CN114776369A - 一种用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法 - Google Patents

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赵家巍
王毅颖
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Abstract

本发明公开了一种用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，包括以下步骤：(1)进行初采范围内的充填和留巷作业；(2)将挡矸模板安装在抓举机构上；(3)使挡矸模板的顶端与巷道的顶端紧密接触，且挡矸模板的底端与巷道的底端紧密接触；(4)在挡矸模板靠近待充填体空间的一侧依次铺设、固定钢筋网和防渗膜，并确保钢筋网接顶接底；(5)将地面或井下运输至采煤工作面的矸石卸载到采空区，密实充填待充填空间；(6)使用锚杆钻机将自进式中空注浆锚杆穿过挡矸模板留设的注浆孔；(7)通过自进式中空注浆锚杆进行注浆加固；(8)重复进行步骤(2)‑(7)，直至采煤工作完成。本发明提高了工作面推进效率，实现了高效采煤‑充填‑留巷。

Description

一种用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法
技术领域
本发明涉及采矿技术领域，特别是涉及一种用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法。
背景技术
煤炭开采产生的以矸石为主的固体废弃物，长期主要以地面直接排放为主，对开采区域较大范围的空气、水体和土壤造成了严重的污染。当前，节约资源和保护环境已成为全球共识，矿区开发过程的环境标准和相关要求日趋严格，矸石固废的治理已势在必行，消除矸石的危害及矸石绿色利用成为企业亟待解决的艰巨任务，也是煤炭绿色开采的重要技术攻关方向。矸石充填开采技术近些年来的快速发展得到政府的高度重视，国家陆续出台多项政策法规与标准规范，引导充填采煤行业可持续健康发展。
沿充留巷是高瓦斯矿井、瓦斯突出矿井、有岩层移动和地表变形控制需求的矿井实施充填开采时必要的工艺。沿充留巷具体是指在充填工作面对巷内侧矸石充填散体进行注浆加固形成人工巷壁，不同于传统的沿空留巷工艺、机理、设备。在工作面回采过程中，通过有效的巷旁散料充填体成型技术，将本工作面的辅助运矸顺槽沿充填体保留下来，作为下一个工作面的运煤顺槽使用。沿充留巷技术把U型通风方式变成了Y型通风方式，解决了工作面瓦斯积聚与超限的问题。沿充留巷技术取消了区段煤柱，避免了区域集中应力，有利于岩层移动和地表变形控制。
矸石固体充填开采最初是以建下压煤而发展起来的，随着国家对于矿区生态文明建设的深入推进，越来越多的大型生产和大型新建矿井面临着大量矸石固废处置的问题，充填工作面充矸量大、推进速度快，现有矸石固体充填工作面留巷工序复杂、劳动强度大、效率低，不能满足矸石充填工作面快速推进的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高矸石充填和留巷的效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，基于用于矸石固体综采充填工作面的留巷系统，所述用于矸石固体综采充填工作面的留巷系统包括移动平台、挡矸模板、抓举机构和注浆单元，所述抓举机构滑动设置在所述移动平台上，所述抓举机构包括底座和至少两个均一端与所述底座铰接的主动伸缩杆，所述底座能够相对所述移动平台沿采煤方向滑动，每个所述主动伸缩杆的另一端均与所述挡矸模板可拆卸连接，且每个所述主动伸缩杆均能够相对所述挡矸模板转动，所述挡矸模板能够伸缩；所述注浆单元包括依次通过管路连接的浆液储存桶、注浆泵和自进式中空注浆锚杆，所述挡矸模板上对应所述自进式中空注浆锚杆设置有注浆孔，所述自进式中空注浆锚杆能够穿过对应的所述注浆孔；
留巷方法包括以下步骤：
(1)进行初采范围内的充填和留巷作业，直至初采范围内的充填和留巷作业完成，通过链条将移动平台的前端与采煤工作面的端头支架连接，所述端头支架前移时带动所述移动平台前移；
(2)将挡矸模板安装在抓举机构上，使得抓举机构上的主动伸缩杆与挡矸模板铰接，并调节所述主动伸缩杆的角度和长度使得所述挡矸模板位于待充填空间和沿充留巷巷道之间，且所述待充填空间应与已填充好的矸石充填体衔接；
(3)将所述挡矸模板伸长，使得所述挡矸模板的顶端与巷道的顶端紧密接触，且所述挡矸模板的底端与巷道的底端紧密接触，并使得所述挡矸模板满足设计支护强度；
(4)在所述挡矸模板靠近所述待充填体空间的一侧依次铺设、固定钢筋网和防渗膜，并确保钢筋网接顶接底；
(5)将地面或井下运输至采煤工作面的矸石卸载到采空区，利用带有推实装置的固体充填液压支架，由溜尾至溜头顺序进行密实充填所述待充填空间；
(6)在所述挡矸模板靠近采空区一侧的所述待充填空间充满矸石并接顶以后，使用锚杆钻机将自进式中空注浆锚杆穿过所述挡矸模板留设的注浆孔，打入矸石充填体内；
(7)将自进式中空注浆锚杆连接好注浆管路接头，采用设计注浆压力对巷旁矸石充填体进行注浆加固，注浆至设计注浆量以后停止注浆作业，待矸石与注浆浆液凝固成型后撤掉所述挡矸模板，并将抓举机构滑动到移动平台的前端；
(8)重复进行步骤(2)-(7)，直至采煤工作完成。
优选的，在步骤(7)中将所述挡矸模板拆除后，对步骤(6)中已打入矸石充填体内的自进式中空注浆锚杆安装托盘和螺母，但暂时不上预紧力；待步骤(7)中形成的矸石注浆体达到终强强度后，将自进式中空注浆锚杆的预紧力增加至设计要求，形成支撑顶板的稳定性结构。
优选的，所述主动伸缩杆为两个，两个所述主动伸缩杆与所述底座的铰接点的高度不同。
优选的，所述挡矸模板包括中部定位板、上伸缩板、下伸缩板、上伸千斤顶和下伸千斤顶，所述上伸缩板的底端和所述上伸千斤顶的底端分别与所述中部定位板固连，所述下伸缩板的顶端和所述下伸千斤顶的顶端分别与所述中部定位板固连；所述上伸千斤顶的顶端通过连接板与所述上伸缩板的顶端固连，所述下伸千斤顶的底端通过连接板与所述下伸缩板的底端固连；所述中部定位板上还对应所述主动伸缩杆设置有铰接座，所述主动伸缩杆与对应的所述铰接座铰接。
优选的，所述主动伸缩杆为液压伸缩杆；所述移动平台的前端通过链条与采煤工作面的端头支架连接。
优选的，所述移动平台的顶面上固设有两条相互平行的轨道，所述轨道的方向与所述移动平台的长度方向相同，所述底座与两条所述轨道滑动配合。
优选的，所述移动平台上固设有能够驱动所述底座沿两条所述轨道滑动的牵引电机。
优选的，所述自进式中空注浆锚杆的前端设置有合金钻头和旋进螺纹，且所述合金钻头较所述旋进螺纹靠前，所述自进式中空注浆锚杆的杆体上设置有多个注浆口。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法提高了矸石充填和留巷的效率。本发明的用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法大幅度提高了工作面推进效率，实现了高效采煤-充填-留巷。本发明用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法中的抓举机构与挡矸模板可拆卸，即二者分离设计，结构简单、使用灵活，不与端头支架、充填支架、底卸充填输送机相互干涉，随工作面推进自行前进，所配套升降平台和挡矸模板高度灵活可调，对煤层高度、地质条件、矿井生产非均衡性适应能力很强；本发明用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法利用了充填开采强矿压弱显现的特点，改变了传统沿空留巷工艺，将散体改性为胶结性较好的固体材料，形成稳定的巷道壁，取代了人工留巷方式，具有调整灵活、整体性强、留巷速度快、劳动强度低等优点，便于生产组织和操作的优点，完全实现机械化采煤-充填-留巷平行作业模式，极大地提高了采煤-充填-留巷效率。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法中用于矸石固体综采充填工作面的留巷系统的结构示意图；
图2为本发明用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法中用于矸石固体综采充填工作面的留巷系统的部分结构示意图一；
图3为本发明用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法中用于矸石固体综采充填工作面的留巷系统的部分结构示意图二；
图4为本发明用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法中用于矸石固体综采充填工作面的留巷系统中挡矸模板的结构示意图；
图5为本发明用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法中用于矸石固体综采充填工作面的留巷系统中自进式中空注浆锚杆的结构示意图；
其中：1、工作面前方煤体；2、采煤机；3、端头支架；4、沿充留巷巷道；5、链条；6、移动平台；7、轨道；8、抓举机构；801、底座；802、第一主动伸缩柱；803、第二主动伸缩柱；9、待充填空间；10、挡矸模板；11、钢筋网；12、矸石充填体；13、自进式中空注浆锚杆；131、注浆口；132、合金钻头；133、旋进螺纹；14、矸石注浆体；15、注浆泵；16、矸石转载设备；17、中部定位板；18、上伸缩板；19、下伸缩板；20、上伸千斤顶；21、下伸千斤顶；22、第一铰接座；23、第二铰接座；24、注浆管。
具体实施方式
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付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高矸石充填和留巷的效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图5所示：本实施例提供了一种用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，基于用于矸石固体综采充填工作面的留巷系统，用于矸石固体综采充填工作面的留巷系统包括移动平台6、挡矸模板10、抓举机构8和注浆单元。
其中，移动平台6设置在沿充留巷巷道4中；采煤机2设置在工作面前方煤体1的后面，移动平台6的前端通过链条5与采煤工作面的端头支架3连接，端头支架3向前移动时能够通过链条5带动移动平台6向前移动。
抓举机构8滑动设置在移动平台6上，抓举机构8包括底座801和两个均一端与底座801铰接的主动伸缩杆，分别为第一主动伸缩杆802和第二主动伸缩杆803，第一主动伸缩杆802和第二主动伸缩杆803与底座801的铰接点的高度不同。底座801能够相对移动平台6沿采煤方向滑动，具体的，移动平台6的顶面上固设有两条相互平行的轨道7，轨道7的方向与移动平台6的长度方向相同，底座801与两条轨道7滑动配合。移动平台6上固设有能够驱动底座801沿两条轨道7滑动的牵引电机。
第一主动伸缩杆802的另一端和第二主动伸缩杆803的另一端均与挡矸模板10可拆卸连接，且每个主动伸缩杆均能够相对挡矸模板10转动，挡矸模板10能够伸缩；在本实施例中，第一主动伸缩杆802和第二主动伸缩杆803均采用液压伸缩杆。
挡矸模板10包括中部定位板17、上伸缩板18、下伸缩板19、上伸千斤顶20和下伸千斤顶21，上伸缩板18的底端和上伸千斤顶20的底端分别与中部定位板17固连，下伸缩板19的顶端和下伸千斤顶21的顶端分别与中部定位板17固连；上伸千斤顶20的顶端通过连接板与上伸缩板18的顶端固连，下伸千斤顶21的底端通过连接板与下伸缩板19的底端固连；中部定位板17上还设置有第一铰接座22和第二铰接座23，第一主动伸缩杆802的另一端与第一铰接座22铰接，第二主动伸缩杆803的另一端与第二铰接座23铰接。
注浆单元包括依次通过管路连接的浆液储存桶、注浆泵15和自进式中空注浆锚杆13，挡矸模板10上对应自进式中空注浆锚杆13设置有注浆孔，自进式中空注浆锚杆13能够穿过对应的注浆孔。在本实施例中浆液储存桶具体采用搅拌桶。
自进式中空注浆锚杆13的前端设置有合金钻头132和旋进螺纹133，且合金钻头132较旋进螺纹133靠前，自进式中空注浆锚杆13的杆体上设置有多个注浆口131。
本实施例用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法包括以下步骤：
(1)进行初采范围内的充填和留巷作业，直至初采范围内的充填和留巷作业完成，通过链条5将移动平台6的前端与采煤工作面的端头支架3连接，端头支架3前移时带动移动平台6前移；
初采范围内的充填和留巷作业包括以下步骤：
步骤1：工作面初采范围内，利用单体支柱和方木挡矸，形成留巷墙体，形成充填和留巷空间并阻挡矸石滑落；
步骤2：工作面设备安装完成，开始充填采煤作业前，在机尾第2架过渡架巷侧打设单体支柱，单体支柱间隔500mm，初次打设长度3m，共7根单体，单体靠采空侧累设方木接顶，用铁丝将方木与单体绑定，形成人工留巷墙体，起到挡矸和留巷作用；
步骤3：随工作面推进，继续搭设单体支柱、累设方木，直至完成初采范围内的充填和留巷作业。
(2)将挡矸模板10安装在抓举机构8上，使得抓举机构8上的主动伸缩杆与挡矸模板10铰接，并调节主动伸缩杆的角度和长度使得挡矸模板10位于待充填空间9和沿充留巷巷道4之间，且待充填空间9应与已填充好的矸石充填体12衔接；
(3)将挡矸模板10伸长，使得挡矸模板10的顶端与巷道的顶端紧密接触，且挡矸模板10的底端与巷道的底端紧密接触，并使得挡矸模板10满足设计支护强度；
(4)在挡矸模板10靠近待充填体空间的一侧依次铺设、固定钢筋网11和防渗膜，并确保钢筋网11接顶接底；
(5)通过矸石转载设备16将地面或井下运输至采煤工作面的矸石卸载到采空区，利用带有推实装置的固体充填液压支架，由溜尾至溜头顺序进行密实充填待充填空间9；
(6)在挡矸模板10靠近采空区一侧的待充填空间9充满矸石并接顶以后，使用锚杆钻机将自进式中空注浆锚杆13穿过挡矸模板10留设的注浆孔，打入矸石充填体12内；
(7)将自进式中空注浆锚杆13连接好注浆管24路接头，采用设计注浆压力对巷旁矸石充填体12进行注浆加固，注浆至设计注浆量以后停止注浆作业，待矸石与注浆浆液凝固成型后撤掉挡矸模板10，并将抓举机构8滑动到移动平台6的前端；
(8)重复进行步骤(2)-(7)，直至采煤工作完成。
需要说明的是，在步骤(7)中将挡矸模板10拆除后，需要对步骤(6)中已打入矸石充填体12内的自进式中空注浆锚杆13安装托盘和螺母，但暂时不上预紧力；待步骤(7)中形成的矸石注浆体14达到终强强度后，再将自进式中空注浆锚杆13的预紧力增加至设计要求，形成支撑顶板的稳定性结构。
具体工艺要求如下：
(1)采用设计水灰比配制留巷注浆浆液，注浆泵15及搅拌桶置于轨道7顺槽进风段。
(2)留巷步距与充填步距保持一致，注浆加固宽度达到设计要求。
(3)为保证矸石注浆体14凝固成型，注浆达到设计移动时间后方可移动留巷模板，留巷模板移走后立即打设单体支柱，由单体支柱继续维护留巷空间，待矸石注浆体14充分养护并具备支撑强度后方可撤回单体，单体支护时间不少于浆液终凝时间。
(4)每循环注浆工作结束后，必须用清水将注浆管24的浆液冲洗干净，以免浆液在管路静置凝结。
(5)沿充留巷巷道4需滞后加强支护，巷道靠中打设两排梁柱，加强单体支柱排距1m，单体支柱支护强度1MPa，滞后加强支护距离不少于30m。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，其特征在于，基于用于矸石固体综采充填工作面的留巷系统，所述用于矸石固体综采充填工作面的留巷系统包括移动平台、挡矸模板、抓举机构和注浆单元，所述抓举机构滑动设置在所述移动平台上，所述抓举机构包括底座和至少两个均一端与所述底座铰接的主动伸缩杆，所述底座能够相对所述移动平台沿采煤方向滑动，每个所述主动伸缩杆的另一端均与所述挡矸模板可拆卸连接，且每个所述主动伸缩杆均能够相对所述挡矸模板转动，所述挡矸模板能够伸缩；所述注浆单元包括依次通过管路连接的浆液储存桶、注浆泵和自进式中空注浆锚杆，所述挡矸模板上对应所述自进式中空注浆锚杆设置有注浆孔，所述自进式中空注浆锚杆能够穿过对应的所述注浆孔；
留巷方法包括以下步骤：
(1)进行初采范围内的充填和留巷作业，直至初采范围内的充填和留巷作业完成，通过链条将移动平台的前端与采煤工作面的端头支架连接，所述端头支架前移时带动所述移动平台前移；
(2)将挡矸模板安装在抓举机构上，使得抓举机构上的主动伸缩杆与挡矸模板铰接，并调节所述主动伸缩杆的角度和长度使得所述挡矸模板位于待充填空间和沿充留巷巷道之间，且所述待充填空间应与已填充好的矸石充填体衔接；
(3)将所述挡矸模板伸长，使得所述挡矸模板的顶端与巷道的顶端紧密接触，且所述挡矸模板的底端与巷道的底端紧密接触，并使得所述挡矸模板满足设计支护强度；
(4)在所述挡矸模板靠近所述待充填体空间的一侧依次铺设、固定钢筋网和防渗膜，并确保钢筋网接顶接底；
(5)将地面或井下运输至采煤工作面的矸石卸载到采空区，利用带有推实装置的固体充填液压支架，由溜尾至溜头顺序进行密实充填所述待充填空间；
(6)在所述挡矸模板靠近采空区一侧的所述待充填空间充满矸石并接顶以后，使用锚杆钻机将自进式中空注浆锚杆穿过所述挡矸模板留设的注浆孔，打入矸石充填体内；
(7)将自进式中空注浆锚杆连接好注浆管路接头，采用设计注浆压力对巷旁矸石充填体进行注浆加固，注浆至设计注浆量以后停止注浆作业，待矸石与注浆浆液凝固成型后撤掉所述挡矸模板，并将抓举机构滑动到移动平台的前端；
(8)重复进行步骤(2)-(7)，直至采煤工作完成。
2.根据权利要求1所述的用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，其特征在于：在步骤(7)中将所述挡矸模板拆除后，对步骤(6)中已打入矸石充填体内的自进式中空注浆锚杆安装托盘和螺母，但暂时不上预紧力；待步骤(7)中形成的矸石注浆体达到终强强度后，将自进式中空注浆锚杆的预紧力增加至设计要求，形成支撑顶板的稳定性结构。
3.根据权利要求1所述的用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，其特征在于：所述主动伸缩杆为两个，两个所述主动伸缩杆与所述底座的铰接点的高度不同。
4.根据权利要求1所述的用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，其特征在于：所述挡矸模板包括中部定位板、上伸缩板、下伸缩板、上伸千斤顶和下伸千斤顶，所述上伸缩板的底端和所述上伸千斤顶的底端分别与所述中部定位板固连，所述下伸缩板的顶端和所述下伸千斤顶的顶端分别与所述中部定位板固连；所述上伸千斤顶的顶端通过连接板与所述上伸缩板的顶端固连，所述下伸千斤顶的底端通过连接板与所述下伸缩板的底端固连；所述中部定位板上还对应所述主动伸缩杆设置有铰接座，所述主动伸缩杆与对应的所述铰接座铰接。
5.根据权利要求1所述的用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，其特征在于：所述主动伸缩杆为液压伸缩杆；所述移动平台的前端通过链条与采煤工作面的端头支架连接。
6.根据权利要求1所述的用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，其特征在于：所述移动平台的顶面上固设有两条相互平行的轨道，所述轨道的方向与所述移动平台的长度方向相同，所述底座与两条所述轨道滑动配合。
7.根据权利要求6所述的用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，其特征在于：所述移动平台上固设有能够驱动所述底座沿两条所述轨道滑动的牵引电机。
8.根据权利要求1所述的用于矸石固体综采充填工作面的留巷方法，其特征在于：所述自进式中空注浆锚杆的前端设置有合金钻头和旋进螺纹，且所述合金钻头较所述旋进螺纹靠前，所述自进式中空注浆锚杆的杆体上设置有多个注浆口。
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