着工作面的推进，沿空留巷顶板和底板煤岩体不断发生破坏并形成与采空区连通的导气裂隙，加剧了瓦斯向沿空留巷内的涌出，增加了沿空留巷内瓦斯的管理难度。
发明内容
本发明为了解决切顶沿空留巷与采空区之间的导气通道难以快速隔断，采空区自然发火严重，沿空留巷内瓦斯易超限的问题，提供一种矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置和方法。
本发明采取以下技术方案：一种矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置，包括囊体，囊体上设置有充气口，囊体两侧设置气囊间粘扣层，囊体两侧设置可调节支撑体，可调节支撑体包括支撑柱、万向连接扣、升降卡扣、升降手柄、高度固定插销。支撑柱包括螺纹连接的上支撑筒和下支撑筒，下支撑筒由上到下设置有若干可以插入高度固定插销的圆孔，上支撑筒和下支撑筒上安装有万向连接扣，上支撑筒下部设置有升降卡扣，并通过升降卡扣与升降手柄连接。两侧可调节支撑体之间设置有十字交叉型的连接杆，连接杆端部与万向连接扣固定。
一种矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置的使用方法，包括以下步骤。
S100～切顶成巷工作面推进过程中，根据采场压力变化、沿空留巷顶底板和巷帮的变形量，可将沿空留巷划分为超前支护区、架后临时支护区以及成巷稳定区。超前支护区位于工作面超前应力集中区；架后临时支护区位于工作面超后影响区，采空区顶板岩石垮落会对巷道顶板产生一定的摩擦作用，巷道受动压影响明显，顶板压力较大；成巷稳定区受采动影响较小，顶板下沉量及单体支柱的压力变化很小，可认为该区域已趋于稳定状态。
S200～随着切顶成巷工作面的推进，沿着沿空留巷与采空区的交界面，每隔20m布置一个可调支撑体，可调支撑体与连接杆通过万向连接扣快速连成支撑网。
S300～将单个未充气的气囊放入支撑网，利用压风管路快速接头，通过充气口对囊体进行充气，每两个可调支撑体之间形成一个切顶侧采空区快速密闭单元。
S400～沿着开切眼至回采工作面的方向，随着工作面的推进，不断布置切顶侧采空区快速密闭单元，各个密闭单元之间的气囊通过气囊间粘扣层连接，连接在一起的密闭单元形成一道不断向前推进的密闭墙。
S500～随着切顶成巷工作面的推进，当沿空留巷成巷稳定区的长度为50m时，开始向沿空留巷顶板裂缝喷涂聚氨酯和向沿空留巷底板裂缝灌注黄泥浆，一次喷涂和灌注的长度均为50m；之后，每隔50m对沿空留巷顶板裂缝进行一次喷涂，每隔50m对沿空留巷底板裂缝进行一次灌注，直至工作面回采完毕。
S600～定期对沿空留巷底板黄泥浆进行巡检，当黄泥浆出现干裂现象时及时向其上方洒水，保持黄泥浆的流动性和粘结性。
S700～切顶成巷工作面回采完毕且沿空留巷不再使用时，放出切顶侧采空区快速密闭单元气囊中的空气，取出气囊，拆除可调节支撑体。
步骤S200中，根据沿空留巷的高度，通过升降手柄对支撑柱的高度进行调节，使支撑柱充分承受顶板压力，将高度固定插销插入支撑柱中，锁死支撑柱，可调支撑体固定之后，调节万向连接扣的角度，将连接杆放入相邻两个可调支撑体上的万向连接扣中，并将其锁死，相邻两个可调支撑体间的连接杆采用十字交叉的方式连接，通过上述连接和固定方式形成牢固的支撑网。
步骤S300中，充气后将气囊内的压力控制在0.5MPa，保证气囊充气膨胀后能够完全充填和挤压沿空留巷和采空区的交界面。
与现有技术相比，本发明能够实现切顶侧采空区的快速密闭及顶底板导气裂隙的快速封堵，有效防止采空区自然发火和瓦斯向沿空留巷的涌出。切顶侧采空区快速密闭装置安装过程不受巷道变形的影响、成本低、效果好、可回收利用。向沿空留巷底板灌注黄泥浆能够充分利用黄泥的流动性和粘结性，洒水之后可实现对底板新裂隙的多次封堵，且成本低、无污染。
附图说明
附图1是传统沿空留巷采掘布置图；
附图2是切顶沿空留巷采掘布置图；
附图3是切顶侧采空区快速密闭气囊；
附图4是可调支撑体；
附图5是切顶侧采空区快速密闭单元；
附图6是切顶沿空留巷分区划分；
附图7是切顶沿空留巷采空区快速密闭现场布置图。
图中：1：切顶成巷工作面皮带进风巷、2：切顶成巷工作面轨道进风巷、3：切顶成巷回采工作面、4：切顶沿空留巷、5：切顶线、6：囊体、7：充气口、8：压风管路快速接头、9：气囊间粘扣层、10：支撑柱、11：万向连接扣、12：升降卡扣、13：升降手柄、14：高度固定插销、15：连接杆、16：沿空留巷顶板裂缝、17：沿空留巷底板裂缝。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步的详细描述。
如图5所示，一种矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置，包括囊体6，囊体6上设置有充气口7，囊体6两侧设置气囊间粘扣层9，囊体6两侧设置可调节支撑体。可调节支撑体包括支撑柱10，万向连接扣11、升降卡扣12、升降手柄13、高度固定插销14。支撑柱10包括螺纹连接的上支撑筒10.1和下支撑筒10.2，下支撑筒10.2由上到下设置有若干可以插入高度固定插销14的圆孔，上支撑筒10.1和下支撑筒10.2上安装有万向连接扣11，上支撑筒10.1下部设置有升降卡扣12，并通过升降卡扣12与升降手柄13连接。两侧可调节支撑体之间设置有十字交叉型的连接杆15，连接杆15端部与万向连接扣11固定。可调支撑体与连接杆通过万向连接扣快速连成支撑网。
囊体由外表层、中间层和内表层组成。囊体外表层选用耐磨性好的橡胶，实现与不规则面的紧密接触。囊体中间层选用尼龙帘线或涤纶帘子布材料，增加气囊刚性，防止膨胀过度导致破裂。囊体内层采用气密性好的橡胶材料。充气部分包括充气口、压风管路快速接头。所述压风管路快速接头上安装有压力表，用于监测气囊内的气压大小，方便控制气囊内的压力。
如图2所示的切顶沿空留巷采掘布置图，切顶成巷回采过程中，切顶沿空留巷4与当前回采工作面采空区完全导通，采空区漏风量大，自然发火严重，采空区内瓦斯在负压作用下极易泄漏到沿空留巷内。沿空留巷顶板和底板煤岩体不断发生破坏并形成与采空区连通的导气裂隙，加剧了瓦斯向沿空留巷内的涌出。为防止采空区自然发火和沿空留巷内瓦斯超限，回采过程中需及时封堵采空区与巷道之间的导气裂隙，具体包括切顶侧采空区快速密闭、沿空留巷顶板喷涂聚氨酯堵漏、沿空留巷底板灌注黄泥将堵漏。
一种矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置的使用方法，包括以下步骤，
S100～切顶成巷工作面推进过程中，沿空留巷可划分为超前支护区、架后临时支护区和成巷稳定区（如图6所示）。超前支护区位于工作面超前应力集中区；架后临时支护区位于工作面超后影响区，采空区顶板岩石垮落会对巷道顶板产生一定的摩擦作用，巷道受动压影响明显，顶板压力较大；成巷稳定区受采动影响较小，顶板下沉量及单体支柱的压力变化很小，可认为该区域已趋于稳定状态。
S200～随着切顶成巷工作面的推进，沿着沿空留巷与采空区的交界面，每隔20m布置一个可调支撑体，可调支撑体与连接杆通过万向连接扣快速连成支撑网。
S300～将单个未充气的气囊放入支撑网，利用压风管路快速接头8，通过充气口7对囊体6进行充气，每两个可调支撑体之间形成一个切顶侧采空区快速密闭单元。
S400～沿着开切眼至回采工作面的方向，随着工作面的推进，不断布置切顶侧采空区快速密闭单元，各个密闭单元之间的气囊通过气囊间粘扣层9连接，连接在一起的密闭单元形成一道不断向前推进的密闭墙。
S500～随着切顶成巷工作面的推进，当沿空留巷成巷稳定区的长度为50m时，开始向沿空留巷顶板裂缝16喷涂聚氨酯和向沿空留巷底板裂缝17灌注黄泥浆，一次喷涂和灌注的长度均为50m；之后，每隔50m对沿空留巷顶板裂16缝进行一次喷涂，每隔50m对沿空留巷底板裂缝17进行一次灌注，直至工作面回采完毕。
S600～定期对沿空留巷底板黄泥浆进行巡检，当黄泥浆出现干裂现象时及时向其上方洒水，保持黄泥浆的流动性和粘结性。
S700～切顶成巷工作面回采完毕且沿空留巷不再使用时，放出切顶侧采空区快速密闭单元气囊中的空气，取出气囊，拆除可调节支撑体。
步骤S200中，根据沿空留巷的高度，通过升降手柄13对支撑柱10的高度进行调节，使支撑柱10充分承受顶板压力，将高度固定插销14插入支撑柱10中，锁死支撑柱10，可调支撑体固定之后，调节万向连接扣11的角度，将连接杆15放入相邻两个可调支撑体上的万向连接扣11中，并将其锁死，相邻两个可调支撑体间的连接杆15采用十字交叉的方式连接，通过上述连接和固定方式形成牢固的支撑网。
步骤S300中，充气后将气囊内的压力控制在0.5MPa，保证气囊充气膨胀后能够完全充填和挤压沿空留巷和采空区的交界面。
沿空留巷顶板聚氨酯喷涂堵漏方案中，在成巷稳定区向沿空留巷顶板裂缝喷涂聚氨酯，封堵顶板与采空区的导气裂隙。沿空留成巷稳定区内，向顶板裂缝喷涂聚氨酯的作业随着成巷稳定区向前的不断延伸而阶段性推进。
沿空留巷底板灌注黄泥浆堵漏方案中，在成巷稳定区向沿空留巷底板灌注黄泥浆液，封堵底板与采空区的导气裂隙。沿空留成巷稳定区内，向巷底板裂缝灌注黄泥浆的作业随着成巷稳定区向前的不断延伸而阶段性推进。定期向灌注黄泥浆处洒水，保持黄泥浆的流动性和粘结性。
最后应该说明的是：以上所述仅为本发明的技术方案，并未对其进行限制，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、改进、等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置，其特征在于：包括囊体（6），囊体（6）上设置有充气口（7），囊体（6）两侧设置气囊间粘扣层（9），囊体（6）两侧设置可调节支撑体，可调节支撑体包括支撑柱（10），支撑柱（10）包括螺纹连接的上支撑筒（10.1）和下支撑筒（10.2），下支撑筒（10.2）由上到下设置有若干可以插入高度固定插销（14）的圆孔，上支撑筒（10.1）和下支撑筒（10.2）上安装有万向连接扣（11），上支撑筒（10.1）下部设置有升降卡扣（12），并通过升降卡扣（12）与升降手柄（13）连接，两侧可调节支撑体之间设置有十字交叉型的连接杆（15），连接杆（15）端部与万向连接扣（11）固定。
2.一种如权利要求1所述的矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，
S100～切顶成巷工作面推进过程中，将沿空留巷划分为超前支护区、架后临时支护区和成巷稳定区；
S200～随着切顶成巷工作面的推进，沿着沿空留巷与采空区的交界面，每隔20m布置一个可调支撑体，可调支撑体与连接杆通过万向连接扣快速连成支撑网；
S300～将单个未充气的气囊放入支撑网，利用压风管路快速接头（8），通过充气口（7）对囊体（6）进行充气，每两个可调支撑体之间形成一个切顶侧采空区快速密闭单元；
S400～沿着开切眼至回采工作面的方向，随着工作面的推进，不断布置切顶侧采空区快速密闭单元，各个密闭单元之间的气囊通过气囊间粘扣层（9）连接，连接在一起的密闭单元形成一道不断向前推进的密闭墙；
S500～随着切顶成巷工作面的推进，当沿空留巷成巷稳定区的长度为50m时，开始向沿空留巷顶板裂缝（16）喷涂聚氨酯和向沿空留巷底板裂缝（17）灌注黄泥浆，一次喷涂和灌注的长度间隔均为50m；之后，每隔50m对沿空留巷顶板裂（16）缝进行一次喷涂，每隔50m对沿空留巷底板裂缝（17）进行一次灌注，直至工作面回采完毕；
S600～定期对沿空留巷底板黄泥浆进行巡检，当黄泥浆出现干裂现象时及时向其上方洒水，保持黄泥浆的流动性和粘结性；
S700～切顶成巷工作面回采完毕且沿空留巷不再使用时，放出切顶侧采空区快速密闭单元气囊中的空气，取出气囊，拆除可调节支撑体。
3.根据权利要求2所述的矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置的使用方法，其特征在于：所述的步骤S200中，根据沿空留巷的高度，通过升降手柄（13）对支撑柱（10）的高度进行调节，使支撑柱（10）充分承受顶板压力，将高度固定插销（14）插入支撑柱（10）中，锁死支撑柱（10），可调支撑体固定之后，调节万向连接扣（11）的角度，将连接杆（15）放入相邻两个可调支撑体上的万向连接扣（11）中，并将其锁死，相邻两个可调支撑体间的连接杆（15）采用十字交叉的方式连接，通过上述连接和固定方式形成牢固的支撑网。
4.根据权利要求3所述的矿井切顶沿空留巷采空区快速密闭装置的使用方法，其特征在于：所述的步骤S300中，充气后将气囊内的压力控制在0.5MPa，保证气囊充气膨胀后能够完全充填和挤压沿空留巷和采空区的交界面。
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