CN113756868A - 一种岩土工程地下侧边墙施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的岩土工程地下侧边墙通过间隔布置的高水材料充填部和矸石材料充填部组成，首先通过单体液压支柱快速主动支撑沿空留巷顶板，并在其支护下注入高水材料，与此同时码放矸石充填袋，布置弹性气囊，弹性气囊可快速充气，从而快速接顶，此时形成了单体液压支柱和矸石材料充填部的组合支撑，为高水材料固结赢得了时间；高水材料固结后，通过背板与其配合弥补固结后体积减小造成的不接顶问题。同时弹性气囊还可以对矸石充填体产生压缩作用，减小矸石充填体的残余下沉，即矸石材料充填部具有支撑强度大，支撑速度快的优势；而高水材料充填具右充填速度快的优势，弥补了码放矸石充填袋劳动强度大的问题。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程领域，涉及地下空间中的侧边墙施工，具体涉及岩土工程中的沿空留巷侧边墙的施工方法。
背景技术
沿空留巷是煤矿开采过程中常用的巷道布置技术，其在采煤工作面后沿采空区边缘砌筑侧边墙并维护原回采巷道，可以回采传统采矿方式中留设的保护煤柱；即其是采用一定的技术手段将上一工作面的巷道重新支护留给下一个工作面使用，可以最大限度回收资源，避免煤体损失。但是沿空留巷由于受到了上下两个工作面的重复采动影响，支护困难，尤其是靠近采空区侧的侧边墙的施工质量对于沿空留巷的质量具有重要影响。现有技术一般采用高水材料施工沿空留巷侧边墙，其问题在于高水材料固结速度慢，不易接顶，且后期稳定性不足，这使得沿空留巷后期维护困难。此外，煤矿开采后会产生大量的矸石，矸石通常通过堆积形式赋存于地面，占地面积大，污染水源，产生有害气体，其处理一直是难题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明研究了一种岩土工程地下侧边墙施工方法，所述侧边墙为沿空留巷侧边墙，包括如下步骤：
S1，进行本工作面的回采准备工作
S11,以上一工作面的沿空留巷作为本工作面的回风巷道，掘进本工作面的运输巷道，并开切眼以连通回风巷道与运输巷道；
S12，在切眼内布置回采设备，回采设备主要包括采煤机、刮板输送机和液压支架；
S2，进行本工作面沿空留巷侧边墙的施工准备工作
S21,布置高水材料充填系统，高水材料充填系统中的充填管路位于运输巷道内，并配备高水充填袋、背板以及单体液压支柱，构成沿空留巷侧边墙高水材料施工系统；
S22，布置弹性气囊充填系统，在弹性气囊靠近运输巷道的一端设置有充气支管、注浆支管、出气支管，充气支管、注浆支管分别与布置在运输巷道内的充气管路、注浆管路连接，同时配备装满矸石的矸石充填袋，构成沿空留巷侧边墙矸石材料施工系统；
优选的，在充气支管上设置有气体流量计、充气阀门；在注浆支管上设置有浆液流量计、注浆阀门，在出气支管上设置有压力计、气体流量计和放气阀门。
S23,布置矸石处理系统，矸石处理系统中的矸石输送管路位于运输巷道内，经回采区域进入靠近本工作面沿空留巷侧边墙处的采空区内；
S3，进行本工作面回采以及本工作面沿空留巷侧边墙施工
S31,进行待回采矿体的回采，同时在运输巷道靠近采空区侧施工本工作面沿空留巷侧边墙，沿空留巷侧边墙沿走向包括间隔布置的呈长方体的高水材料充填部和矸石材料充填部；
优选的，回采过程中撤回回风巷道内的单体液压支柱。
S32,自切眼开始间隔施工高水材料充填部，首先平行于沿空留巷侧边墙且位于沿空留巷侧边墙的两侧安装单体液压支柱，并在四角的单体液压支柱顶端挂高水充填袋，向其内注入高水材料；
优选的，靠近沿空留巷侧的单体液压支柱密度大于靠近采空区侧的密度。
S33，自切眼开始间隔施工矸石材料充填部，在相邻的高水材料充填部之间码放矸石充填袋至近于接顶；之后在矸石充填袋的上部布置弹性气囊，向弹性气囊内充气，使弹性气囊足以支撑顶板不下沉，矸石充填袋内矸石几乎不再压缩时停止充气，通过注浆支管注入速凝水泥，注浆的同时通过放气支管进行放气，保持注浆量和放气量持平；
优选的，矸石充填袋上下层之间交错布置(类似砌砖墙时砖块的交错布置)。
优选的，在本工作面沿空留巷顶板上设置有沉降监测点，在矸石材料充填部的矸石充填袋最上部设置有压缩量监测点。
S34，待高水材料固结后，在高水材料充填体顶部与顶板之间楔入背板，避免由于高水材料充填体顶部不接顶或者接顶不密实而造成顶板下沉；
优选的，背板的轴向沿倾向布置，长度与侧边墙宽度一致。
S35,撤回本工作面采空区侧的单体液压支柱，同时通过矸石处理系统在本工作面采空区靠近沿空留巷侧充填入矸石，形成采空区矸石支撑体；
优选的，采空区矸石支撑体与沿空留巷侧边墙之间不接触。
S36,如此循环S31-S35，直至采完本工作面、施工完工作面沿空留巷侧边墙。
本发明的有益技术效果为：1、本发明的沿空留巷侧边墙通过间隔布置的高水材料充填部和矸石材料充填部组成，高水材料充填部包括单体液压支柱、高水材料充填袋及高水材料充填体、背板，矸石材料充填部包括交错码放的矸石充填袋、弹性气囊；首先通过单体液压支柱的支撑作用快速主动的支撑沿空留巷顶板，并在其支护下注入高水材料，与此同时码放矸石充填袋(采用矸石充填袋码放速度快)，并在矸石充填袋上布置弹性气囊，弹性气囊可以快速充气，从而快速充填于矸石充填袋与顶板之间形成接顶，此时形成了单体液压支柱和矸石材料充填部的组合支撑，为高水材料的固结赢得了大量时间；而在高水材料固结后，通过背板与其配合弥补固结后体积减小造成的不接顶问题，此时高水材料充填部和矸石材料充填部整体皆实现支撑。
2、同时弹性气囊还可以对矸石充填体产生压缩作用，进一步减小矸石充填体的残余下沉，后期弹性气囊还可以置换为注浆充填体以形成最终的支撑，即矸石材料充填部具有支撑强度大，支撑速度快的优势；高水材料充填部的单体液压支柱支护速度更快，为矸石材料充填部施工提供支撑，而其高水材料充填充填速度快，弥补了码放矸石充填袋劳动强度大的问题，即取两者优点实现更优。
3、本发明的沿空留巷侧边墙可以及时支撑顶板，避免顶板在沿空留巷侧断裂，解决后期沿空留巷不利于支护的难题。此外，本发明通过矸石处理系统在本工作面采空区靠近沿空留巷侧充填入矸石，一方面形成对顶板的进一步支撑，减小沿空留巷侧边墙的支撑压力，便于沿空留巷的维护，另一方面可以消耗掘进等产生的矸石(矸石充填袋内的矸石也源自与此)，实现矸石不上井，而采空区矸石支撑体与沿空留巷侧边墙之间不接触避免了侧向对沿空留巷侧边墙形成压缩。
附图说明
图1是本发明一种岩土工程地下侧边墙施工方法俯视图；
图2是图1局部A处放大图；
图3是本发明沿空留巷侧边墙沿走向正视图(省略单体液压支柱)；
图4是本发明沿空留巷倾向剖视图(采空区靠近侧边墙侧充填入矸石前)；
图5是本发明沿空留巷倾向剖视图(采空区靠近侧边墙侧充填入矸石后)；
图中，回风巷道1，待回采矿体2、沿空留巷侧边墙3、运输巷道4、切眼5、回采区域6、弹性气囊7、充气支管8、注浆支管9、出气支管10、单体液压支柱11、采空区12、高水材料充填部13、矸石材料充填部14、高水充填袋15、背板16、矸石充填袋17、顶板18、本工作面采空区靠近沿空留巷侧19、采空区矸石支撑体20。
具体实施方式
如图1-4所示，一种岩土工程地下侧边墙施工方法，所述侧边墙为沿空留巷侧边墙，包括如下步骤：
S1，进行本工作面的回采准备工作
S11,以上一工作面的沿空留巷作为本工作面的回风巷道1，回风巷道1一侧为本工作面的待回采矿体2，另一侧为上一工作面沿空留巷侧边墙3；掘进本工作面的运输巷道4，并开切眼5以连通回风巷道1与运输巷道4；
S12，在切眼5内布置回采设备，回采设备主要包括采煤机、刮板输送机和液压支架；
S2，进行本工作面沿空留巷侧边墙的施工准备工作
S21,布置高水材料充填系统，高水材料充填系统中的充填管路位于运输巷道4内，并配备高水充填袋15、背板16以及单体液压支柱11，构成沿空留巷侧边墙高水材料施工系统；
S22，布置弹性气囊充填系统，弹性气囊充填系统包含弹性气囊7，在弹性气囊7靠近运输巷道4的一端设置有充气支管8、注浆支管9、出气支管10，充气支管8、注浆支管9分别与布置在运输巷道4内的充气管路、注浆管路连接，同时配备装满矸石的矸石充填袋17，构成沿空留巷侧边墙矸石材料施工系统；
优选的，在充气支管8上设置有气体流量计、充气阀门；在注浆支管9上设置有浆液流量计、注浆阀门，在出气支管10上设置有压力计、气体流量计和放气阀门。
S23,布置矸石处理系统，矸石处理系统中的矸石输送管路位于运输巷道4内，经回采区域6进入靠近本工作面沿空留巷侧边墙处的采空区内(图4中19处)；
S3，进行本工作面回采以及本工作面沿空留巷侧边墙施工
S31,进行本工作面内的待回采矿体2的回采工作，回采设备随着工作面的推进不断前移，以图1中为例，回采设备当前位于回采区域6；同时在运输巷道4靠近采空区12侧施工本工作面沿空留巷侧边墙3，沿空留巷侧边墙3沿走向包括间隔布置的呈长方体的高水材料充填部13和矸石材料充填部14；
优选的，回采过程中撤回回风巷道1内的(上一工作面沿空留巷侧边墙的)单体液压支柱11。
S32,自切眼5开始间隔施工高水材料充填部13，首先平行于沿空留巷侧边墙3且位于沿空留巷侧边墙的两侧安装单体液压支柱11，以及时对顶板18形成主动的支撑，减小顶板18的下沉量；在四角的单体液压支柱顶端挂高水充填袋15，并向其内注入高水材料；
优选的，靠近沿空留巷侧的单体液压支柱11密度大于靠近采空区12侧的密度。
S33，自切眼5开始间隔施工矸石材料充填部14，在相邻的高水材料充填部13之间码放已经充满矸石的矸石充填袋17，直至近于接顶；之后在矸石充填袋的上部布置弹性气囊7，向弹性气囊7内充气，使弹性气囊足以支撑顶板18不下沉，避免由于矸石充填袋不接顶以及矸石不密实压缩而造成顶板下沉；弹性气囊内持续充气，直至矸石充填袋内矸石几乎不再压缩时，停止充气并关闭充气阀门，通过注浆支管注入速凝水泥，注浆的同时通过放气支管进行放气，保持注浆量和放气量持平，即要保证弹性气囊内的压力不变(保持对顶板的支撑压力)；
优选的，矸石充填袋17上下层之间交错布置。
优选的，在本工作面沿空留巷顶板18上设置有沉降监测点，在矸石材料充填部14的矸石充填袋最上部设置有压缩量监测点。
S34，待高水材料固结后，在高水材料充填体顶部与顶板18之间楔入背板16，避免由于高水材料充填体顶部不接顶或者接顶不密实而造成顶板18下沉；
优选的，背板16的轴向沿倾向布置，长度与侧边墙宽度一致。
S35,撤回本工作面采空区侧的单体液压支柱，同时通过矸石处理系统在本工作面采空区靠近沿空留巷侧19充填入矸石；一方面形成对顶板18的进一步支撑(图5中，形成采空区矸石支撑体20)，减小沿空留巷侧边墙的支撑压力，便于沿空留巷的维护，另一方面可以消耗掘进等产生的矸石，实现矸石不上井。
优选的，采空区矸石支撑体20与沿空留巷侧边墙3之间不接触。
S36,如此循环S31-S35，直至采完本工作面、施工完工作面沿空留巷侧边墙。
Claims (7)
1.本发明研究了一种岩土工程地下侧边墙施工方法，所述侧边墙为沿空留巷侧边墙，其特征在于，包括如下步骤：
S1，进行本工作面的回采准备工作
S11,以上一工作面的沿空留巷作为本工作面的回风巷道，掘进本工作面的运输巷道，并开切眼以连通回风巷道与运输巷道；
S12，在切眼内布置回采设备，回采设备主要包括采煤机、刮板输送机和液压支架；
S2，进行本工作面沿空留巷侧边墙的施工准备工作
S21,布置高水材料充填系统，高水材料充填系统中的充填管路位于运输巷道内，并配备高水充填袋、背板以及单体液压支柱，构成沿空留巷侧边墙高水材料施工系统；
S22，布置弹性气囊充填系统，在弹性气囊靠近运输巷道的一端设置有充气支管、注浆支管、出气支管，充气支管、注浆支管分别与布置在运输巷道内的充气管路、注浆管路连接，同时配备装满矸石的矸石充填袋，构成沿空留巷侧边墙矸石材料施工系统；
S23,布置矸石处理系统，矸石处理系统中的矸石输送管路位于运输巷道内，经回采区域进入靠近本工作面沿空留巷侧边墙处的采空区内；
S3，进行本工作面回采以及本工作面沿空留巷侧边墙施工
S31,进行待回采矿体的回采，同时在运输巷道靠近采空区侧施工本工作面沿空留巷侧边墙，沿空留巷侧边墙沿走向包括间隔布置的呈长方体的高水材料充填部和矸石材料充填部；
S32,自切眼开始间隔施工高水材料充填部，首先平行于沿空留巷侧边墙且位于沿空留巷侧边墙的两侧安装单体液压支柱，并在四角的单体液压支柱顶端挂高水充填袋，向其内注入高水材料；
S33，自切眼开始间隔施工矸石材料充填部，在相邻的高水材料充填部之间码放矸石充填袋至近于接顶；之后在矸石充填袋的上部布置弹性气囊，向弹性气囊内充气，使弹性气囊足以支撑顶板不下沉，矸石充填袋内矸石几乎不再压缩时停止充气，通过注浆支管注入速凝水泥，注浆的同时通过放气支管进行放气，保持注浆量和放气量持平；
S34，待高水材料固结后，在高水材料充填体顶部与顶板之间楔入背板；
S35,撤回本工作面采空区侧的单体液压支柱，同时通过矸石处理系统在本工作面采空区靠近沿空留巷侧充填入矸石，形成采空区矸石支撑体；
S36,如此循环S31-S35，直至采完本工作面、施工完工作面沿空留巷侧边墙。
2.根据权利要求1所述的采矿法，其特征在于，在充气支管上设置有气体流量计、充气阀门；在注浆支管上设置有浆液流量计、注浆阀门，在出气支管上设置有压力计、气体流量计和放气阀门；在本工作面沿空留巷顶板上设置有沉降监测点，在矸石材料充填部的矸石充填袋最上部设置有压缩量监测点。
3.根据权利要求1所述的采矿法，其特征在于，步骤S31中，回采过程中撤回回风巷道内的单体液压支柱。
4.根据权利要求1所述的采矿法，其特征在于，步骤S32中，靠近沿空留巷侧的单体液压支柱密度大于靠近采空区侧的密度。
5.根据权利要求1所述的采矿法，其特征在于，步骤S33中，矸石充填袋上下层之间交错布置。
6.根据权利要求1所述的采矿法，其特征在于，步骤S34中，背板的轴向沿倾向布置，长度与侧边墙宽度一致。
7.根据权利要求1所述的采矿法，其特征在于，步骤S35中，采空区矸石支撑体与沿空留巷侧边墙之间不接触。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117145477A (zh) * | 2023-10-30 | 2023-12-01 | 华能煤炭技术研究有限公司 | 一种地表均匀沉降的煤矿开采方法 |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117145477A (zh) * | 2023-10-30 | 2023-12-01 | 华能煤炭技术研究有限公司 | 一种地表均匀沉降的煤矿开采方法 |
| CN117145477B (zh) * | 2023-10-30 | 2024-01-30 | 华能煤炭技术研究有限公司 | 一种地表均匀沉降的煤矿开采方法 |
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