CN114060069B - 一种浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，包括如下步骤：S01：准备好处于收起状态的张拉式支撑架；S02：将处于收起状态的所述张拉式支撑架搬运至采煤工作面的液压支架的后方；S03：随着所述采煤工作面的推进，在所述液压支架的后方间隔布置所述张拉式支撑架，并将所述张拉式支撑架撑开；S04：采煤完成后，所述张拉式支撑架保留在采空区中用于支撑跨落的上覆岩层。本发明公开的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，在采空区中布置张拉式支撑架起到支撑跨落的上覆岩层的作用，减少地表塌陷，有利于保护环境。当采空区作为地下水库时，由于张拉式支撑架的支撑作用，起到了扩容地下水库的效果。

Description

一种浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法
技术领域
本发明涉及浅埋深煤矿的采空区支护技术领域，尤其涉及一种浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法。
背景技术
浅埋深煤矿是指煤层的埋深在200m左右的煤矿。浅埋深煤矿的特点是地表的下方多为第四系黄土层、泥岩类型岩层等。
如图1所示，目前浅埋深煤矿的主流开采方法为自然垮落法，不对采空区采取支护措施。因此当采空区上方的上覆岩层塌陷后，第四系黄土、泥岩类型岩层难以形成支撑地表的关键岩层，从而导致地表塌陷，容易引起环境问题。
有鉴于此，提供一种能够对采空区提前支护的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法成为必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够对采空区提前支护的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法。
本发明技术方案提供一种浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，包括如下步骤：
S01：准备好处于收起状态的张拉式支撑架；其中，所述张拉式支撑架包括三条支撑杆、三条上部拉索、三条下部拉索和三条侧部拉索；
任意两条所述支撑杆的上端之间连接有一条所述上部拉索，任意两条所述支撑杆的下端之间连接有一条所述下部拉索；
按照预设顺序，每条所述支撑杆的下端与下一条所述支撑杆的上端之间连接有一条所述侧部拉索；
S02：将处于收起状态的所述张拉式支撑架搬运至采煤工作面的液压支架的后方；
S03：随着所述采煤工作面的推进，在所述液压支架的后方间隔布置所述张拉式支撑架，并将所述张拉式支撑架撑开；
其中，处于撑开状态的所述张拉式支撑架中的三条所述支撑杆分别倾斜向上延伸且两两交叉；
三条所述上部拉索和三条所述下部拉索分别形成三角形结构，每条所述侧部拉索与一条所述上部拉索及一条支撑杆形成三角形结构，每条所述侧部拉索与一条所述下部拉索及一条支撑杆形成三角形结构；
S04：采煤完成后，所述张拉式支撑架保留在采空区中用于支撑跨落的上覆岩层。
在其中一项可选技术方案中，在所述步骤S03中还包括：
调整所述支撑杆的下端位置或倾斜角度，使得三条所述上部拉索形成三角形结构与水平面平行。
在其中一项可选技术方案中，在所述步骤S03中还包括：
调整所述支撑杆的下端位置或倾斜角度，使得三条所述支撑杆形成三个的交叉点也呈三角形结构。
在其中一项可选技术方案中，在所述步骤S03中还包括：
将每条所述支撑杆的下端可枢转地安装在底板上。
在其中一项可选技术方案中，在所述步骤S03中还包括：
在任意相邻的两个所述张拉式支撑架之间连接至少一条连接拉索；
所述连接拉索的一端连接在一个所述张拉式支撑架的一条所述支撑杆的中部，所述连接拉索的另一端连接在另一个所述张拉式支撑架的一条所述支撑杆的中部。
在其中一项可选技术方案中，在所述步骤S01中还包括：
在所述支撑杆、所述上部拉索、所述下部拉索及所述侧部拉索上分别涂覆防腐涂层。
在其中一项可选技术方案中，多个所述张拉式支撑架在所述采空区中呈条带式布置。
在其中一项可选技术方案中，多个所述张拉式支撑架在所述采空区中分为多列第一支撑架列和多列第二支撑架列，所述第一支撑架列和所述第二支撑架列分别包括多个前后间隔布置的所述张拉式支撑架；
任意相邻的两列所述第一支撑架列之间具有一列所述第二支撑架列，且所述第二支撑架列中的所述张拉式支撑架与所述第一支撑架列中的所述张拉式支撑架前后交错布置。
在其中一项可选技术方案中，处于撑开状态的所述张拉式支撑架中的三条所述支撑杆与水平面的夹角在50°-70°之间。
在其中一项可选技术方案中，所述支撑杆采用不锈钢支撑杆；所述上部拉索、所述下部拉索及所述侧部拉索分别采用不锈钢拉索。
采用上述技术方案，具有如下有益效果：
本发明提供的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，随着采煤工作面的推进在液压支架的后方布置张拉式支撑架，以用于支护采空区，当采空区上方的上覆岩层跨落时，张拉式支撑架起到支撑跨落的上覆岩层的作用，减少地表塌陷，有利于保护环境。当采空区作为地下水库时，由于张拉式支撑架的支撑作用，起到了扩容地下水库的效果。
附图说明
参见附图，本发明的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1为现有技术中，浅埋深煤矿的采空区中无支护，上覆岩层跨落后地表塌陷的示意图；
图2为在采空区中布置的张拉式支撑架支撑住跨落的上覆岩层的示意图；
图3为跨落的上覆岩层有部分岩石块落入采空区中的示意图；
图4为张拉式支撑架处于撑开状态时的立体图；
图5为张拉式支撑架布置在液压支架的后方的示意图；
图6为相邻的两个张拉式支撑架之间连接有连接拉索的示意图；
图7为多个张拉式支撑架在采空区中呈条带式布置的示意图；
图8为多个张拉式支撑架在采空区中分为多列第一支撑架列和多列第二支撑架列，且第一支撑架列中的张拉式支撑架与第二支撑架列的张拉式支撑架前后交错布置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图2-5所示，本发明一实施例提供的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，包括如下步骤：
S01：准备好处于收起状态的张拉式支撑架6。其中，张拉式支撑架6包括三条支撑杆61、三条上部拉索62、三条下部拉索63和三条侧部拉索64。
任意两条支撑杆61的上端之间连接有一条上部拉索62，任意两条支撑杆61的下端之间连接有一条下部拉索63。
按照预设顺序，每条支撑杆61的下端与下一条支撑杆61的上端之间连接有一条侧部拉索64。
S02：将处于收起状态的张拉式支撑架6搬运至采煤工作面的液压支架7的后方。
S03：随着采煤工作面的推进，在液压支架7的后方间隔布置张拉式支撑架6，并将张拉式支撑架6撑开。
其中，处于撑开状态的张拉式支撑架6中的三条支撑杆61分别倾斜向上延伸且两两交叉。
三条上部拉索62和三条下部拉索63分别形成三角形结构，每条侧部拉索64与一条上部拉索62及一条支撑杆61形成三角形结构，每条侧部拉索64与一条下部拉索63及一条支撑杆61形成三角形结构。
S04：采煤完成后，张拉式支撑架6保留在采空区5中用于支撑跨落的上覆岩层4。
浅埋深煤矿的地层结构从上往下一般分为地表1、第四系黄土层2、泥岩类型岩层3和上覆岩层4(煤层顶板)。煤层的埋深一般在200m左右，不会超过300m。
本发明提供的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，采用张拉式支撑架6。张拉式支撑架6具有收起状态和撑开状态。
张拉式支撑架6包括三条支撑杆61、三条上部拉索62、三条下部拉索63和三条侧部拉索64。三条上部拉索62连接在三条支撑杆61的上端之间，三条下部拉索63连接在三条支撑杆61的下端之间。
将三条支撑杆61区分为1号支撑杆、2号支撑杆和3号支撑杆，1号支撑杆的下端与2号支撑杆的上端之间连接有一条侧部拉索64，2号支撑杆的下端与3号支撑杆的上端之间连接有一条侧部拉索64，3号支撑杆的下端与1号支撑杆的上端之间连接有一条侧部拉索64。
在运输时，将张拉式支撑架6收起。当张拉式支撑架6布置在液压支架7的后方时，将张拉式支撑架6撑开。撑开的张拉式支撑架6的结构如下：三条支撑杆61分别倾斜向上延伸且两两交叉，三条上部拉索62和三条下部拉索63分别形成三角形结构。连接在1号支撑杆下端与2号支撑杆上端的侧部拉索64、连接在1号支撑杆上端与2号支撑杆上端的上部拉索62及1号支撑杆形成三角形结构。
接在1号支撑杆下端与2号支撑杆上端的侧部拉索64、连接在1号支撑杆上端与2号支撑杆上端的上部拉索62及1号支撑杆形成三角形结构。
连接在1号支撑杆下端与2号支撑杆上端的侧部拉索64、连接在1号支撑杆下端与2号支撑杆下端的下部拉索63及2号支撑杆形成三角形结构。
接在2号支撑杆下端与3号支撑杆上端的侧部拉索64、连接在2号支撑杆上端与3号支撑杆上端的上部拉索62及2号支撑杆形成三角形结构。
连接在2号支撑杆下端与3号支撑杆上端的侧部拉索64、连接在2号支撑杆下端与3号支撑杆下端的下部拉索63及3号支撑杆形成三角形结构。
接在3号支撑杆下端与1号支撑杆上端的侧部拉索64、连接在3号支撑杆上端与1号支撑杆上端的上部拉索62及3号支撑杆形成三角形结构。
连接在3号支撑杆下端与1号支撑杆上端的侧部拉索64、连接在3号支撑杆下端与1号支撑杆下端的下部拉索63及1号支撑杆形成三角形结构。
在张拉式支撑架6处于撑开状态时，上部拉索62、下部拉索63及侧部拉索64都处于张紧状态，从而使得张拉式支撑架6保持稳定。
处于撑开状态的张拉式支撑架6，具有多个三角形结构，可以提高支撑上覆岩层4的支撑稳定性。处于撑开状态的张拉式支撑架6在受到上覆岩层4下压时还可适应性扩张变形吸收闪上覆岩层4的碰撞能量，以避免张拉式支撑架6与上覆岩层4硬接触而被压垮。
本发明实施例提供的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，其步骤如下：
预先准备好处于收起状态的张拉式支撑架6。支撑杆61的直径、拉索的粗细及张拉式支撑架6的材料，可根据需要进行选择。
在采煤时通过搬运车或搬运工装将处于收起状态的张拉式支撑架6搬运至采煤工作面的液压支架7的后方。
随着采煤工作面的推进，同步在液压支架7的后方间隔布置张拉式支撑架6，间隔距离可根据上覆岩层4的厚度、结构等来确定，也可根据经验来布置。将布置在液压支架7后方的张拉式支撑架6撑开，此时上覆岩层4还未跨落，张拉式支撑架6的顶部与上覆岩层4之间具有一定的间隔。
根据需要，可在每个液压支架7的后方布置一排张拉式支撑架6，前后相邻的张拉式支撑架6间隔，左右相邻的张拉式支撑架6间隔。
在采煤完成后，张拉式支撑架6保留在采空区5中用于支撑跨落的上覆岩层4。
图2为拉式支撑架6支撑跨落的上覆岩层4的理想状态图，可有效抑制上覆岩层4的跨落，地表1基本无影响。
图3为拉式支撑架6支撑跨落的上覆岩层4的实际状态图，有部分岩石块41落入采空区5中，但拉式支撑架6也可有效抑制上覆岩层4的跨落，地表1基本无影响。
由此，本发明提供的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，随着采煤工作面的推进在液压支架7的后方布置张拉式支撑架6，以用于支护采空区5，当采空区5上方的上覆岩层4跨落时，张拉式支撑架6起到支撑跨落的上覆岩层4的作用，减少地表1塌陷，有利于保护环境。当采空区5作为地下水库时，由于张拉式支撑架6的支撑作用，起到了扩容地下水库的效果。
在其中一个实施例中，如图4所示，在步骤S03中还包括：调整支撑杆61的下端位置或倾斜角度，使得三条上部拉索62形成三角形结构与水平面平行，可以更好地支撑廓落的上覆岩层4。
3条支撑杆61可选择等长，也可根据需要设置采用不同的长度，可根据采空区5的底板地形，调节调整支撑杆61的下端位置或倾斜角度，使得三条上部拉索62形成三角形结构与水平面平行。
在其中一个实施例中，如图4所示，在步骤S03中还包括：调整支撑杆61的下端位置或倾斜角度，使得三条支撑杆61形成三个的交叉点也呈三角形结构。三条支撑杆61相互不接触，三条支撑杆61相互交叉，三个交叉点也呈三角形结构，进一步提高撑开的张拉式支撑架6的结构稳定性。
在其中一个实施例中，在步骤S03中还包括：将每条支撑杆61的下端可枢转地安装在底板上。每条支撑杆61的下端可通过球形铰链安装在采空区5的底板上，使得每条支撑杆61可转动调节，但限制其移动，可避免张拉式支撑架6受到上覆岩层4的压迫时出现滑移现象。
在其中一个实施例中，如图6所示，在步骤S03中还包括：在任意相邻的两个张拉式支撑架6之间连接至少一条连接拉索65。
连接拉索65的一端连接在一个张拉式支撑架6的一条支撑杆61的中部，连接拉索65的另一端连接在另一个张拉式支撑架6的一条支撑杆61的中部。
通过连接拉索65可将多个张拉式支撑架6组成一个整体，可有效防止张拉式支撑架6受到上覆岩层4的压迫时出现滑移现象，且支撑效果好。
在其中一个实施例中，在步骤S01中还包括：在支撑杆61、上部拉索62、下部拉索63及侧部拉索64上分别涂覆防腐涂层，可延长张拉式支撑架6的使用寿命。
防腐涂层可采用防腐剂涂料，将防腐剂涂料刷在支撑杆61、上部拉索62、下部拉索63及侧部拉索64上形成防腐涂层。
在其中一个实施例中，如图7所示，多个张拉式支撑架6在采空区5中呈条带式布置，方便布置，并可代替现有的条带式填充的效果。与实体的条带式填充相比，本方案可以增加采空区5的储水空间。
在其中一个实施例中，如图8所示，多个张拉式支撑架6在采空区5中分为多列第一支撑架列66和多列第二支撑架列67，第一支撑架列66和第二支撑架列67分别包括多个前后间隔布置的张拉式支撑架6。
任意相邻的两列第一支撑架列66之间具有一列第二支撑架列67，且第二支撑架列67中的张拉式支撑架6与第一支撑架列66中的张拉式支撑架6前后交错布置。
本实施例中采用的交错布置方式，可以相互弥补支护空间，提高多个张拉式支撑架6整体对上覆岩层4的支护效果。
在其中一个实施例中，如图4所示，处于撑开状态的张拉式支撑架6中的三条支撑杆61与水平面的夹角在50°-70°之间，以调节张拉式支撑架6的顶部面积。在调节好支撑杆61的倾斜角度后，张拉式支撑架6在各拉索的作用保持稳定。在制作张拉式支撑架6时，可预先根据支撑杆61需要撑开的角度范围，提前设计好相应的各拉索的长度。
在其中一个实施例中，支撑杆61采用不锈钢支撑杆61，上部拉索62、下部拉索63及侧部拉索64分别采用不锈钢拉索，结构强度高，抗压能力强，可以更好地支撑跨落的上覆岩层4。
综上所述，本发明提供的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，随着采煤工作面的推进在液压支架的后方布置张拉式支撑架，以用于支护采空区，当采空区上方的上覆岩层跨落时，张拉式支撑架起到支撑跨落的上覆岩层的作用，减少地表塌陷，有利于保护环境。当采空区作为地下水库时，由于张拉式支撑架的支撑作用，起到了扩容地下水库的效果。
根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：准备好处于收起状态的张拉式支撑架；其中，所述张拉式支撑架包括三条支撑杆、三条上部拉索、三条下部拉索和三条侧部拉索；
任意两条所述支撑杆的上端之间连接有一条所述上部拉索，任意两条所述支撑杆的下端之间连接有一条所述下部拉索；
按照预设顺序，每条所述支撑杆的下端与下一条所述支撑杆的上端之间连接有一条所述侧部拉索；
S02：将处于收起状态的所述张拉式支撑架搬运至采煤工作面的液压支架的后方；
S03：随着所述采煤工作面的推进，在所述液压支架的后方间隔布置所述张拉式支撑架，并将所述张拉式支撑架撑开；
其中，处于撑开状态的所述张拉式支撑架中的三条所述支撑杆分别倾斜向上延伸且两两交叉；
三条所述上部拉索和三条所述下部拉索分别形成三角形结构，每条所述侧部拉索与一条所述上部拉索及一条支撑杆形成三角形结构，每条所述侧部拉索与一条所述下部拉索及一条支撑杆形成三角形结构；
S04：采煤完成后，所述张拉式支撑架保留在采空区中用于支撑跨落的上覆岩层。
2.根据权利要求1所述的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，其特征在于，在所述步骤S03中还包括：
调整所述支撑杆的下端位置或倾斜角度，使得三条所述上部拉索形成三角形结构与水平面平行。
3.根据权利要求1所述的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，其特征在于，在所述步骤S03中还包括：
调整所述支撑杆的下端位置或倾斜角度，使得三条所述支撑杆形成三个的交叉点也呈三角形结构。
4.根据权利要求1所述的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，其特征在于，在所述步骤S03中还包括：
将每条所述支撑杆的下端可枢转地安装在底板上。
5.根据权利要求1所述的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，其特征在于，在所述步骤S03中还包括：
在任意相邻的两个所述张拉式支撑架之间连接至少一条连接拉索；
所述连接拉索的一端连接在一个所述张拉式支撑架的一条所述支撑杆的中部，所述连接拉索的另一端连接在另一个所述张拉式支撑架的一条所述支撑杆的中部。
6.根据权利要求1所述的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，其特征在于，在所述步骤S01中还包括：
在所述支撑杆、所述上部拉索、所述下部拉索及所述侧部拉索上分别涂覆防腐涂层。
7.根据权利要求1所述的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，其特征在于，多个所述张拉式支撑架在所述采空区中呈条带式布置。
8.根据权利要求1所述的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，其特征在于，多个所述张拉式支撑架在所述采空区中分为多列第一支撑架列和多列第二支撑架列，所述第一支撑架列和所述第二支撑架列分别包括多个前后间隔布置的所述张拉式支撑架；
任意相邻的两列所述第一支撑架列之间具有一列所述第二支撑架列，且所述第二支撑架列中的所述张拉式支撑架与所述第一支撑架列中的所述张拉式支撑架前后交错布置。
9.根据权利要求1所述的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，其特征在于，处于撑开状态的所述张拉式支撑架中的三条所述支撑杆与水平面的夹角在50°-70°之间。
10.根据权利要求1所述的浅埋深煤矿的采空区预支护作业方法，其特征在于，所述支撑杆采用不锈钢支撑杆；所述上部拉索、所述下部拉索及所述侧部拉索分别采用不锈钢拉索。
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