CN113187486A - 一种深井无煤柱沿空掘巷方法以及形成的巷道 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种深井无煤柱沿空掘巷方法以及形成的巷道，方法包括施工密闭墙、施工超前注浆钻孔、施工观测钻孔、向上一个工作面下顺槽残留区域注浆和沿空巷道掘进施工，形成的巷道一帮为实体煤，另一帮为充填隔离墙，所述充填隔离墙位于上一个工作面下顺槽残留区域中。该方法取消了以往技术中的窄煤柱，利用充填材料充填邻近巷道残留空间形成低弹性充填隔离墙，减少资源浪费的同时，大大提高了沿空掘巷的安全性，工艺简单，易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种深井无煤柱沿空掘巷方法以及形成的巷道。
背景技术
我国煤矿开采普遍采用留宽3～6m窄煤柱沿空掘巷的方式，该方式主要有以下三个问题，一是留设窄煤柱仍有可能导致沿空掘巷的实体帮发生冲击地压，二是窄煤柱受动压作用发生破坏，不能有效的阻隔采空区内气体、水等，三是留设窄煤柱造成煤炭资源的浪费。鉴于此，我国学者近年来尝试了多种沿空掘巷无煤柱开采技术。
煤炭科学研究总院孟金锁提出了综放“原位”沿空掘巷的概念，即在上区段原废弃巷道位置开挖为下区段工作面服务的巷道，能够最大限度减少综放工作面“两巷”煤损。由于原位巷道围岩已破坏且不稳定，存在掘进困难、维护成本高、易自燃发火、适用范围窄等问题。
中国矿业大学张东升试验了巷内预制充填带无煤柱开采技术，即在上区段回采工作面一顺槽内靠近下一区段处预制一条充填带，靠近上区段的下区段顺槽沿预制充填带掘进。由于预制充填带支护阻力、可缩性等力学性能与沿空掘巷围岩变形不相适应，且受上区段工作面回采滞后影响易破坏，导致该方法只在条件较好的薄及中厚煤层中成功实施过，条件复杂的深井或厚煤中未见报道。
CN103557000A公开了一种利用抽帮充填防治沿空巷道冲击地压的方法，首先在回采工作面支架后方增加一个支架进行支护，在支护支架后方巷帮每隔一定距离施工爆破钻孔，浅孔为预裂孔，把煤体爆松，深孔为抛掷孔，将松动的煤体抛掷到巷道中，充填部分巷道，形成卸压保护带，且顶板和底板能形成楔形夹持防冲结构，接续工作面沿空巷道在上个工作面充填巷道位置掘进，采用架棚支护，掘进头后方对巷道表面进行喷浆，部分区域可采取壁后注浆措施进行加固和防灭火。该方法工艺复杂，工程量巨大，爆破工作和工作面回采相互干扰，工程适用条件窄。
相比于前井和中深井开采，深井地压大、低温高、矿井瓦斯大，无煤柱沿空掘巷作业面临更大难题。有必要提出一种安全性高、工艺简单的深井无煤柱沿空掘巷方法以及形成的巷道。
发明内容
针对现有技术适用范围窄、工艺复杂、工程量大的技术问题，本发明改变采空区侧破碎煤岩体结构和巷道布置位置，提出一种深井无煤柱沿空掘巷方法以及形成的巷道，该方法取消了以往技术中的窄煤柱，利用充填材料充填邻近巷道残留空间形成低弹性充填隔离墙，减少资源浪费的同时，大大提高了沿空掘巷的安全性，工艺简单，易于操作。
第一方面，本发明提供一种深井无煤柱沿空掘巷方法，包括以下步骤：
1)施工密闭墙
在上一个工作面回采过程中对下顺槽施工密闭墙；
2)施工超前注浆钻孔
在沿空掘进巷道工作面迎头上距顶板1.0～1.5m处打一组超前注浆钻孔，超前注浆钻孔与巷道底板平行，与巷道轴线方向成20～30°夹角；
3)施工观测钻孔
在最后一个超前注浆钻孔的正上方0.1～0.2m打一个观测钻孔；
4)向上一个工作面下顺槽残留区域注浆
采用矿用注浆泵通过超前注浆钻孔分次、轮流向上一个工作面下顺槽残留区域泵送充填材料和注浆材料，充填材料可以为任何煤矿领域可接受的混凝土，注浆材料可以为任何煤矿领域可接受的化学浆液，注浆材料与上一个工作面垮落顶煤、破碎的直接顶胶结凝固，形成充填隔离墙；
5)沿空巷道掘进施工
待充填隔离墙达到额定凝固强度(额定凝固强度由所使用的充填材料的国家标准确定)时，掘进巷道，滞后巷道迎头15～20m范围，对巷道沿空帮充填不实区域采用向壁后注浆措施补注充填材料，充填材料可以为任何煤矿领域可接受的混凝土，并对整条巷道沿空帮表面喷浆100～200mm，从而形成低弹性的充填隔离墙。
进一步的，步骤1)中，所述密闭墙采用煤粉袋堆叠的方式施工。
进一步的，步骤1)中，在上一个工作面回采过程中对下顺槽每间隔d的间距，施工一道密闭墙，d为密闭墙长度的1～2倍。
进一步的，步骤2)中，所述超前注浆钻孔的数量为3～5个，第一个超前注浆钻孔距采空区侧巷帮0.3～0.5m，其它超前注浆钻孔依次间隔0.3～0.5m呈垂直于巷帮的直线布置，终孔与上一工作面下顺槽残留区域连通。
进一步的，步骤2)中，超前注浆钻孔直径在100～150mm之间。
进一步的，步骤3)中，观测钻孔的倾角、方位角与超前注浆钻孔相同。
进一步，步骤4)中，每个超前注浆钻孔的有效注浆范围的两侧为密闭墙，一侧为实体煤，一侧为压实的顶板矸石。
进一步的，步骤4)中，注浆的同时用钻孔窥视仪观测上一个工作面下顺槽残留区域的浆液扩散情况和凝固效果，若充填不实及时补充浆液。
进一步的，步骤5)中，巷道掘进采用掘进机或炮采工艺进行。
第二方面，本发明提供一种采用上述深井无煤柱沿空掘巷方法形成的巷道，所述巷道一帮为实体煤，另一帮为充填隔离墙，所述充填隔离墙位于上一个工作面下顺槽残留区域中。
本发明的有益效果在于，
本发明提供一种适用于深井的无煤柱沿空掘巷方法，首先设置密闭墙，密闭墙有以下两个作用：一是在本工作面回采的时候与工作面液压支架下空间形成回风通道，降低采空区的漏风量，二是在下一个工作面沿空巷道掘进的时候作为一个超前预充填空间单元；然后通过充填和注浆，在上一个工作面下顺槽残留区域设置充填隔离墙，充填隔离墙一方面起到隔绝采空区、防灭火、防水作用，另一方面起到抗震让压作用，使得巷道围岩整体处于一个良好的应力环境，基本消除沿空巷道冲击危险性，降低巷道的支护阻力，能够为掘进机或炮采工作的安全进行提供保证。
本发明沿空掘巷方法取消了以往技术中的窄煤柱，减少资源浪费的同时，大大提高了沿空掘巷的安全性，工艺简单，易于操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例掘进区域纵剖示意图；
图2是本发明实施例掘进区域平剖示意图；
图3是图2中沿I-I方向的纵剖示意图。
图中，1-老顶，2-直接顶，3-煤层，4-掘进巷道，5-上一工作面下顺槽残留区域，6-充填隔离墙，7-上一个工作面垮落顶煤，8-破碎的直接顶，9-掘进机，10-矿用注浆泵，11-超前注浆钻孔，12-观测钻孔，13-密闭墙。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1～3所示，一种深井无煤柱沿空掘巷方法，包括如下步骤：
1)施工密闭墙
在上一个工作面回采过程中，采用煤粉袋堆叠的方式对下顺槽每间隔d的间距施工一道密闭墙13，d为密闭墙13长度的2倍；
2)施工超前注浆钻孔
在沿空掘进巷道工作面迎头上距顶板1.5m处打四个直径为150mm的超前注浆钻孔11，超前注浆钻孔11与掘进巷道4底板平行，与掘进巷道4轴线方向成30°夹角，第一个超前注浆钻孔距采空区侧巷帮0.5m，其它超前注浆钻孔依次间隔0.5m呈垂直于巷帮的直线布置，终孔与上一工作面下顺槽残留区域5连通；
3)施工观测钻孔
在最后一个超前注浆钻孔的正上方0.2m打一个观测钻孔12，观测钻孔12的倾角、方位角与超前注浆钻孔11相同；
4)向上一个工作面下顺槽残留区域注浆
采用矿用注浆泵10通过超前注浆钻孔11分次、轮流向上一个工作面下顺槽残留区域5泵送混凝土和化学浆液，每个超前注浆钻孔11的有效注浆范围与d相同，有效注浆范围两侧为密闭墙13，一侧为实体煤，一侧为压实的顶板矸石，化学浆液与上一个工作面垮落顶煤7、破碎的直接顶8胶结凝固，形成充填隔离墙6，注浆的同时用钻孔窥视仪观测上一个工作面下顺槽残留区域5的浆液扩散情况和凝固效果，若充填不实及时补充浆液；
5)沿空巷道掘进施工
待充填隔离墙6达到额定凝固强度时，采用掘进机9掘进巷道，滞后巷道迎头20m范围，对巷道沿空帮充填不实区域采用向壁后注浆措施补注混凝土，并对整条巷道沿空帮表面喷浆200mm，从而形成低弹性的充填隔离墙。
实施例2
如图1～3所示，一种深井无煤柱沿空掘巷方法，包括如下步骤：
1)施工密闭墙
在上一个工作面回采过程中，采用煤粉袋堆叠的方式对下顺槽每间隔d的间距施工一道密闭墙13，d与密闭墙13长度相同；
2)施工超前注浆钻孔
在沿空掘进巷道工作面迎头上距顶板1.0m处打四个直径为120mm的超前注浆钻孔11，超前注浆钻孔11与掘进巷道4底板平行，与掘进巷道4轴线方向成20°夹角，第一个超前注浆钻孔距采空区侧巷帮0.3m，其它超前注浆钻孔依次间隔0.3m呈垂直于巷帮的直线布置，终孔与上一工作面下顺槽残留区域5连通；
3)施工观测钻孔
在最后一个超前注浆钻孔的正上方0.1m打一个观测钻孔12，观测钻孔12的倾角、方位角与超前注浆钻孔11相同；
4)向上一个工作面下顺槽残留区域注浆
采用矿用注浆泵10通过超前注浆钻孔11分次、轮流向上一个工作面下顺槽残留区域5泵送混凝土和化学浆液，每个超前注浆钻孔11的有效注浆范围与d相同，有效注浆范围两侧为密闭墙13，一侧为实体煤，一侧为压实的顶板矸石，化学浆液与上一个工作面垮落顶煤7、破碎的直接顶8胶结凝固，形成充填隔离墙6，注浆的同时用钻孔窥视仪观测上一个工作面下顺槽残留区域5的浆液扩散情况和凝固效果，若充填不实及时补充浆液
5)沿空巷道掘进施工
待充填隔离墙6达到额定凝固强度时，采用掘进机9掘进巷道，滞后巷道迎头15m范围，对巷道沿空帮充填不实区域采用向壁后注浆措施补注混凝土，并对整条巷道沿空帮表面喷浆100mm，从而形成低弹性的充填隔离墙。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种深井无煤柱沿空掘巷方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)施工密闭墙：在上一个工作面回采过程中对下顺槽施工密闭墙；
2)施工超前注浆钻孔：在沿空掘进巷道工作面迎头上距顶板1.0～1.5m处打一组超前注浆钻孔，超前注浆钻孔与巷道底板平行，与巷道轴线方向成20～30°夹角；
3)施工观测钻孔：在最后一个超前注浆钻孔的正上方0.1～0.2m打一个观测钻孔；
4)向上一个工作面下顺槽残留区域注浆：采用矿用注浆泵通过超前注浆钻孔分次、轮流向上一个工作面下顺槽残留区域泵送充填材料和注浆材料，注浆材料与上一个工作面垮落顶煤、破碎的直接顶胶结凝固，形成充填隔离墙；
5)沿空巷道掘进施工：待充填隔离墙达到额定凝固强度时，掘进巷道，滞后巷道迎头15～20m范围，对巷道沿空帮充填不实区域采用向壁后注浆措施补注充填材料，并对整条巷道沿空帮表面喷浆100～200mm，从而形成低弹性的充填隔离墙。
2.如权利要求1所述的深井无煤柱沿空掘巷方法，其特征在于，步骤1)中，所述密闭墙采用煤粉袋堆叠的方式施工。
3.如权利要求1所述的深井无煤柱沿空掘巷方法，其特征在于，步骤1)中，在上一个工作面回采过程中对下顺槽每间隔d的间距，施工一道密闭墙，d为密闭墙长度的1～2倍。
4.如权利要求1所述的深井无煤柱沿空掘巷方法，其特征在于，步骤2)中，所述超前注浆钻孔的数量为3～5个，第一个超前注浆钻孔距采空区侧巷帮0.3～0.5m，其它超前注浆钻孔依次间隔0.3～0.5m呈垂直于巷帮的直线布置，终孔与上一工作面下顺槽残留区域连通。
5.如权利要求1所述的深井无煤柱沿空掘巷方法，其特征在于，步骤2)中，超前注浆钻孔直径在100～150mm之间。
6.如权利要求1所述的深井无煤柱沿空掘巷方法，其特征在于，步骤3)中，观测钻孔的倾角、方位角与超前注浆钻孔相同。
7.如权利要求1所述的深井无煤柱沿空掘巷方法，其特征在于，步骤4)中，每个超前注浆钻孔的有效注浆范围的两侧为密闭墙，一侧为实体煤，一侧为压实的顶板矸石。
8.如权利要求1所述的深井无煤柱沿空掘巷方法，其特征在于，步骤4)中，注浆的同时用钻孔窥视仪观测上一个工作面下顺槽残留区域的浆液扩散情况和凝固效果，若充填不实及时补充浆液。
9.如权利要求1所述的深井无煤柱沿空掘巷方法，其特征在于，步骤5)中，巷道掘进采用掘进机或炮采工艺进行。
10.一种采用如权利要求1～9任一所述的深井无煤柱沿空掘巷方法形成的巷道，其特征在于，所述巷道一帮为实体煤，另一帮为充填隔离墙，所述充填隔离墙位于上一个工作面下顺槽残留区域中。
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