CN113914860B - 一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法，包括以下步骤：(1)将要留巷的巷道顶板进行加强支护；(2)超前工作面进行巷道补强支护，施工预裂钻孔并对顶板进行切顶预裂；(3)工作面推进并进行固体充填；(4)对工作面液压支架后侧进行挡矸支护；(5)对垮落稳定后的留巷进行断面修正和喷浆。在固体充填工作面引入切顶沿空留巷技术，大大减轻了工作面沿空留巷劳动强度，提高固体充填工作面推进效率；通过对采空区进行不密实矸石充填，能够减轻工作面来压强度，增加巷旁切落顶板的完整性，降低巷道变形程度，提高切顶留巷的工程质量。

Description

一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法。
背景技术
固体充填开采作为一种充填开采方法，既保证了工作面开采安全和上覆岩层稳定控制，又处理了大量矸石等固体废弃物，是一种绿色开采方法，近几年被广泛采用。固体充填采煤沿空留巷综合了充填和沿空留巷技术的优势，在实现充填开采的同时又保障了无煤柱开采，提高资源采出率，应用前景较大。
目前固体充填沿空留巷主要采用巷旁垒砌矸石袋、膏体或高水材料充填，虽然能够实现沿空留巷的充填。但是这种方法存在劳动强度大，施工安全保障差，留巷与充填工艺相互冲突，巷旁充填体承载性能低等缺点。优化固体充填沿空留巷一直是本技术领域内的一大课题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法，通过切顶形成巷旁支护结构，代替原有沿空留巷中巷旁垒砌矸石袋、膏体或高水材料充填等技术，从而简化了留巷工艺，提高了留巷效率，降低了工人劳动强度。
技术方案：本发明的一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法，包括以下步骤：
步骤一、首先对将要留巷的回采巷道顶板及巷道帮部加强支护，其中，顶板采用大直径锚索(1)及锚索梁(2)加固，巷道帮部采用帮部锚索(3)+帮部锚杆+钢带(4)组合支护，底板采用底板锚杆(5)支护，底板锚固段需锚入底板岩石中；
步骤二、根据煤层厚度、充填工作面充实率、矸石碎胀系数、矸石压实系数信息计算切顶高度Hc，并在巷道靠近工作面一侧顶板施工切顶钻孔(6)，然后采用双向聚能爆破预裂技术对超前工作面顶板进行切顶爆破工作；
步骤三、切顶爆破工作完成后，工作面采煤机在液压支架(15)掩护下进行采煤作业，工作面外部运送的矸石经转载机(7)送到通向采空区的后部刮板输送机(8)，对采空区实施充填；
步骤四、随着工作面的不断推进，在平行于液压支架(15)位置进行挡矸支护，采用“单体液压支柱+铰接顶梁+U型钢+钢筋网”的联合支护，对相邻U型钢(9)的棚腿用连杆(10)连接构成U型钢梁；待U型钢梁及钢筋网(11)安设完成后，采用单体支柱(12)配金属铰接顶梁(13)支护，顺巷帮沿工作面推进方向支设，在钢筋网与U型钢(9)之间铺设菱形网和风筒布(14)，菱形网和风筒布上下超出部分分别固定到顶底板内；
步骤五、待顶板垮落并稳定后，对垮落不充分的地方进行填充，整理巷道形状满足使用要求，并对巷道切顶后的区域喷浆，此时将单体支柱(12)撤掉，保留U型钢(9)进行挡矸。
步骤一中，所述的加强支护的对象为超前工作面300m内的巷道。
步骤二中，所述的切顶高度Hc的计算按照下式：
Hc＝[1+R(k-k′-1)]Hm/(k-1)
式中：Hm为煤层厚度，R为充填工作面充实率，k为矸石碎胀系数，k’为充填体压实系数。
步骤二中，所述的切顶钻孔(6)布置在回采巷道靠工作面的一侧，距离巷道靠近工作面一侧帮部180-220mm，与铅垂线的夹角为4-6°，钻孔间距约为550mm。
步骤二中，所述施工预裂钻孔(6)需在加强支护的掩护下进行，切顶爆破工作需超前工作面不低于130m，该超前工作面内距工作面20m范围内采用端头支架和超前支架进行超前支护，20-130m范围人行道采用单元式超前液压支架支护，单元架走向中心距控制在10±0.1m之间。
步骤二中，所述的切顶爆破工作：首先设计单孔试验，再进行间隔爆破，观察两个相邻装药孔内裂纹情况，如果两个相邻装药孔间空孔裂纹未达到切顶要求，需再进行一次连续爆破试验，最终确定一次爆破孔数及爆破方式。
步骤三中，所述的液压支架(15)采用固体充填液压支架，通过设在固体充填液压支架后部的刮板输送机(8)将矸石运输至采空区，工作面充实率根据矿井井下处理矸石的需要调整。
步骤四中，所述的单体支柱(12)底部设有铁鞋，每两根单体支柱(12)之间叠加铺设钢筋网和菱形网，并用木楔将钢筋网和菱形网紧固。
步骤四中，所述的单体支柱(12)和U型钢(9)的顶板上加设有木楔。
有益效果：本发明是一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法，采用预裂顶板方式进行切顶沿空留巷，通过采空区处理矿井矸石等固体废弃物，充填体有效支撑上覆岩层，提高留巷质量。通过切顶形成巷旁支护结构，代替原有沿空留巷中巷旁垒砌矸石袋、膏体或高水材料充填等技术，简化了留巷工艺，提高了留巷效率，降低了工人劳动强度；通过调整固体充填工作面充填工艺，提高顶板垮落的完整性，报障了留巷质量；同时采空区充填体对工作面上覆岩层有效支撑，减小了所留巷道的矿山压力，减轻了留巷后巷道维护成本。与现有技术相比具有以下优点：
1)本发明实用性强，推广应用价值高。
2)本发明通过切落巷旁顶板形成巷旁支护结构，代替原有固体充填沿空留巷中垒砌矸石袋、高水/膏体充填等方式，能够有效减轻工人劳动强度，保障工作安全，提高留巷效率。
3)本发明采用矸石对采空区进行非密实充填，能够有效支撑上覆岩层顶板，降低工作面开采对留巷工作的影响。
4)本发明中靠近留巷巷道的3-4架充填液压支架不进行架后充填，能够提高煤层切落顶板的完整性，同时减轻充填材料对架后挡矸支护的影响，提高留巷质量。
附图说明
图1为开采工作面和沿空留巷的俯视平面图。
图2为图1沿A-A方向的剖视图。
图3为图1沿B-B方向的剖视图。
图中：1-大直径锚索；2-锚索梁；3-帮部锚索；4-钢带；5-底板锚杆；6-超前预裂钻孔；7-转载机；8-后部刮板输送机；9-U型钢；10-连接杆；11-钢筋网；12-单体支柱；13-金属胶结顶梁；14-菱形网和风筒布；15-固体充填液压支架。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
本发明的非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法，具体步骤如下：
步骤一、首先对将要留巷的回采巷道顶板及巷道帮部加强支护，其中，顶板采用大直径锚索1及锚索梁2加固，巷道帮部采用帮部锚索3+帮部锚杆+钢带4组合支护，底板采用底板锚杆5支护，底板锚固段需锚入底板岩石中；所述的加强支护的对象为超前工作面300m内的巷道。
步骤二、根据煤层厚度、充填工作面充实率、矸石碎胀系数、矸石压实系数信息计算切顶高度Hc，并在巷道靠近工作面一侧顶板施工切顶钻孔6，然后采用双向聚能爆破预裂技术对超前工作面顶板进行切顶爆破工作，为减弱工作面推进后采空区侧向支承压力的影响；
所述的切顶高度Hc的计算按照下式：
Hc＝[1+R(k-k′-1)]Hm/(k-1)
式中：Hm为煤层厚度，R为充填工作面充实率，k为矸石碎胀系数，k’为充填体压实系数。
所述的切顶钻孔6布置在回采巷道靠工作面的一侧，距离巷道靠近工作面一侧帮部180-220mm，与铅垂线的夹角为4-6°，钻孔间距约为550mm。
所述施工预裂钻孔6需在加强支护的掩护下进行，切顶爆破工作需超前工作面不低于130m，该超前工作面内距工作面20m范围内采用端头支架和超前支架进行超前支护，20-130m范围人行道采用单元式超前液压支架支护，单元架走向中心距控制在10±0.1m之间。
所述的切顶爆破工作：首先设计单孔试验，再进行间隔爆破，观察两个相邻装药孔内裂纹情况，如果两个相邻装药孔间空孔裂纹未达到切顶要求，需再进行一次连续爆破试验，最终确定一次爆破孔数及爆破方式。
步骤三、切顶爆破工作完成后，工作面采煤机在液压支架15掩护下进行采煤作业，工作面外部运送的矸石经转载机7送到通向采空区的后部刮板输送机8，对采空区实施充填；所述的液压支架15采用固体充填液压支架，通过设在固体充填液压支架后部的刮板输送机8将矸石运输至采空区，工作面充实率根据矿井井下处理矸石的需要调整。
步骤四、随着工作面的不断推进，在平行于液压支架15位置进行挡矸支护，采用“单体液压支柱+铰接顶梁+U型钢+钢筋网”的联合支护，对相邻U型钢9的棚腿用连杆10连接构成U型钢梁；待U型钢梁及钢筋网11安设完成后，采用单体支柱12配金属铰接顶梁13支护，顺巷帮沿工作面推进方向支设，在钢筋网与U型钢9之间铺设菱形网和风筒布14，菱形网和风筒布上下超出部分分别固定到顶底板内；所述的单体支柱12底部设有铁鞋，每两根单体支柱12之间叠加铺设钢筋网和菱形网，并用木楔将钢筋网和菱形网紧固。所述的单体支柱12和U型钢9的顶板上加设有木楔。
步骤五、待顶板垮落并稳定后，对垮落不充分的地方进行填充，整理巷道形状满足使用要求，并对巷道切顶后的区域喷浆，此时将单体支柱12撤掉，保留U型钢9进行挡矸。

Claims (5)

1.一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、首先对将要留巷的回采巷道顶板及巷道帮部加强支护，其中，顶板采用大直径锚索(1)及锚索梁(2)加固，巷道帮部采用帮部锚索(3)+帮部锚杆+钢带(4)组合支护，底板采用底板锚杆(5)支护，底板锚固段需锚入底板岩石中；所述加强支护的对象为超前工作面300m内的巷道；
步骤二、根据煤层厚度、充填工作面充实率、矸石碎胀系数、矸石压实系数信息计算切顶高度Hc，并在巷道靠近工作面一侧顶板施工切顶钻孔(6)，然后采用双向聚能爆破预裂技术对超前工作面顶板进行切顶爆破工作；
所述的切顶高度Hc的计算按照下式：
Hc＝[1+R(k-k′-1)]Hm/(k-1)
式中：Hm为煤层厚度，R为充填工作面充实率，k为矸石碎胀系数，k’为充填体压实系数；
所述的切顶钻孔(6)布置在回采巷道靠工作面的一侧，距离巷道靠近工作面一侧帮部180-220mm，与铅垂线的夹角为4-6°，钻孔间距为550mm；
步骤三、切顶爆破工作完成后，工作面采煤机在液压支架(15)掩护下进行采煤作业，工作面外部运送的矸石经转载机(7)送到通向采空区的后部刮板输送机(8)，对采空区实施充填；
步骤四、随着工作面的不断推进，在平行于液压支架(15)位置进行挡矸支护，采用“单体支柱+铰接顶梁+U型钢+钢筋网”的联合支护，对相邻U型钢(9)的棚腿用连杆(10)连接构成U型钢梁；待U型钢梁及钢筋网(11)安设完成后，采用单体支柱(12)配金属铰接顶梁(13)支护，顺巷帮沿工作面推进方向支设，在钢筋网与U型钢(9)之间铺设菱形网和风筒布(14)，菱形网和风筒布上下超出部分分别固定到顶底板内；
所述的单体支柱(12)底部设有铁鞋，每两根单体支柱(12)之间叠加铺设钢筋网和菱形网，并用木楔将钢筋网和菱形网紧固；
步骤五、待顶板垮落并稳定后，对垮落不充分的地方进行填充，整理巷道形状满足使用要求，并对巷道切顶后的区域喷浆，此时将单体支柱(12)撤掉，保留U型钢(9)进行挡矸。
2.根据权利要求1所述的一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法，其特征在于：步骤二中，所述施工切顶钻孔(6)需在加强支护的掩护下进行，切顶爆破工作需超前工作面不低于130m，该超前工作面内距工作面20m范围内采用端头支架和超前支架进行超前支护，20-130m范围人行道采用单元式超前液压支架支护，单元架走向中心距控制在10±0.1m之间。
3.根据权利要求1所述的一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法，其特征在于：步骤二中，所述的切顶爆破工作：首先设计单孔试验，再进行间隔爆破，观察两个相邻装药孔内裂纹情况，如果两个相邻装药孔间空孔裂纹未达到切顶要求，需再进行一次连续爆破试验，最终确定一次爆破孔数及爆破方式。
4.根据权利要求1所述的一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法，其特征在于：步骤三中，所述的液压支架(15)采用固体充填液压支架，通过设在固体充填液压支架后部的刮板输送机(8)将矸石运输至采空区，工作面充实率根据矿井井下处理矸石的需要调整。
5.根据权利要求1所述的一种非密实固体充填工作面切顶沿空留巷方法，其特征在于：步骤四中，所述的单体支柱(12)和U型钢(9)的顶板上加设有木楔。
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