易自燃煤层切顶自成巷无煤柱开采方法与流程

本申请涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种易自燃煤层切顶自成巷无煤柱开采方法。

背景技术：

沿空留巷是指在工作面回采后，不留设护巷煤柱，采用一定手段沿采空区边缘将上一区段工作面上顺槽维护保留，作为下一区段工作面回采的下顺槽，从而实现无煤柱开采的技术。由于取消了区段煤柱，导致采空区与巷道相互连通，由此将引发诸如漏风、空区有害气体溢出等一系列问题。尤其是对于易自燃煤层，在巷道内新鲜风流的作用下极易造成发生自燃，从而严重威胁矿井的安全生产。

当前的沿空留巷技术中，实现采空区隔离的技术方案有以下几种形式：

1、采用巷旁充填或者构筑密闭混凝土墙来隔离空区，同时维护巷道稳定保证留巷效果。然而巷旁充填结构容易导致顶板压力集中作用于充填结构上，导致充填结构变形破坏；而且传统密闭混凝土墙不具备抗变形能力，抗动压能力较弱，在采空区动压影响下容易变形开裂，产生裂隙从而使得采空区与巷道连通。对于易自燃煤层，一旦巷旁充填结构或密闭墙发生变形破坏，将导致空区与巷道连通，引煤层自燃发火、有害气体溢出等灾害，严重地威胁着井下工作人员的生命财产安全。因此现有沿空留巷技术并不能满足易自燃煤层条件下的安全开采。

2、通过架设挡矸护帮结构，然后通过喷浆或铺设柔性布的方式来实现隔离空区的目的。留巷过程中多采用喷涂化学材料来封闭空区，或者虽然形成的化学喷层具有一定的变形能力，但是变形能力较弱，在强动压扰动作用下仍然会发生变形开裂，从而失去空区封闭功能。柔性布虽有一定密闭效果，但抗冲击能力太差，在采空区动压影响下极易损坏，因此该技术不能满足易自燃煤层留巷过程中的空区封闭要求，易造成较大的安全隐患，因此该方式常用于工作面后稳定区矸石帮的喷浆密封，对于变形较大的动压承载区则难以应用。

3.针对一类级别的易自燃煤层，一些现有技术中采用具有抗变形能力的墙体来实现隔离空区并实现支护目的，例如通过充填高水材料成型，固结后达到一定强度后形成较厚的墙体结构进行支护，该类墙体虽然具有一定的卸荷缓冲作用，但由于其强度较低，只能适应较小的变形，无法适应较大的动压来袭。

在现有的部分易自燃煤层中，其自燃防火期在一个月甚至低于一个月，需要及时封闭采空区，无法等到采空区内形成稳定区后再进行封闭，在采后的动压承载区及时进行采空区的封闭。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案。

本申请提供了一种易自燃煤层切顶自成巷无煤柱开采方法，其包括以下步骤：

在留巷段的顶板补打恒阻锚索进行加强支护；

对采空区侧巷道顶板定向预裂爆破切缝；

在临时支护区架设单体液压支柱；

在回采工作面后方紧靠采空区侧布置挡矸支柱，并在所述挡矸支柱靠近所述采空区的一侧固定第一金属网；在所述第一金属网靠近所述采空区的一侧铺设柔模袋，在所述柔模袋靠近所述采空区的一侧铺设第二金属网；所述柔模袋伴随工作面的采煤支架的前移同步向前铺设；

向铺设好的所述柔模袋内灌注速凝弹性材料。

进一步的，所述速凝弹性材料在柔模袋内凝固后的厚度范围为10-150mm。

进一步的，所述速凝弹性材料选自高水充填材料、发泡胶和速凝橡胶。

进一步的，所述第二金属网和所述柔模袋的高度超出巷道高度800-1200mm，超出部分均向采空区上方延伸，所述第一金属网的高度与巷道高度相同，所述第一金属网、第二金属网和挡矸支柱形成稳定的整体结构。

进一步的，沿巷道走向方向上采用多个柔模袋依次搭接的方式延伸，相邻两柔模袋的搭接宽度为150-250mm。

进一步的，所述挡矸支柱包括可缩性搭接的上下两节u型钢，两节u型钢采用两副卡兰连接，所述u型钢沿巷道走向间隔500mm布置，埋入底板不小于200mm。

进一步的，所述速凝弹性材料通过柔模袋上预留的注浆孔灌注进柔模袋中，柔模袋的角落和边缘采用手动挤压方式辅助速凝弹性材料流动，使得灌注完成后速凝弹性材料均匀的填充在所述柔模袋中。

进一步的，在留巷段的顶板补打恒阻锚索进行加强支护步骤中，当巷道净宽度大于4.2m时，设计2～3排恒阻锚索，排距为1.0～1.5m，靠近切缝侧一列恒阻锚索用w钢带连接。

进一步的，在对采空区侧巷道顶板定向预裂爆破切缝步骤中，切缝孔直径为46～48mm，切缝孔距离巷帮的距离不大于200mm，切缝孔间距为450～650mm。

进一步的，在临时支护区架设单体液压支柱步骤中，

当巷道宽度小于4m时，单体液压支柱布置2～3列；

当巷道宽度不小于4m时，单体液压支柱布置3～4列；

单体液压支柱间距为600～1000mm，排距为600～800mm，每排单体架设一根顶梁。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：采用定向预裂爆破切缝技术配合恒阻锚索支护来减弱顶板应力传递，增大巷道抗动压能力；将能够发生较大变形的速凝弹性材料与挡矸结构相结合，来实现让压变形的同时保证采空区良好封闭效果的目的，可以及时对动压承载区部分的采空区进行封闭。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的让压挡矸护帮结构示意图；

图2是本申请提供的恒阻锚索及切缝孔布置；

图3是本申请u型钢、金属网及柔模铺设完成效果图；

图4是本申请最终留巷效果图。

图中：

1、恒阻锚索；2、挡矸支柱；3、第一金属网；4、柔模袋；5、第二金属网；6、卡兰；7、切缝孔；8、连接杆。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1-4并结合实施例来详细说明本申请。

本申请实施例提供了一种易自燃煤层切顶自成巷无煤柱开采方法，其包括以下步骤：

步骤一：在留巷段的顶板补打恒阻锚索1进行加强支护；

步骤二：对采空区侧巷道顶板定向预裂爆破切缝，有效减弱了留巷顶板压力。通过切断顶板岩梁间应力传递路径，使新形成的巷道处于矿山压力卸压区，同时在恒阻锚索加固作用下，有效降低高应力环境威胁；

步骤三：在临时支护区架设单体液压支柱；

步骤四：在回采工作面后方紧靠采空区侧布置挡矸支柱2，并在挡矸支柱2靠近采空区的一侧固定第一金属网3，在第一金属网3靠近采空区的一侧铺设柔模袋4，在柔模袋4靠近采空区的一侧铺设第二金属网5，柔模袋4伴随工作面的采煤支架的前移同步向前铺设，可以及时对采后部分进行及时封闭；

步骤五：向铺设好的所述柔模袋4内灌注速凝弹性材料，速凝弹性材料在柔模袋内会慢慢固结，用于封闭矸石帮。

本申请实施例针对易自燃煤层容易出现发火、自燃的特点，设计了上述的针对易自燃煤层的沿空留巷方法，该方法可以利用聚能爆破技术切断顶板应力传递路径，减弱采空区对巷道的动压影响；利用恒阻锚索进行补强支护，增加巷道变形让压特性；利用能够多次承受动压扰动而保证良好的密闭性，“u型钢、双层金属网、柔模袋内的速凝弹性材料”结构来进行挡矸和隔离空区，从而实现“减压、让压、挡矸、密闭”的效果。该方法能够满足易自燃煤层沿空留巷空区密闭要求，保证易自燃煤层的安全开采。

在上述实施例中，采用定向预裂爆破切缝技术配合恒阻锚索支护来减弱顶板应力传递，增大巷道抗动压能力；与此同时将能够发生较大变形的柔模高水材料与挡矸结构相结合，来实现让压变形的同时保证采空区良好封闭效果的目的。如图4所示，随着工作面的推进，在矿山压力的作用下直接顶岩石开始垮落，并冲击、挤压第二金属网5、第一金属网3、挡矸支柱2和柔模袋4。在挤压的过程中金属网及挡矸支柱2出现一定的变形，但由于柔模袋4内的速凝弹性材料的特殊性以及挡矸结构的特殊性，虽然出现一定变形但是柔模袋4仍可以起到良好的封闭效果。最终垮落的矸石被压实形成矸石墙，在矸石墙及挡矸支柱2、第二金属网5和第一金属网3的夹持作用下，空区密闭结构最终稳定，从而封闭采空区。

在一些实施例中，如图1和图3所示，第二金属网5和柔模袋4的高度超出巷道高度，超出的尺寸以800-1200mm为宜，超出部分均向采空区上方延伸，第一金属网3的高度与巷道高度相同，第一金属网3、第二金属网5和挡矸支柱2形成稳定的整体结构，具体的，柔模袋4铺设完毕后再铺设第二金属网5，第二金属网5可以与顶板部分的第一金属网3捆扎在一起，两层金属网之间间隔一定距离(与所设计的柔模袋厚度一致)，并用铁丝等金属丝固定。优选的，第一金属网3和第二金属网5之间的距离为10-150mm，即最终形成的速凝弹性材料在凝固的厚度范围为10-150mm，由于该结构无需提供支护功能，不要求强度，可以设计较小的厚度来适应大变形。双层金属网及柔模袋4铺设完毕后，将第一金属网捆绑固定在挡矸支柱2上，以保持整体结构的稳定性。第二金属网5和柔模袋4的高度超出巷道高度，用于实现柔模袋与顶板之间的密封，超出部分的柔模袋一开始在第二金属网的支撑作用下铺设在切缝处，最终会被垮落的矸石挤压在切缝处，形成于顶板之间的密封。优选的，第一金属网和第二金属网均选择为钢筋网。

需要说明的是，速凝弹性材料包括但不限于高水充填材料、发泡胶和速凝橡胶。要求速凝弹性材料在凝固之后具有一定弹性，可以承载一定的变形量，例如高水充填材料可以选择为公开号为cn1257846a的发明专利公开的一种低弹模低灰混凝土，发泡胶可以选择为聚氨酯泡沫胶，速凝橡胶可以选择为喷涂速凝液体橡胶。

在一些实施例中，沿巷道走向方向上采用多个柔模袋4依次搭接的方式延伸，相邻两柔模袋4的搭接宽度为150-250mm。这样可以充分利用现有柔模袋的尺寸，完成对于巷道内长距离挡矸密封的需求。搭接宽度在150-250mm，可以充分保证搭接处的密封，避免两个柔模袋的连接处发生泄漏。每个柔模袋的设计长度优选为采煤支架每次推进的距离，可以实现柔模袋在架后的即采即铺，更加方便快捷的封闭采空区。

在一些实施例中，如图1所示，挡矸支柱2包括可缩性搭接的上下两节u型钢，两节u型钢采用两副卡兰6连接，u型钢沿巷道走向间隔500mm布置，埋入底板不小于200mm，并用木楔子固定，使u型钢保持在同一直线上，然后铺设第一金属网。挡矸支柱2作为挡矸护帮结构，其采用两节u型钢在动压扰动下可以产生滑移变形，来吸收能量，具有很好的让压功能，顶板的恒阻锚索1配合该结构的挡矸支柱2后可以进一步减弱动压扰动索造成的顶板或者帮部的应力集中，增强了巷道抗动压能力，避免了顶板锚索及正帮护帮结构的失效，从而保证成巷效果。优选的，u型钢采用36u上下两节可缩性搭接，采用两副卡兰连接，卡兰上下沿距u型钢搭接端头各50mm，搭接长度大于1m，相邻u型钢之间用连接杆8连接，实现挡矸支柱的稳定性。

在一些实施例中，在步骤五中，速凝弹性材料通过柔模袋4上预留的注浆孔灌注进柔模袋4中，灌注完成后要求速凝弹性均匀的填充在柔模袋4中，个别角落及边缘等速凝弹性材料不易流进的地方需采用手动挤压等方式辅助高水材料流动，从而保证填充效果。同时需特别注意柔模袋搭接处是否出现错动产生缝隙，发现问题及时处理。

在一些实施例中，在留巷段的顶板补打恒阻锚索1进行加强支护步骤中，当巷道净宽度大于4.2m时，设计2～3排恒阻锚索，排距为1.0～1.5m，靠近切缝侧一列恒阻锚索用w钢带连接，如图2所示。恒阻锚索的规格包括但不限于φ21.8*13300mm。在步骤二中，在对采空区侧巷道顶板定向预裂爆破切缝步骤中，切缝孔7直径为46～48mm，切缝孔7距离巷帮的距离不大于200mm，切缝孔7间距为450～650mm，切缝孔角度与铅锤线的夹角优选为15°，切缝孔深度可以为12000mm。步骤一和步骤二配合使用有效减弱了留巷顶板压力。通过切断顶板岩梁间应力传递路径，使新形成的巷道处于矿山压力卸压区，同时在恒阻锚索加固作用下，有效降低高应力环境威胁。

在一些实施例中，在步骤三中，在临时支护区架设单体液压支柱步骤中，

当巷道宽度小于4m时，单体液压支柱布置2～3列；

当巷道宽度不小于4m时，单体液压支柱布置3～4列；

单体液压支柱间距为600～1000mm，排距为600～800mm，每排单体架设一根顶梁。

本申请实施例提供的技术方案能够在大变形的同时保证良好的采空区封闭效果。由于柔模袋中高水材料的特殊性，能够适应挡矸结构的较大变形，而不出现局部开裂、剥落等现象，在留巷及其复用期间的多次动压扰动下仍能保持良好的密闭效果，不会出现局部漏风等情况，与此同时，在矸石的挤压作用下，柔模袋中的高水材料会在矸石墙与金属网的挤压下发生一定变形，高水材料从压力较高的地方向压力较小的地方流动，能够更好地填充矸石墙与金属网之间的空隙，从而能够很好地保证空区封闭效果。

需要说明的是，根据上述实施例的挡矸及支护结构还可以包括其他必要的组件或结构，具体的开采方法也可以包括其他必要的步骤，并且各结构的对应的布置位置和连接关系，各步骤的相互时序和控制参数均可参考现有技术中的同类装置和方法，各未述及结构的连接关系、操作及工作原理对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。

本说明书中部分实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。