CN113356907A - 一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿开采技术领域,涉及到一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺。包括加固补强施工、***切顶卸压、回采后支护、巷旁高分子喷涂封闭、局部补打切顶孔或挑顶孔多个步骤。实现安全有效的无煤柱开采,增加煤矿收益的效果,对沿空留巷技术的发展有良好的促进作用。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采技术领域,涉及到一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺。
背景技术
沿空留巷是为了回收传统采矿方式中留设的保护煤柱。采用一定的技术手段将上一区段的顺槽重新支护留给下一个区段使用。早期的沿空留巷的方法主要是随工作面回采推进,利用巷旁充填等手段,沿采空区边缘维护保留原回采巷道,从而取消护巷煤柱,作为下区段工作面沿空回采巷道使用。但是,由于支护墙体将受到两次采动的影响,支护墙体很容易出现裂缝沟通采空区,容易引发火灾、瓦斯***事故,而且墙体维护较困难,构筑支护墙体及护巷成本也比较高,严重制约沿空留巷技术应用及发展。
发明内容
为解决上述问题,本发明设计了一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,采用***切顶卸压的技术,实现了安全有效的无煤柱开采,增加了煤矿收益,促进沿空留巷技术的发展。
本发明采用的技术方案是,
一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,包括以下步骤,
步骤1:工作面回采前,进行加固补强施工,所述加固补强施工包括沿巷道走向施工一列恒阻锚索和两列高强锚索;
步骤2:工作面回采前,施工预裂***孔,采用大直径***管,人工装填***,进行***切顶,所述预裂***孔包括双向聚能预裂孔和倾向松动预裂孔;
步骤3:工作面回采后,实施巷旁密集单体柱+单体抬棚联合支护,同步实施U型钢挡矸+挂网支护;
步骤4:在工作面支架后方的采空区施工钢管砼构造柱,所述钢管砼构造柱垂直于顶底板;
步骤5:密集单体柱及单体抬棚回撤,同步实施巷旁高分子喷涂封闭;
步骤6:局部补打切顶孔或挑顶孔。
进一步,所述加固补强施工还包括,在距离开采帮600mm沿巷道走向施工一列排距1000mm的恒阻锚索,在巷道中部距离恒阻锚索1375mm施工一列排距为2000mm高强锚索,在距离恒阻锚索2225mm施工一列排距为2000mm高强锚索,两列高强锚索呈交错布置。
进一步,所述加固补强施工还包括,沿巷道走向在恒阻锚索设置W钢带,
进一步,所述双向聚能预裂孔直径50mm,深9000mm,倾角10°~15°,间距600mm,设置在巷道旁且距离开采帮200mm距离;所述倾向松动预裂孔直径94mm,深20~22m,设置在巷道顶板中央位置,每三个倾向松动预裂孔为一组,沿巷道走向每隔30m施工一组。
进一步,所述大直径***管长2m,人工装填***的方式为4+3+3+2+1。
进一步,所述步骤4还包括,当工作面推进5~6刀时,每6m打设一根钢管砼构造柱,待回采工作面超过30m时,对钢管砼构造柱实施混凝土灌注施工。
进一步,所述步骤5还包括,待沿空侧巷道稳定后,撤除密集单体柱及单体抬棚,并对煤帮局部垮落片帮区域,进行简单维修处理,同步对采空区侧进行高分子喷涂封闭处理。
进一步,所述步骤6还包括,对垮落不充分的地方补充打孔***。
进一步,本发明还包括在成巷段安设顶板监测设备,所述顶板监测设备包括多点位移计、顶板移近量动态报警仪、锚索应力传感器、单体顶板压力无线监测。
进一步,本发明还包括,在巷旁侧单体内侧挂设挡风帘。
本发明的工作原理和有益效果是:
通过预裂切缝***,在局部范围切断工作面顶板应力传递,减弱巷道顶板压力,且预裂***能很好地保护巷道顶板完整性。利用恒阻锚索和高强锚索联合进行加固补强,控制顶板下沉,使所留巷道围岩能最大限度地发挥自身承载作用,减小巷道变形,保证留巷效果。实施动压分区顶板控制和增设钢管砼构造柱,均提升了巷道整体的支护性能。本发明的施工工艺能够实现安全有效的无煤柱开采,增加煤矿收益的效果,对沿空留巷技术的发展有良好的促进作用。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的流程图;
图2是本发明超前支护区的结构示意图;
图3是本发明动压加强支护区的结构示意图;
附图中,1、恒阻锚索,2、高强锚索,3、W钢带,4、双向聚能预裂孔,5、π型钢梁,6、单体支柱,7、钢管砼构造柱,8、U型钢挡矸,9、开采帮。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明的技术方案作进一步详细的描述,但本发明的保护范围及实施方式不限于此。
随着工作面推进过程,不同位置巷道受采动影响不同,根据以往现场监测数据,将工作面附近划分为三个区:超前支护区(工作面前方20m),采后动压加强支护区(架后0m~150m),采后缓释抗变形支护区(架后150m~220m)和成巷稳定区(架后220m之后),不同分区根据需要采取不同的支护措施。
具体实施例,如图1所示,
第一步:加固补强施工。如图2所示,
超前支护区内,在距离开采帮600mm沿巷道走向施工一列恒阻锚索,排距1000mm,并在恒阻锚索沿着巷道走向添加W钢带,W钢带将恒阻锚索连成一体,进行锁口支护,提高整体支护性能;在巷道中部距离恒阻锚索1375mm施工一列11.3m高强锚索,排距2000mm;在距离恒阻锚索2225mm施工一列11.3m高强锚索,排距2000mm,两列高强锚索呈交错布置。本实施例中增加锚索长度可以有效的拉住悬臂梁顶板,防止出现较大下沉量及破坏顶板支护。
恒阻锚索组成方式为:SKP22-1/1770HS恒阻器+φ21.6×11300mm锚索+2400×280×5mmW型钢带+300×300×16mm锚索托盘+M22锁具组成,该恒阻器具有一定的顶板让压作用,并且具有足够的延伸量储备,应对缓慢大变形和瞬时大变形的塌方隐患,避免普通锚索崩断产生火花,引起灾害事故。
高强锚索组成方式:φ21.6×11300mm锚索+300×300×16mm锚索托盘+M22锁具组成,组成方式简单,没有让压作用,主要是为了顶板加强支护用,其作用不如恒阻锚索效果好,费用较低,而恒阻锚索成本较高。
通过加固补强施工采用一列恒阻锚索和两列高强锚索以及这样的布置方式,最大节省成本下保证了顶板让压和顶板的支护效果。
第二步:顶板预裂卸压***施工。
在巷道旁距离开采帮200mm布置直径50mm深9000mm,倾角10°~15°的双向聚能预裂切顶孔,间距600mm,并进行装药方式4+3+3+2+1方式进行***作业。同步在巷道中顶板实施倾向深孔预裂***。在巷道顶板中央附近位置,每隔30m施工一组包含3个直径94mm的20~22m深钻孔,并采用2m长大直径***管,人工装填***,进行深孔预裂***。
通过预裂切缝***,在局部范围切断工作面顶板应力传递,减弱巷道顶板压力,且预裂***能很好地保护巷道顶板完整性。利用恒阻锚索和高强锚索联合进行加固补强,控制顶板下沉,使所留巷道围岩能最大限度地发挥自身承载作用,减小巷道变形,保证留巷效果。为减小切落顶板垮落对留巷顶板的摩擦力作用,并使切缝顶板更容易垮落,设计切缝孔应与铅垂线成一定夹角。预裂***孔加深和***装药量增加、装药方式的改变可以有效的加快老顶及时垮落,减少压力传递。
双向聚能预裂孔:主要是以预裂切缝孔的中轴线自下而上逐渐放大形成预裂切缝,达到切断工作面及采空区与沿空留巷顶板连接,减小压力传递的预期效果。
倾向松动预裂孔:主要是首个工作面布置为刀把式切眼,1#倾向斜长61.5m、2#切眼斜长43.9m,周围无已回采工作面或采空区,大范围来压将会给沿空留巷造成较大压力,故在200m范围内向采空区每隔30m布置一组(3个)倾向松动预裂孔来提前对工作面顶板进行松动***,减少工作面压力,并能够使沿空切顶沿着巷旁顺利切落并充填密实。
第三步:紧跟支架后挂设挡风帘。
紧跟支架后面,三角区悬顶段在巷旁侧单体内侧挂设挡风帘,减小三角区向采空区漏风。
第四步:动压加强临时支护施工。
在超前工作面在靠近开采帮一侧加强单体支护,工作面后方,实施动压分区顶板控制,根据分区支护设计方案,在不同采后距离段内实施巷旁密集支柱+单体抬棚联合支护,同步实施U型钢挡矸+挂网支护。
动压分区原则是根据不同开采条件下岩层移动规律的时空显现特征和来压机制的不同,采取相适宜的支护控制对策,支护效果更好。更改老塘侧支护材料,减少成本支出及单体损耗。
如图3所示,在动压加强支护区实施一梁五柱的支护方式,即使用π型钢梁和单体支柱,每一个π型钢梁下设置五个单体支柱,其中四个单体支柱间隔500mm,第五个单体支柱与第一个间隔3900mm,π型钢梁排距为1000mm。
第五步:钢管砼构造柱施工。
当工作面向前推进时,每6m打设一根钢管砼构造柱,待回采工作面超过30m时,对钢管砼构造柱实施混凝土灌注施工。增加混凝土钢管支柱可以有效的加强顶板支护强度,防止顶板出现大面积垮落,造成巷道破坏。
第六步:密集单体柱及单体抬棚回撤,同步实施巷旁高分子喷涂封闭。待沿空侧巷道稳定后,撤除巷帮及巷内单体柱,即在工作面220m之后的成巷稳定区的单体和π型钢梁在砼钢柱浇筑完成后全部拆除,节省成本。并对煤帮局部垮落片帮区域,进行简单维修处理。同步,对采空区侧进行高分子喷涂封闭处理。喷浆可以有效的阻止采空区煤炭自然,防止采空区漏风,减少灾害发生。巷旁支护不仅要有高强的支护能力,还要有严密的封闭性,以减少采空区漏风引起的煤层自燃。
第七步:局部补打切顶孔或挑顶孔。根据现场情况,对垮落不充分的地方补充打孔***,确保切顶效果及稳定巷帮。
第八步:在成巷段安设顶板监测设备,实时进行数据分析。所述顶板监测设备包括多点位移计、顶板移近量动态报警仪、锚索应力传感器、单体顶板压力无线监测。采用矿压监测、顶板岩性探测相结合的手段,及时分许监测结果,提出设计方案变更与调整方案。
切顶卸压沿空留巷技术将传统一面双巷改变为一面单巷采掘模式,减少采掘比,实现无煤柱开采。山不拉煤矿在2015年底就在薄煤层工作面开始了切顶卸压沿空留巷技术。四年多时间,共计留巷五个工作面,合计留巷5197米,提高采出率10%,节省巷道6554米,多回收煤柱6788米,多回收煤炭资源21.4万吨,累计节约掘进成本642万元,实现增收6741万元。经测算,留巷成本为1500元/米。采用沿空留巷的采煤工作面最高月产为10.18万吨,单队平均增加人数7人。目前,厚度1-2米的煤层留巷已结束,留巷4年多时间,实现安全留巷,未发生破皮伤以上的事故。
通过在薄煤层采用沿空留巷技术,山不拉煤矿每年可以少掘巷道1500米以上,实现较好经济效益的同时,大大缓解了采掘接续紧张的局面,基本实现了实行沿空留巷的预期目标。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,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,都涉及本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,其特征在于,包括以下步骤,
步骤1:在工作面前方,进行加固补强施工,所述加固补强施工包括沿巷道走向施工一列恒阻锚索和两列高强锚索;
步骤2:施工预裂***孔,采用大直径***管,人工装填***,进行***切顶,所述预裂***孔包括双向聚能预裂孔和倾向松动预裂孔;
步骤3:在工作面后方,实施巷旁密集单体柱+单体抬棚联合支护,同步实施U型钢挡矸+挂网支护;
步骤4:在工作面后方施工钢管砼构造柱,所述钢管砼构造柱垂直于顶底板;
步骤5:对成巷稳定区的密集单体柱及单体抬棚回撤,同步实施巷旁高分子喷涂封闭;
步骤6:局部补打切顶孔或挑顶孔。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,其特征在于,所述加固补强施工还包括,在距离开采帮600mm沿巷道走向施工一列排距1000mm的恒阻锚索,在巷道中部距离恒阻锚索1375mm施工一列排距为2000mm高强锚索,在距离恒阻锚索2225mm施工一列排距为2000mm高强锚索,两列高强锚索呈交错布置。
3.根据权利要求1所述的一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,其特征在于,所述加固补强施工还包括,沿巷道走向在恒阻锚索设置W钢带。
4.根据权利要求1所述的一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,其特征在于,所述双向聚能预裂孔直径50mm,深9000mm,倾角10°~15°,间距600mm,设置在巷道旁且距离开采帮200mm距离;所述倾向松动预裂孔直径94mm,深20~22m,设置在巷道顶板中央位置,每三个倾向松动预裂孔为一组,沿巷道走向每隔30m施工一组。
5.根据权利要求1所述的一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,其特征在于,所述大直径***管长2m,人工装填***的方式为4+3+3+2+1。
6.根据权利要求1所述的一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,其特征在于,所述步骤4还包括,当工作面推进5~6刀时,每6m打设一根钢管砼构造柱,待回采工作面超过30m时,对钢管砼构造柱实施混凝土灌注施工。
7.根据权利要求1所述的一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,其特征在于,所述步骤5还包括,待沿空侧巷道稳定后,撤除密集单体柱及单体抬棚,并对煤帮局部垮落片帮区域,进行简单维修处理,同步对采空区侧进行高分子喷涂封闭处理。
8.根据权利要求1所述的一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,其特征在于,所述步骤6还包括,对垮落不充分的地方补充打孔***。
9.根据权利要求1所述的一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,其特征在于,还包括在成巷段安设顶板监测设备,所述顶板监测设备包括多点位移计、顶板移近量动态报警仪、锚索应力传感器、单体顶板压力无线监测。
10.根据权利要求1所述的一种用于煤层灾变防控的沿空留巷施工工艺,其特征在于,还包括,在巷旁侧单体内侧挂设挡风帘。
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