CN111305896A - 一种利用液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑减损方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑的减损方法；该方法利用采煤液压支架临时支撑效果，在液压支架后点源式间隔布设囊袋，并通过向液压支架后囊袋定向注浆，形成点源式间隔注浆囊袋支撑体，从而通过有效约束顶板形变达到采煤减损的目的；本发明提出的液压支架后囊袋点源式间隔支撑充填方法，在采煤工作进行中即可进行顶板支撑，无需等待顶板垮落或外运支撑材料，节省施工时间进而避免支撑作业影响采煤作业的进程，以实现采煤和支撑连续作业的目的。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是涉及一种利用液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑减损方法。
背景技术
煤炭作为我国现阶段核心能源地位短期不会发生改变，但随着我国煤炭产量逐年提高，带来了诸多开采损害问题，对于地表生态及地下水环境产生显著影响。特别是针对鄂尔多斯盆地生态脆弱区而言，干旱少雨，水资源匮乏，生态环境脆弱，大规模开采煤炭资源与生态环境保护的矛盾十分突出。前期煤炭开采大量实践表明：煤炭开采会改变地下应力场的分布状态，引起煤层上覆和下伏岩层产生形变，地表发生沉降、塌陷和开裂，使原有地质条件发生变化，地下水流场受到影响，维系地表生态***的地下水出现渗漏或水位下降，导致生态***退化，诸上问题严重制约着当地煤炭资源开采的可持续发展。因此，探索一套适用于煤矿巷道井下综合减损技术方法，是现阶段生态脆弱区绿色、高效采煤的重要现实需求。
按照生态文明建设环境保护优先、自然恢复为主的总体要求，在煤矿开采时应尽量减少和控制采动对生态环境的损害，目前，防止煤矿上部地层塌陷导致地面生态***破坏的方法主要以留煤柱和充填开采为主。然而，此两种方式均存在显著弊端：
留煤柱方案；其具体实践方式为：在煤矿开采时一边向前推进，一边预留设煤柱来支撑上部岩顶，虽然这种方式可达到边开采边支护的目的，但这种方式具有潜在的安全问题，一方面，一旦留设的煤柱失稳，将会导致十分严重的事故，且卸压区域的顶板如未及时垮落从而影响被保护层的卸压效果；另一方面，这种方式对于煤炭资源的开采造成浪费，不利于提高煤炭回采率。
目前而言，留设保护煤柱开采和充填开采成为该区域最为常见的减损方法。然而，留设煤柱开采方法一方面造成资源浪费、减少矿井服务年限；另一方面，影响生产布局和煤炭的高效回采。而充填开采的成本投入太高，经济效益性差，不宜于煤矿企业大面积推广与实施。因此，探究科学、合理的绿色减损开采技术成为西部煤炭资源开采必须破解的技术难题。
发明内容
本发明主要解决针对采空区顶板为坚硬顶板时，提出了一种液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑的减损方法；该方法利用采煤液压支架临时支撑效果，此时顶板处于悬而未垮落状态，在液压支架后点源式间隔布设囊袋，并通过向液压支架后囊袋定向注浆，形成点源式间隔注浆囊袋支撑体，从而通过有效约束顶板形变达到采煤减损的目的。
为解决上述技术问题，本发明提供种一种液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑的减损方法，
一种利用液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑减损方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、确定冒落带整体高度，并通过直接顶初次垮落步距确定点源式间隔支撑体间距L，同时考虑一定的安全储备系数；
第二步、参考煤矿井下注浆材料性能测试相关国家标准，并依据室内试验确定合适注浆材料配合比、初凝时间、注浆强度，并根据囊袋极限膨胀体积换算所需水泥浆总注浆量；
第三步、随着工作面推进方向逐一在液压支架后布设囊袋，并同步安装连接囊袋的注浆管路；
第四步、对布设的囊袋进行注浆，囊袋注浆完成，其水泥浆凝固并形成一定强度后，将液压支架放置于距离囊袋L处进行下一次注浆准备，
第五步、当注浆后的囊袋形成独立支撑体，且囊袋内浆体依据室内试验结果达到设计强度后，进行下一阶段囊袋布设及注浆作业；所述下阶段囊袋注浆布设应满足点源式间隔特征，所述整体的成型囊袋支撑体的平面分布采用“梅花桩”式间隔布设方式；
第六步、密切关注点源式间隔支撑减沉效果，必要条件时，并配合井下裂隙带及地表沉降实时监测数据，若发现减损效果不佳，应配合其他减损技术进行补强处理。
作为优选的，第三步中，所述在注浆管道上布设注浆流量计及注浆压力计，所述注浆流量计用于检测充入囊袋浆液的流量，注浆压力计用于检测从囊袋反馈回来囊袋内部的压力。
作为优选的，所述具体管路监测仪表应包括且不限于：注浆流量及注浆压力两部分监测数据。
作为优选的，在第四步中，所述囊袋与液压支架分离共包括2个阶段注浆；
首先，根据水泥浆凝固时间和注浆管路实时监测情况控制浆体注浆量及凝结形态，待囊袋下部注浆断面积达到设计尺寸并形成稳定的凝结体底座可自行直立时，此时，将囊袋与液压支架上部挂钩脱离；
而后，对囊袋进行第2阶段注浆，此时，通过密切监测注浆管道上布设的注浆流量计及注浆压力计，其停止注浆的判别标准采用满足以下条件之一原则：(1)若囊袋内部压力急剧增高，可判定囊袋已与顶板完全接触时；(2)若囊袋注浆量已达到囊袋膨胀预期设计尺寸极限容纳量后，且与顶部接触面积达到设计要求时；
随后，断开注浆管道并封堵囊袋注浆口，进行液压支架推进作业，实现囊袋与液压支架完全脱离；
作为优选的，第五步中，所述囊袋在沿同一条直线上间隔L设置为多个，最终形成囊袋支撑带，随着工作面推进方向，囊袋支撑带间隔设置为多条，最终整体上为整个采空区顶板提供稳定支撑。
作为优选的，所述相邻囊袋支撑带之间，每4个囊袋形成边长为L的平行四边形结构。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：
1)本发明采用液压支架后布设囊袋的方式，在采煤作业进行中设置点源式间隔支撑，并利用液压支架临时支撑的作业间隙，向囊袋内泵送浆体同时控制浆液的初凝时间确保凝结效果。其中，注浆材料性能参考相关国家标准并依据确定合适的配合比设计；而后，通过在注浆管道上布设注浆流量计及注浆压力计，实现对囊袋膨胀体积与注浆流量的精准、实时监测，确保有效控制囊袋注浆量及注浆过程中压力变化。进而控制注浆过程中囊袋膨胀的形状和大小，最终形成较为稳定的支撑体。
2)本发明提出的液压支架后囊袋点源式间隔支撑充填方法，在采煤工作进行中即可进行顶板支撑，无需等待顶板垮落或外运支撑材料，节省施工时间进而避免支撑作业影响采煤作业的进程，以实现采煤和支撑连续作业的目的。
3)本发明的减损方法可有效控制覆岩不均匀沉降，有效减少覆岩失稳所带来的潜在风险，使开采区作业时上覆岩层处于稳定状态，并避免地面塌陷、巷道坍塌等地质灾害的发生。
附图说明
图1为本发明减损方法的矿道结构示意图；
图2为本发明中囊袋充填结构示意图；
图3为本发明囊袋充填步骤示意图
图4为本发明的囊袋在采煤作业中“梅花桩”形布置的示意图；
图5为本发明整体的流程示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”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设备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。
实施例1
参阅图1～5，一种利用液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑减损方法，具体包括以下步骤：
第一步、通过采高与冒落带的关系及实际煤矿的开采地质资料，确定冒落带整体高度，并通过顶板直接顶初次垮落步距距确定点源式间隔支撑体间距L，同时考虑一定的安全储备系数，本步骤中的采高和冒落带的关系均是地质开采中所常见或者易于测量的参数；
第二步、参考煤矿井下注浆材料性能测试相关国家标准，并依据室内试验确定合适注浆材料配合比、初凝时间、注浆强度，并根据囊袋极限膨胀体积换算所需水泥浆总注浆量；
第三步、随着工作面推进方向逐一在液压支架后布设囊袋，并同步安装连接囊袋的注浆管路，其中，在注浆管道上布设注浆流量计及注浆压力计，如图2所示，所述注浆流量计用于检测充入囊袋浆液的流量，注浆压力计用于检测从囊袋反馈回来囊袋内部的压力；实现对囊袋膨胀体积与注浆流量的精准、实时监测。具体管路监测仪表应包括且不限于：注浆流量及注浆压力两部分监测数据；
第四步、对布设的囊袋进行注浆，囊袋注浆完成，其水泥浆凝固并形成一定强度后，将液压支架放置于距离囊袋L处进行下一次注浆准备，为确保囊袋可与液压支架有效分离，共包括2个阶段注浆；
首先，根据水泥浆凝固时间和注浆管路实时监测情况控制浆体注浆量及凝结形态，待囊袋下部注浆断面积达到设计尺寸并形成稳定的凝结体底座可自行直立时，此时，将囊袋与液压支架上部挂钩脱离；
而后，对囊袋进行第2阶段注浆，此时，通过密切监测注浆管道上布设的注浆流量计及注浆压力计，其停止注浆的判别标准采用满足以下条件之一原则：(1)若囊袋内部压力急剧增高，可判定囊袋已与顶板完全接触时；(2)若囊袋注浆量已达到囊袋膨胀预期设计尺寸极限容纳量后，且与顶部接触面积达到设计要求时；
随后，断开注浆管道并封堵囊袋注浆口，进行液压支架推进作业，实现囊袋与液压支架完全脱离；
第五步、当注浆后的囊袋形成独立支撑体，且囊袋内浆体依据室内试验结果达到设计强度后，进行下一阶段囊袋布设及注浆作业；
而下阶段囊袋注浆布设应满足点源式间隔特征，具体而言，所述整体的成型囊袋支撑体的平面分布采用“梅花桩”式间隔布设方式，所述囊袋在沿同一条直线上间隔L设置为多个，最终形成囊袋支撑带，随着工作面推进方向，囊袋支撑带间隔设置为多条，最终整体上为整个采空区顶板提供稳定支撑。
所述相邻囊袋支撑带之间，每4个囊袋形成边长为L的平行四边形结构，其平面布置形态如图4所示。
通过“梅花桩”式间隔布设方式，可以囊袋的承受力最大化，且又可以避免设置过多囊袋，降低整体成本。
第六步、密切关注点源式间隔支撑减沉效果，必要条件时，并配合井下裂隙带及地表沉降实时监测数据，若发现减损效果不佳，应配合其他减损技术进行补强处理。
本方案中所述的直接顶初次垮落步距由其顶板岩层的强度、分层厚度、节理裂隙发育情况所决定，囊袋间距L由直接顶的初次垮落步距L1确定L＝αL1式中，L1——直接顶初次垮落步距，α——安全系数。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种利用液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑减损方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、确定冒落带整体高度，并通过直接顶初次垮落步距确定点源式间隔支撑体间距L，同时考虑一定的安全储备系数；
第二步、参考煤矿井下注浆材料性能测试相关国家标准，并依据室内试验确定合适注浆材料配合比、初凝时间、注浆强度，并根据囊袋极限膨胀体积换算所需水泥浆总注浆量；
第三步、随着工作面推进方向逐一在液压支架后布设囊袋，并同步安装连接囊袋的注浆管路；
第四步、对布设的囊袋进行注浆，在囊袋注浆完成，其水泥浆凝固并形成一定强度后，将液压支架放置于距离囊袋L处进行下一次注浆准备，
第五步、当注浆后的囊袋形成独立支撑体，且囊袋内浆体依据室内试验结果达到设计强度后，进行下一阶段囊袋布设及注浆作业；所述下阶段囊袋注浆布设应满足点源式间隔特征，所述整体的成型囊袋支撑体的平面分布采用“梅花桩”式间隔布设方式；
第六步、密切关注点源式间隔支撑减沉效果，必要条件时，并配合井下裂隙带及地表沉降实时监测数据，若发现减损效果不佳，应配合其他减损技术进行补强处理。
2.根据权利要求1所述的一种利用液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑减损方法，其特征在于：第三步中，所述在注浆管道上布设注浆流量计及注浆压力计，所述注浆流量计用于检测充入囊袋浆液的流量，注浆压力计用于检测从囊袋内部反馈回来的压力。
3.根据权利要求2所述的一种利用液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑减损方法，其特征在于：所述具体管路监测仪表应包括且不限于：注浆流量及注浆压力两部分监测数据。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种利用液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑减损方法，其特征在于：在第四步中，所述囊袋与液压支架分离共包括2个阶段注浆；
首先，根据水泥浆凝固时间和注浆管路实时监测情况控制浆体注浆量及凝结形态，待囊袋下部注浆断面积达到设计尺寸并形成稳定的凝结体底座可自行直立时，此时，将囊袋与液压支架上部挂钩脱离；
而后，对囊袋进行第2阶段注浆，此时，通过密切监测注浆管道上布设的注浆流量计及注浆压力计，其停止注浆的判别标准采用满足以下条件之一原则：(1)若囊袋内部压力急剧增高，可判定囊袋已与顶板完全接触时；(2)若囊袋注浆量已达到囊袋膨胀预期设计尺寸极限容纳量后，且与顶部接触面积达到设计要求时；
随后，断开注浆管道并封堵囊袋注浆口，水泥浆形成一定强度后进行液压支架推进作业，实现囊袋与液压支架完全脱离。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种利用液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑减损方法，其特征在于：第五步中，所述囊袋在沿同一条直线上间隔L设置为多个，最终形成囊袋支撑带，随着工作面推进方向，囊袋支撑带间隔设置为多条，最终整体上为整个采空区顶板提供稳定支撑。
6.根据权利要求5所述的一种利用液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑减损方法，其特征在于：所述相邻囊袋支撑带之间，每4个囊袋形成边长为L的平行四边形结构。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种利用液压支架后囊袋充填点源式间隔支撑减损方法，其特征在于：所述L由直接顶的初次垮落步距L1确定L＝αL1式中，L1——直接顶初次垮落步距，α——安全系数。
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