CN117108293A - 一种用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，涉及煤矿开采技术领域，回撤巷道利用注浆的方式加固上下山侧保护煤柱，保持煤柱的完整性，充分发挥煤柱的自承能力；在巷道顶板和工作面侧帮，针对强开采扰动影响，提出采用有限让压的支护方式；针对切顶爆破后的顶板关键层悬臂梁特征，提出采用偏离巷道中心的补强锚索二次加固的方法。在整个施工过程中，针对不同阶段的变形特点，采用对应的支护方法，充分发挥支护系统的整体支护效率，降低工人劳动强度，节省支护投资。同时，在回撤巷道内采用逐步补强的方式加固巷道，替换单元支架等高强度支护体，为现场工作面设备回撤提供更大的作业空间，便于设备回撤操作的顺利进行。

Description

一种用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是涉及一种用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法。
背景技术
深部煤炭开采的主要方式为井工开采，以立井到达煤层开采水平，沿煤层走向开拓运输大巷和布置采区，每个采区是在运输大巷中以石门进入煤层，再沿煤层倾向开拓采区上山或采区下山巷道(简称采区上下山)，在采区上下山中沿煤层走向开若干进口和若干巷道形成后退式开采工作面，其中采区上下山服务年限长，要满足整个采区开采期间的正常运行，要求巷道质量高，一般多通过留设煤柱的方式进行维护。当工作面停采线距采区上下山较远时，即采区上下山的保护煤柱尺寸较大时，采区上下山处于工作面回采造成的超前支承压力影响范围以外，工作面开采对采区上下山的影响较小，基本不会引起巷道变形等矿压显现，但此时的煤柱尺寸较大，对应的资源损失也较多；当工作面停采线距采区上下山较近时，即采区上下山的保护煤柱尺寸较小时，对应的资源损失较少，但工作面回采造成的超前支承压力对采区上下山的影响将较明显，甚至造成大幅顶板下沉、煤壁片帮等剧烈的矿压显现。
在采区中，当工作面回采完毕，回撤液压支架、采煤机、刮板输送机等设备时，可通过在采区上下山和工作面停采线之间开掘回撤巷道来实现。此外，回撤巷道还可以减缓工作面开采引起的超前支承压力的传递，起到保护采区上下山的目的，而在采区上下山受到保护的前提下，采区上下山可选择较小的保护煤柱，实现减少资源损失的目的。可以看出，回撤巷道不仅可实现工作面的顺利回撤，同时可减少资源损失，则在条件允许的前提下应在采区上下山和工作面停采线间布置回撤巷道。
由于回撤巷道距工作面停采线较采区上下山距工作面停采线更近，则工作面采动超前支承压力对回撤巷道的影响将比采动超前支承压力对采区上下山的影响更加明显，对应的回撤巷道矿压显现将更加剧烈，采用普通掘进方式时回撤巷道变形将更大。同时，工作面的机电设备数量多、体积大、重量大，回撤巷道空间狭窄将直接影响到工作面设备回撤的安全和高效。鉴于此，有必要寻找一种合理的回撤巷道施工方法，实现减少资源损失、保护采区上下山、保障工作面设备顺利回撤的目的。
发明内容
针对回撤巷道所处的空间位置和采动影响环境，本发明提供一种用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，充分发挥支护系统的整体支护效率，降低工人劳动强度，节省支护投资。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，包括以下步骤：
一、回撤巷道掘进
回撤巷道位于采区上下山和工作面停采线之间，回撤巷道掘进方向为自运输顺槽至回风顺槽；
二、回撤巷道初次支护
回撤巷道初次支护包括上下山侧帮支护、顶板支护和工作面侧帮支护；其中，
上下山侧帮支护包括预应力锚固支护和注浆加固；回撤巷道开掘后，在上下山侧帮中，首先采用预应力注浆锚杆，对围岩施加预应力，然后通过注浆锚杆对围岩进行注浆加固，注浆浆液采用具有膨胀作用的水泥浆；
顶板支护包括高强让压锚杆支护和高强让压锚索梁支护；
所述高强让压锚杆支护包括高强锚杆和锚杆让压构件，所述高强锚杆伸入围岩内，所述锚杆让压构件设置于所述高强锚杆的外端；
所述高强让压锚索梁支护包括高强锚索和钢梁，所述钢梁设置于所述回撤巷道顶部，所述高强锚索贯穿所述钢梁后伸入围岩内；
工作面侧帮支护包括高强让压锚杆支护；高强让压锚杆支护包括高强锚杆和锚杆让压构件；
三、回撤巷道内爆破切顶
支护完毕，采用深孔爆破的方式将顶板关键层切断；所述关键层指对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层；所述回撤巷道内，在工作面侧帮顶角位置施工爆破钻孔；
四、回撤巷道内二次加固锚索补强支护
爆破切顶后，采用二次加固锚索进行补强支护。
可选的，所述回撤巷道采用矩形断面，宽4.8-5.5m，高4.0-4.5m。
可选的，所述上下山侧帮支护中，注浆锚杆采用无缝钢管热轧加工而成，注浆锚杆直径20-22mm，壁厚8-12mm，注浆锚杆长度2.6-2.8m、屈服强度为500MPa，注浆锚杆杆体设置有注浆孔，注浆孔间距0.2-0.3m。
可选的，所述上下山侧帮支护中，支护过程中，注浆锚杆间距取0.8-1.0m、排距取0.8-1.0m，上隅角锚杆向顶板方向上挑15°，下隅角锚杆向底板方向下扎15°。
可选的，顶板支护中，高强锚杆直径20-22mm，长度2.6-2.8m，屈服强度为600MPa；锚杆让压构件形状为环形，直径30-32mm，高度8-10mm，屈服强度为500MPa；锚杆让压构件屈服前后的高差为4-6mm；支护过程中，高强锚杆间距取0.8-1.0m、排距取0.8-1.0m。
可选的，顶板支护中，高强锚索直径17.8-21.6mm，长度7.3-8.3m，屈服强度为1860MPa；支护过程中，高强锚索排距取1.6-2.0m，每排布置三根锚索。
可选的，工作面侧帮支护中，高强锚杆直径20-22mm，长度2.6-2.8m，屈服强度为600MPa，锚杆让压构件形状为环形，直径30-32mm，高度8-10mm，屈服强度为500MPa；锚杆让压构件屈服前后的高差为4-6mm，支护过程中，高强锚杆间距取0.8-1.0m、排距取0.8-1.0m；上隅角锚杆向顶板方向上挑15°，下隅角锚杆向底板方向下扎15°。
可选的，回撤巷道内爆破切顶步骤中，爆破钻孔与竖直方向夹角为10-20°，钻孔深度为70-100m，钻孔间距0.5-0.8m，钻孔直径为43-47mm，爆破钻孔孔口采用炮泥封孔，封孔长度5m。
可选的，所述二次加固锚索长度为7.3-8.3m，锚索直径17.8-21.6mm，锚索排距1.6-2.0m，每排布置两根锚索，每排内的两根锚索中，一根布置在距工作面侧帮0.5-0.8m的顶板位置，两根锚索间距0.8-1.0m。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供了一种用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，利用该方法施工的回撤巷道利用注浆的方式加固上下山侧保护煤柱，保持煤柱的完整性，充分发挥煤柱的自承能力；在巷道顶板和工作面侧帮，针对强开采扰动影响，提出采用有限让压的支护方式；针对切顶爆破后的顶板关键层悬臂梁特征，提出采用偏离巷道中心的补强锚索二次加固的方法。在整个施工过程中，针对不同阶段的变形特点，采用对应的支护方法，充分发挥支护系统的整体支护效率，降低工人劳动强度，节省支护投资。同时，在回撤巷道内采用逐步补强的方式加固巷道，替换单元支架等高强度支护体，为现场工作面设备回撤提供更大的作业空间，便于设备回撤操作的顺利进行。
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为本发明用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道位置示意图；
图2为本发明用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道掘进示意图；
图3为本发明用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道支护方式正视图；
图4为本发明用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道支护方式俯视图；
图5为本发明用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道支护高强让压锚杆支护中的锚杆让压构件；
图6为本发明用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道爆破切顶示意图。
附图标记说明：1、采区上下山；2、回风顺槽；3、停采线；4、运输顺槽；5、回撤巷道；6、二次加固锚索；7、高强锚索；8、爆破切顶钻孔；9、高强锚杆；10、注浆锚杆；11、钢梁；12、上下山侧帮；13、锚杆让压构件；14、工作面侧帮；15、关键层。
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做出创造性劳动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。
如图1至6所示，本实施例提供一种用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，包括以下步骤：
一、回撤巷道5掘进
回撤巷道5位于采区上下山1和工作面停采线3之间，如图1所示，回撤巷道5掘进方向为自运输顺槽4至回风顺槽2，如图2所示，回撤巷道5采用矩形断面，尺寸为宽4.8-5.5m，高4.0-4.5m，如图3所示，。
二、回撤巷道5初次支护
回撤巷道5初次支护包括上下山侧帮12支护、顶板支护、工作面侧帮14支护三部分，如图3和4所示，。其中，
上下山侧帮12支护包括预应力锚固支护、注浆加固两部分，该两部分支护主要通过可施加一定预应力的注浆锚杆10来实现。注浆锚杆10为具有一定壁厚的无缝钢管热轧加工而成，注浆锚杆10直径20-22mm、壁厚8-12mm，注浆锚杆10长度2.6-2.8m、屈服强度为500MPa，注浆锚杆10杆体分布有注浆孔，注浆孔间距0.2-0.3m。回撤巷道5开掘后，在上下山侧帮12中，首先采用预应力注浆锚杆10，对围岩施加400kN的预应力，然后采用可提供5-8MPa压力的高压泵通过注浆锚杆10对围岩进行注浆加固，注浆浆液采用具有一定膨胀作用的水泥浆。支护过程中，注浆锚杆10间距取0.8-1.0m、排距取0.8-1.0m，上隅角锚杆向顶板方向上挑15°，下隅角锚杆向底板方向下扎15°。
顶板支护包括高强让压锚杆支护和高强让压锚索梁支护两部分。高强让压锚杆支护主要通过高强锚杆9和锚杆让压构件13来实现，如图5所示。高强锚杆9直径20-22mm，长度2.6-2.8m，屈服强度为600MPa，锚杆让压构件13形状为环形，直径30-32mm，高度8-10mm，屈服强度为500MPa。锚杆让压构件13屈服前后的高差为4-6mm，当围岩变形应力达到锚杆让压构件13的屈服强度时，锚杆让压构件13可发生4-6mm的变形，释放掉部分围岩压力，达到保持围岩稳定的目的。支护过程中，高强锚杆9间距取0.8-1.0m、排距取0.8-1.0m。高强让压锚索梁支护主要通过高强锚索7和U29钢梁11来实现。高强锚索7直径17.8-21.6mm，长度7.3-8.3m，屈服强度为1860MPa。支护过程中，高强锚索7排距取1.6-2.0m，每排布置三根锚索，即一根U29钢梁11对应三根锚索，中间的锚索布置在巷道宽度的中间位置，两侧锚索与中间锚索的间距取1.6-2.0m，U29钢梁11两端超出两侧锚索0.2-0.3m。当围岩变形应力达到U29钢梁11屈服强度时，U29钢梁11发生一定变形，释放掉部分围岩压力，达到保持围岩稳定的目的。
工作面侧帮14支护包括高强让压锚杆支护。高强让压锚杆支护主要通过高强锚杆9和锚杆让压构件13来实现，如图5所示。高强锚杆9直径20-22mm，长度2.6-2.8m，屈服强度为600MPa，锚杆让压构件13形状为环形，直径30-32mm，高度8-10mm，屈服强度为500MPa。锚杆让压构件13屈服前后的高差为4-6mm，当围岩变形应力达到锚杆让压构件13的屈服强度时，锚杆让压构件13可发生4-6mm的变形，释放掉部分围岩压力，达到保持围岩稳定的目的。支护过程中，高强锚杆9间距取0.8-1.0m、排距取0.8-1.0m。上隅角锚杆向顶板方向上挑15°，下隅角锚杆向底板方向下扎15°。
三、回撤巷道5内爆破切顶
支护完毕，采用深孔爆破的方式将顶板关键层15切断，如图4和6所示，。关键层15指的是对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。回撤巷道5内，在工作面侧帮14顶角位置施工爆破切顶钻孔8，爆破切顶钻孔8与竖直方向夹角为10-20°，钻孔深度为70-100m，钻孔间距0.5-0.8m，钻孔直径为43-47mm，爆破钻孔孔口采用炮泥封孔，封孔长度5m。
四、回撤巷道5内二次加固锚索6补强支护
爆破切顶后，采用二次加固锚索6进行补强支护，锚索长度为7.3-8.3m，锚索直径17.8-21.6mm，锚索排距1.6-2.0m，每排布置两根锚索，每排内的两根锚索中，一根布置在距工作面侧帮140.5-0.8m的顶板位置，两根锚索间距0.8-1.0m。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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 (9)

1.一种用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、回撤巷道掘进
回撤巷道位于采区上下山和工作面停采线之间，回撤巷道掘进方向为自运输顺槽至回风顺槽；
二、回撤巷道初次支护
回撤巷道初次支护包括上下山侧帮支护、顶板支护和工作面侧帮支护；其中，
上下山侧帮支护包括预应力锚固支护和注浆加固；回撤巷道开掘后，在上下山侧帮中，首先采用预应力注浆锚杆，对围岩施加预应力，然后通过注浆锚杆对围岩进行注浆加固，注浆浆液采用具有膨胀作用的水泥浆；
顶板支护包括高强让压锚杆支护和高强让压锚索梁支护；
所述高强让压锚杆支护包括高强锚杆和锚杆让压构件，所述高强锚杆伸入围岩内，所述锚杆让压构件设置于所述高强锚杆的外端；
所述高强让压锚索梁支护包括高强锚索和钢梁，所述钢梁设置于所述回撤巷道顶部，所述高强锚索贯穿所述钢梁后伸入围岩内；
工作面侧帮支护包括高强让压锚杆支护；高强让压锚杆支护包括高强锚杆和锚杆让压构件；
三、回撤巷道内爆破切顶
支护完毕，采用深孔爆破的方式将顶板关键层切断；所述关键层指对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层；所述回撤巷道内，在工作面侧帮顶角位置施工爆破钻孔；
四、回撤巷道内二次加固锚索补强支护
爆破切顶后，采用二次加固锚索进行补强支护。
2.根据权利要求1所述的用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，其特征在于，所述回撤巷道采用矩形断面，宽4.8-5.5m，高4.0-4.5m。
3.根据权利要求1所述的用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，其特征在于，所述上下山侧帮支护中，注浆锚杆采用无缝钢管热轧加工而成，注浆锚杆直径20-22mm，壁厚8-12mm，注浆锚杆长度2.6-2.8m、屈服强度为500MPa，注浆锚杆杆体设置有注浆孔，注浆孔间距0.2-0.3m。
4.根据权利要求1所述的用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，其特征在于，所述上下山侧帮支护中，支护过程中，注浆锚杆间距取0.8-1.0m、排距取0.8-1.0m，上隅角锚杆向顶板方向上挑15°，下隅角锚杆向底板方向下扎15°。
5.根据权利要求1所述的用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，其特征在于，顶板支护中，高强锚杆直径20-22mm，长度2.6-2.8m，屈服强度为600MPa；锚杆让压构件形状为环形，直径30-32mm，高度8-10mm，屈服强度为500MPa；锚杆让压构件屈服前后的高差为4-6mm；支护过程中，高强锚杆间距取0.8-1.0m、排距取0.8-1.0m。
6.根据权利要求1所述的用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，其特征在于，顶板支护中，高强锚索直径17.8-21.6mm，长度7.3-8.3m，屈服强度为1860MPa；支护过程中，高强锚索排距取1.6-2.0m，每排布置三根锚索。
7.根据权利要求1所述的用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，其特征在于，工作面侧帮支护中，高强锚杆直径20-22mm，长度2.6-2.8m，屈服强度为600MPa，锚杆让压构件形状为环形，直径30-32mm，高度8-10mm，屈服强度为500MPa；锚杆让压构件屈服前后的高差为4-6mm，支护过程中，高强锚杆间距取0.8-1.0m、排距取0.8-1.0m；上隅角锚杆向顶板方向上挑15°，下隅角锚杆向底板方向下扎15°。
8.根据权利要求1所述的用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，其特征在于，回撤巷道内爆破切顶步骤中，爆破钻孔与竖直方向夹角为10-20°，钻孔深度为70-100m，钻孔间距0.5-0.8m，钻孔直径为43-47mm，爆破钻孔孔口采用炮泥封孔，封孔长度5m。
9.根据权利要求1所述的用于保护煤矿采区上下山的回撤巷道施工方法，其特征在于，所述二次加固锚索长度为7.3-8.3m，锚索直径17.8-21.6mm，锚索排距1.6-2.0m，每排布置两根锚索，每排内的两根锚索中，一根布置在距工作面侧帮0.5-0.8m的顶板位置，两根锚索间距0.8-1.0m。
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