CN116658223A - 综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于巷道支护技术领域，具体涉及一种综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法；包括临时挡矸结构、挡矸支护系统和留巷临时支护系统，临时挡矸结构与放顶煤工作面液压支架后方的放煤刮板运输机机头相连，当工作面推进时，临时挡矸结构随放顶煤工作面液压支架和放煤刮板运输机前移，挡矸支护系统固定安装在临时挡矸结构背向采空区垮落矸石一侧；留巷临时支护系统包括单体液压支柱和底梁；临时挡矸结构可以临时挡住工作面后方采空区内垮落下的矸石，给施工人员提供及时的安全保障，而留巷临时支护系统不但可以用来支护留巷内的顶板免受采空区垮落矸石动压扰动的影响，而且可以防止采空区矸石完全垮落压实稳定之前，挡矸支护结构倾倒。
Description
技术领域
本发明属于巷道支护技术领域，具体涉及一种综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法。
背景技术
传统的长壁式采煤方法中，开采一个工作面首先需要掘进两条回采巷道，然后才能回采本工作面的煤炭资源，且相邻的工作面之间通常还需保留一条20米宽的区段煤柱来保护下一工作面的沿空巷道。这种开采方法由于开采之前需要提前掘进两条回采巷道，经常会造成工作面直接采掘接替紧张。此外，由于相邻工作面之间留设区段保护煤柱，又会造成大量的煤炭资源损失。
切顶卸压无煤柱自成巷技术是一种新型的留巷方法，该方法通过定向爆破技术切断采空区顶板与留巷顶板之间的连接，然后利用特殊的支护技术在留巷采空区侧形成矸石帮，最终能够保留本工作面的一条回采巷道给下一工作面使用。这种开采方法不但能够保留本工作面的一条回采巷道给下一工作面使用，而且可以完全消除工作面之间的区段保护煤柱。因此该方法不但可以极大的缓解工作面之间的采掘接替问题，而且理论上可以将工作面的煤炭资源回采率提高到100％。
目前切顶卸压无煤柱自成巷技术在煤层厚度4.5米以下的一次采全高工作面较为成熟，且在全国有较大范围的推广应用。然而在煤层厚度大于4.5米的厚煤层综采工作面，尤其是厚煤层综采放顶煤工作面，切顶卸压无煤柱自成巷技术还处在实验阶段。这是因为厚煤层综采放顶煤开采方法的技术工艺与一次采全高开采方法有较大差异。由于厚煤层综采放顶煤开采方法适用在厚及特厚煤层工作面中，因此其矿压显现活动更为剧烈。且综采放顶煤开采方法还需要在工作面液压支架后方设置单独的放煤刮板运输机，因此切顶卸压无煤柱自成巷技术无法在放顶煤工作面的端头支架旁进行留巷的挡矸支护，所以还需要针对放顶煤工作面切顶卸压无煤柱自成巷技术设计单独的挡矸支护方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：综采放顶煤开采方法需要在工作面液压支架后方设置单独的放煤刮板运输机，因此切顶卸压无煤柱自成巷技术无法在放顶煤工作面的端头支架旁进行留巷的挡矸支护，还需要针对放顶煤工作面切顶卸压无煤柱自成巷技术设计单独的挡矸支护。
本发明提供了如下技术方案：一种综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法，包括临时挡矸结构、挡矸支护系统和留巷临时支护系统，临时挡矸结构与放顶煤工作面液压支架后方的放煤刮板运输机机头相连，当工作面推进时，临时挡矸结构随放顶煤工作面液压支架和放煤刮板运输机前移，挡矸支护系统固定安装在临时挡矸结构背向采空区垮落矸石一侧，且挡矸临时支护系统不与临时挡矸结构进行连接；留巷临时支护系统包括单体液压支柱和底梁，单体液压支柱用于支护保留巷道的顶板来抵抗采空区垮落矸石的动压扰动，底梁作为单体液压支柱的底座，防止单体液压支柱陷入巷道煤层底板中，采空区一侧的底梁和沿空侧的单体液压支柱与挡矸支护系统直接接触。
进一步地，临时挡矸结构包括若干块沿工作面推进方向排列的挡矸板，前后挡矸板之间通过螺栓连接，临时挡矸结构通过螺栓孔与放煤刮板运输机机头连接。
进一步地，临时挡矸结构的高度低于巷道的高度，临时挡矸结构的高度＝巷道高度-0.5m；临时挡矸结构的宽度＝工作面日进尺；临时挡矸结构的宽度有限，只需要在日进尺长度范围内起到对垮落矸石的临时支护，而此时临时挡矸结构所支护的矸石主要为煤层的直接顶，并不会完全充满采空区，因此临时挡矸结构的高度＝巷道高度-0.5m。
进一步地，挡矸支护系统包括可缩性U型钢和钢筋网，可缩性U型钢由两根U型钢搭接而成，通过上下两组卡缆固定；若干个可缩性U型钢并排分布，可缩性U型钢两两之间由上下两组连接板进行连接，连接板与可缩性U型钢上的两组卡缆共用螺栓，连接板将多根可缩性U型钢连接成一个整体；钢筋网安装在可缩性U型钢和临时挡矸结构的中间，与可缩性U型钢绑扎连接。
进一步地，可缩性U型钢的高度等于巷道高度，但是由于可缩性U型钢是由两根U型钢搭接组合而成，而为了保证可缩性U型钢的稳定性，组成可缩性U型钢的两根U型钢的搭接长度大于等于50cm。
进一步地，临时挡矸结构由三块挡矸板组成，这是为了便于从地面往井下运输，便于安装设置临时挡矸结构；单块挡矸板的宽度＝[临时挡矸结构的宽度+0.2m]/3，这是因为挡矸板之间连接时的重叠宽度为0.1m。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1.综采放顶煤工作面回采前，首先在工作面放煤刮板运输机机头处安装临时挡矸结构，并使用螺栓进行连接。当工作面回采时，在临时挡矸结构的保护下可以在综采放顶煤工作面后方同步安装挡矸支护系统和留巷临时支护系统。临时挡矸结构可以临时挡住工作面后方采空区内垮落下的矸石，给施工人员提供及时的安全保障，而且由于临时挡矸结构临时阻挡了来自采空区垮落矸石的水平作用力，可以更方便安装挡矸支护系统。而留巷临时支护系统不但可以用来支护留巷内的顶板免受采空区垮落矸石动压扰动的影响，而且可以防止采空区矸石完全垮落压实稳定之前，挡矸支护结构倾倒。
2.通过设置临时挡矸结构，可以在综采放顶煤工作面有放煤刮板运输机的情况下，保护施工人员安全高效的安装挡矸支护系统和巷内临时支护系统，此外由于临时挡矸结构和放煤刮板运输机机头相连，临时挡矸结构可以随着工作面的推进与放煤刮板运输机一起向前移动，这样施工人员就可以一直随着工作面向前推进安装挡矸支护系统和巷内临时支护系统。此外，临时挡矸结构是在原有放顶煤工作面液压支架和刮板运输机的基础上安装三块挡矸板进行改装而成，这不仅可以为矿方节省大笔财物投入，而且可以节省工作人员大量的时间。
3.通过挡矸支护系统和留巷临时支护系统共同支护，留巷临时支护系统采空区侧的底梁和单体液压支柱可以有效防止挡矸支护系统在受到采空区垮落矸石冲击时，因受到水平力而倾倒。这样当工作面后方采空区矸石逐渐垮落压实后，即使撤回留巷临时支护系统，挡矸支护系统也不会再受到水平力而倾倒。
附图说明
图1为综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法的整体结构示意图；
图2为临时挡矸结构连接示意图；
图3为临时挡矸结构示意图；
图4为挡矸板示意图；
图5为挡矸支护系统结构示意图；
图6为可缩性U型钢连接示意图；
图7为巷道剖面示意图；
图中：1-放顶煤工作面液压支架；2-放煤刮板运输机；3-临时挡矸结构；301-挡矸板连接螺栓孔；302-临时挡矸结构上部固定螺栓孔；303-临时挡矸结构下部固定螺栓孔；304-螺栓；305-左侧挡矸板；306-中间挡矸板；307-右侧挡矸板；4-挡矸支护系统；401-钢筋网；402-卡缆；403-卡缆右侧螺栓孔；404-卡缆左侧螺栓孔；405-连接板；406-可缩性U型钢；407-U型钢；5-定向切缝；6-采空区垮落矸石；7-煤体；8-留巷临时支护系统；801-单体液压支柱；802-底梁。
具体实施方式
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，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。
如图1-7所示：综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法，包括临时挡矸结构3、挡矸支护系统4和留巷临时支护系统8，临时挡矸结构3由左侧挡矸板305、中间挡矸板306和右侧挡矸板307通过螺栓304连接组成，左侧挡矸板305、中间挡矸板306和右侧挡矸板307上均设置有挡矸板连接螺栓孔301，便于使用螺栓304将三块挡矸板连接成临时挡矸结构3，综采放顶煤工作面回采时将临时挡矸结构3连接在放顶煤工作面液压支架1后方的放煤刮板运输机2上。
此外由于右侧挡矸板307上设置有两个螺栓孔，包括临时挡矸结构上部固定螺栓孔302和临时挡矸结构下部固定螺栓孔303，因此可以使用螺栓304将临时挡矸结构3连接在放顶煤工作面液压支架1后方的放煤刮板运输机2上。
临时挡矸结构3可以在综采放顶煤工作面有放煤刮板运输机2的情况下，保护施工人员安全高效的安装挡矸支护系统4和留巷临时支护系统8，而且临时挡矸结构3可以随着工作面的推进与放煤刮板运输机2一起向前移动，施工人员就可以随着工作面向前推进安装挡矸支护系统4和留巷临时支护系统8。
临时挡矸结构3是在原有放顶煤工作面液压支架1和放煤刮板运输机2的基础上安装左侧挡矸板305、中间挡矸板306和右侧挡矸板307进行改装而成，这不仅可以为工作面节省投资，而且可以节省时间。
临时挡矸结构3的宽度W2＝工作面日进尺，这是因为临时挡矸结构3只需要在工作面每日进尺范围内保护施工人员安装挡矸支护系统4和巷内临时支护系统8。
临时挡矸结构3是由等宽的左侧挡矸板305、中间挡矸板306和右侧挡矸板307连接而成，而临时挡矸结构3的宽度W2＝工作面日进尺＝W21+W22+W23-0.2m，这是因为左侧挡矸板305、中间挡矸板306和右侧挡矸板307连接时的重叠宽度为0.1m。
临时挡矸结构3通过螺栓304与放煤刮板运输机2连接，而且临时挡矸结构3位于采空区内部，为施工人员安装挡矸支护系统4和巷内临时支护系统8提供临时支护。
临时挡矸结构3的高度低于巷道的高度，既H2＝H-0.5m，因为临时挡矸结构3所支护的矸石主要为煤层的直接顶，并不会完全充满采空区，因此临时挡矸结构的高度为H2＝H-0.5m。
如图5-7所示，在工作面前方对留巷采空区侧顶板进行定向切缝5，由于临时挡矸结构3已经使用螺栓304与放煤刮板运输机2连接，随着工作面向前推进，煤层上方直接顶随采随冒，临时挡矸结构3起到对采空区垮落矸石的临时支护作用，此时施工人员在临时挡矸结构3的保护下同时安装挡矸支护系统4和巷内临时支护系统8。
挡矸支护系统4安装在临时挡矸结构3的内部，既留巷内侧，可缩性U型钢406与临时挡矸结构3中间安装钢筋网401，来防止垮落矸石中的碎块掉进留巷内，而钢筋网401内部则安装可缩性U型钢406，可缩性U型钢406不承受巷道顶底板的压力，仅用来支护采空区6内部的垮落矸石。
可缩性U型钢406由两根U型钢407搭接组成，搭接长度不小于50cm，上下搭接部分使用卡缆402进行固定连接，可缩性U型钢的高度＝巷道高度H＝U型钢高度H1*2-0.5m。
可缩性U型钢406之间通过连接板405连接成一个整体，连接板405与卡缆上的卡缆右侧螺栓孔403和卡缆左侧螺栓孔404使用螺栓304进行连接，这是为了防止个别可缩性U型钢401受到垮落矸石的水平力倾倒。
相邻可缩性U型钢406之间的排距W1＝0.5*采空区侧单体液压支柱的排距，这是因为留巷临时支护系统8中的采空区侧单体液压支柱801和底梁802由于紧挨着可缩性U型钢406，而且由于可缩性U型钢406是一个整体，因此留巷临时支护系统8可以在采空区6矸石完全垮落压实稳定之前，挡矸支护结构倾倒。
需要说明的是，本发明为综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法，在综放工作面留巷内进行挡矸支护时，在综采放顶煤工作面回采前，施工人员首先在工作面放煤刮板运输机2机头处安装临时挡矸结构3，并使用螺栓304进行连接，当工作面回采时，在临时挡矸结构3的保护下施工人员可以在综采放顶煤工作面后方同步安装挡矸支护系统3和留巷临时支护系统8，临时挡矸结构3可以临时挡住工作面后方采空区6内垮落下的矸石，给施工人员提供及时的安全保障，而且由于临时挡矸结构3临时阻挡了来自采空区6垮落矸石的水平作用力，可以更方便安装挡矸支护系统3，而留巷临时支护系统8不但可以用来支护留巷内的顶板免受采空区6垮落矸石动压扰动的影响，而且可以防止采空区6矸石完全垮落压实稳定之前，挡矸支护结构倾倒。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法，其特征在于：包括临时挡矸结构(3)、挡矸支护系统(4)和留巷临时支护系统(8)，临时挡矸结构(8)与放顶煤工作面液压支架(1)后方的放煤刮板运输机(2)机头相连，当工作面推进时，临时挡矸结构(8)随放顶煤工作面液压支架(1)和放煤刮板运输机(2)前移，挡矸支护系统(4)固定安装在临时挡矸结构(3)背向采空区垮落矸石一侧，且挡矸临时支护系统(4)不与临时挡矸结构(3)进行连接；留巷临时支护系统(8)包括单体液压支柱(801)和底梁(802)，单体液压支柱(801)用于支护保留巷道的顶板来抵抗采空区垮落矸石的动压扰动，底梁(802)作为单体液压支柱(801)的底座，防止单体液压支柱(801)陷入巷道煤层底板中，采空区一侧的底梁(802)和沿空侧的单体液压支柱(801)与挡矸支护系统(4)直接接触。
2.根据权利要求1所述的综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法，其特征在于：所述的临时挡矸结构(3)包括若干块沿工作面推进方向排列的挡矸板，前后挡矸板之间通过螺栓连接，临时挡矸结构通过螺栓孔与放煤刮板运输机(2)机头连接。
3.根据权利要求2所述的综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法，其特征在于：所述的临时挡矸结构(3)的高度低于巷道的高度，临时挡矸结构(3)的高度＝巷道高度-0.5m；
临时挡矸结构(3)的宽度＝工作面日进尺。
4.根据权利要求3所述的综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法，其特征在于：所述的挡矸支护系统(4)包括可缩性U型钢(406)和钢筋网(401)，可缩性U型钢(406)由两根U型钢搭接而成，通过上下两组卡缆(402)固定；若干个可缩性U型钢(406)并排分布，可缩性U型钢(406)两两之间由上下两组连接板(405)进行连接，连接板(405)与可缩性U型钢(406)上的两组卡缆(402)共用螺栓；钢筋网(401)安装在可缩性U型钢(406)和临时挡矸结构(3)的中间，与可缩性U型钢(406)绑扎连接。
5.根据权利要求4所述的综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法，其特征在于：所述的可缩性U型钢(406)的高度等于巷道高度，组成可缩性U型钢(406)的两根U型钢的搭接长度大于等于50cm。
6.根据权利要求5所述的综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷挡矸支护方法，其特征在于：所述的临时挡矸结构(3)由三块挡矸板组成，单块挡矸板的宽度＝[临时挡矸结构(3)的宽度+0.2m]/3。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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