一种采空区内快速掘进联络巷的工艺的制作方法

本发明涉及巷道掘进及支护技术领域，具体涉及一种采空区内快速掘进联络巷的工艺。

背景技术：

我国是一个富煤少油的国家，煤炭资源占据我国一次性能源的70%，作为一种主要能源，煤炭资源在我国国民经济建设中具有重要的战略意义。我国绝大多数的煤矿都是井工煤矿，不能使用露天开采的方式，需要向地下开掘巷道采掘煤炭。在开掘过程中，岩体的压力平衡会因开采遭到破坏，采空区巷道内产生大量破碎围岩，尤其是上方顶板岩层失去支撑，顶板岩层在上层坚固岩层的作用下极易出现变形、破坏，矿井内易发生顶板断裂、冒顶等事故。

联络巷是指为满足通风和行人需要而设置的联络两条巷道的短巷，当联络巷在采空区冒落带掘进时，煤炭工人需要预先对采空区顶板进行加固、支护作业，以免施工过程引发顶板破碎围岩大面积塌落造成安全事故。

现有技术中，采空区内巷道开掘过程中常见的顶板加固方法主要包括撞楔法和金属支架法等。撞楔法是用一定规格的木楔或金属楔强行超前插入破碎围岩中以达到稳固岩层的目的，但该方法应用时仍存在一定局限性，不仅会受采空区顶板尺寸限制，而且在掘进过程中容易受到扰动引发顶板再次冒落；金属支架法则由于支架间存在间隔，需要工作人员在无支护的采空区工作，人身安全难以保证，若减小金属支架间距，则需要耗费大量物料，同时增大了工人的劳动强度。

中国专利号201610146803.7，公开了一种采空区内煤层复采巷道掘进方法，通过架设钢棚进行巷道支护，并采用前探钢钎配合悬挂前探梁进行爆破时的顶板临时支护；这种方法与单一的插入前探钢钎或者架设钢棚方法相比，安全性有一定提升，但该方法需要多次插入钢钎、抽出钢钎，工作强度很高；同时在爆破过程中顶板仅靠前探钢钎进行支护，稳固效果仍然较差，且当已掘进段落发生冒顶现象，巷道就会被阻塞，还需要重新开掘，因此在掘进过程中发生事故的可能性仍然较高，仍存在改进余地。

中国专利申请号201710189360.4，公开了一种巷道掘进穿越空洞的方法，通过架设棚架层，并在棚架层外侧填充木板和充填袋的实现对巷道的支护；这种方法采用木板与充填袋填充了棚架与顶板岩层间的空隙，提升了对顶板的支护效果，但在充填袋充填结束后需要撤掉部分临时支架，增加了工人的劳动强度且出矸量很大。

综上所述，现有技术虽然在一定程度上可以起到支护巷道顶板的效果，但是对稳固效果仍不够理想，掘进速度有待进一步提高，因此本发明提出了一种顶板加固效果明显、安全性强的采空区内快速掘进联络巷的工艺。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提供了一种采空区内快速掘进联络巷的工艺，本发明加固稳定顶板效果明显，能大程度提高联络巷掘进速度，有效避免巷道内围岩掉落、顶板冒顶事故的发生。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种采空区内快速掘进联络巷的工艺，包括以下步骤：

步骤一：在顶板岩层上打多个注浆眼，并及时插入注浆锚杆，锚杆另一端通过注浆管与注浆泵连接，启动注浆泵，向注浆眼注浆；

步骤二：等距离支设若干钢棚，相邻钢棚间通过连接杆进行固定；

步骤三：破碎巷道内的大块岩块；

步骤四：连续铣挖扒料、输送、装车作业。

进一步地，步骤一中所述注浆工艺为双液注浆，a液为水玻璃浆液，b液为水泥浆液，所述水玻璃浆液的波美度为40°bé，所述水泥浆液包括325水泥、水和木屑；双液注浆克服了单液水泥浆凝结时间长且不易控制的缺点，解决了先注浆后架棚工艺需要等待注浆液凝结稳定、影响工期的问题；水泥浆液中添加了木屑介质，可以提升注浆液的膨胀系数，减少注浆过程的跑浆量，使岩屑与坚固岩层更好地胶结。

进一步地，所述水泥浆液中325水泥、水和木屑的重量份数分别为8-12份、9-13份和0.7-1.1份，所述水玻璃浆液与水泥浆液的重量份数比为1:4-1:5。

进一步地，所述水泥浆液中325水泥、水和木屑的重量份数分别为10份、10份和1份，所述水玻璃浆液与水泥浆液的重量份数比为5:21。

进一步地，步骤一中所述注浆工艺直到顶板发生跑浆现象时停止。

进一步地，步骤二中所述钢棚的数量依据采空区地质条件确定，相邻钢棚棚间距为0.5-0.9m；适当增大钢棚棚间距，减少钢棚架设过程中的出矸量。

进一步地，步骤二中所述相邻钢棚棚间距为0.6m。

进一步地，步骤二中所述钢棚呈“п”字形，钢棚包括两根棚腿和一根棚梁，所述棚腿和棚梁均为11#矿用工型钢，所述棚梁沿联络巷的宽度方向延伸。

进一步地，在步骤二支设的钢棚棚梁上方填充方木，直至方木顶部与采空区顶板接触；在钢棚棚梁上方堆积方木能更好地支护采空区顶板，有利于维持采空区围岩稳固，防止联络巷掘进过程中围岩完整性遭到破坏而引发事故。

进一步地，在步骤二支设的钢棚外侧挂设菱形挡矸网；挡矸网可起到避免联络巷掘进过程中顶板掉落的小块岩石从方木缝隙中飞出造成伤亡事故的作用。

本发明具有如下优点：本发明针对采空区顶板稳定性差、围岩破碎的特点，提供了一种一种采空区内快速掘进联络巷的工艺，具有工艺简单、出矸量小、成本低、安全性好的优点。通过向顶板注浆大大降低不稳定顶板的挠曲效应和压曲效应，改善顶板的受力状态，提升顶板稳定性，为钢棚的架设提供安全保障。

附图说明

图1为本发明要解决的技术问题示意图；

图2为本发明的联络巷掘进工作面剖面结构示意图；

图3为本发明的钢棚结构示意图。

符号说明

1-工作巷道，2-联络巷，3-采空区，4-注浆层，5-钢棚，51-棚腿，52-棚梁，6-连接杆，7-挡矸网，8-方木。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

如图1-图3所示，联络巷2是联通两条工作巷道1的短巷，联络巷2掘进到已经开采结束的工作巷道2的采空区3时，由于采空区3顶板围岩的破碎程度严重，需要对顶板进行加固稳定，本发明提供了一种采空区内快速掘进联络巷的工艺，在保证施工安全的前提下提升采空区内掘金速度，具体步骤如下：

步骤一：在顶板岩层上打多个注浆眼，并及时插入注浆锚杆，锚杆另一端通过注浆管与注浆泵连接，启动注浆泵，向注浆眼注浆，在顶板岩层形成注浆层1；

步骤二：依照不同矿井采空区的地质条件，等距离支设若干钢棚5，相邻钢棚5间通过连接杆6进行固定；

步骤三：破碎巷道内的大块岩块；

步骤四：进行连续铣挖扒料、输送、装车作业。

为了缩短注浆凝结时间、提升注浆效果，实施步骤一中所述注浆工艺时，采用a液为40°bé的水玻璃浆液、b液为包括325水泥、水和木屑的水泥浆液的双液注浆工艺；其中325水泥、水和木屑的重量份数分别为8-12份、9-13份和0.7-1.1份，水玻璃浆液与水泥浆液的重量份数比为1:4-1:5。

进一步地，所述水泥浆液中325水泥、水和木屑的重量份数分别为10份、10份和1份，所述水玻璃浆液与水泥浆液的重量份数比为5:21。

为了保证注浆层4的完整性，步骤一中所述注浆工艺在顶板发生跑浆现象时停止。

为了减少架设钢棚5过程中的出矸量和施工量，步骤二中每隔0.5-0.9m支设一个钢棚2。

进一步地，步骤二所述钢棚5的棚间距为0.6m。

步骤二中所述钢棚5呈“п”字形，钢棚5包括两根棚腿51和一根棚梁52，所述棚腿51和棚梁52均为11#矿用工型钢，所述棚梁52沿联络巷2的宽度方向延伸。

为了更有效地支护采空区3顶板，步骤二中的钢棚5支架完成后，在钢棚5棚梁52上方填充方木8，直到方木8顶部能与采空区顶板接触。

为了防止小块碎岩从方木8缝隙中落出引发事故，在填充方木8之前可以在步骤二支架的钢棚5外侧挂设菱形挡矸网7。

为更好地理解本发明的技术特点，现以山东东山新驿煤矿有限公司15132轨顺联络巷掘进为例，进行举例说明。

实施例1

15132轨顺联络巷局部需要穿过采空区冒落带，采空区冒落带长度约80m，如果采用先施工超前钎棍、然后架棚支护、再使用铣挖式装载机刷掘出矸的现有掘进工艺，则需要每隔0.3m架设一个钢棚，共需架棚267架，预计工期89天，出矸量大且耗费工期长；当铣挖式装载机遇到大块岩石无法使用时，还需要矿工人力将大块岩石劈裂，工人劳动强度大，安全管理难度大，影响矿井的正常接续。

采用本发明提供的采空区内快速掘进联络巷的工艺，掘进工艺具体步骤如下：

步骤一：在顶板岩层上打注浆眼，并及时插入注浆锚杆，锚杆另一端通过注浆管与注浆泵连接；

配制波美度为40°bé的a液水玻璃浆液，放入储浆桶待注浆用；

称量重量份数为10份的325水泥和重量份数为1份的木屑并混合均匀；

称量重量份数为10份的水，与已称量好的水泥和木屑搅拌均匀后形成b液，存放在另一储浆桶中待用；

启动注浆泵，a液和b液通过注浆泵按质量比5:21向注浆眼注浆，当顶板发生跑浆现象后结束注浆，注浆与顶板破碎围岩固结后形成注浆层4。

步骤二：延联络巷2长度方向支设“п”字形钢棚5，钢棚5包括两根棚腿51和棚梁52，钢棚5棚腿51和棚梁52均采用11#矿用工型钢，棚梁52沿联络巷2宽度方向延伸；

相邻钢棚5棚间距为0.6m，共支设140架钢棚5；

相邻钢棚5的棚腿51、相邻钢棚5的棚梁52端部通过连接杆6螺纹锚杆连接，螺纹锚杆与钢棚5焊接连接，防止钢棚5倾俯，提升棚架稳定性，螺纹锚杆为煤矿开采过程中产生的废弃锚杆，废物利用，降低成本；

在支设好的钢棚5外侧铺盖菱形档矸网7；

之后在棚梁52上方填充方木8以减少棚梁52与顶板间空隙，直至方木8的顶部与采空区顶板接触。

步骤三：使用液压劈裂机配合风钻将巷道内的大块岩块破碎成小块岩石，方便铣挖式装载机进行后续作业。

步骤四：使用铣挖式装载机进行连续铣挖扒料、输送及装车作业。

液压劈裂机、风钻和铣挖式装载机等设备的使用提高了联络巷掘进速度，降低了矿工劳动强度，防止矿工人力锤击岩石产生手臂震动引发职业病和矽肺病，且工作中不会产生震动、冲击、噪音、粉尘和飞屑，不需采取复杂的安全措施要求，明显降低联络巷掘进过程中的安全风险。

在15132轨顺联络巷的掘进过程中，共减少支设钢棚127架，节约支护费用50.8万元；缩短工期39天，节约工资支出60.45万元；掘进过程顺利完成，未发生顶板事故。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。