一种大倾角中厚煤层走向长壁开采异形沿空巷道留设与支护方法与流程

本发明涉一种煤矿开采及巷道支护领域；尤其涉及一种大倾角中厚煤层走向长壁开采异形沿空巷道留设与支护方法。

背景技术：

随着我国煤炭资源开采可持续发展战略的实施，沿空留巷作为一种有效的无煤柱开采技术在近水平、缓倾斜、薄及中厚煤层且顶底板条件好的情况下已经成功应用。留巷方式分为原位留巷、半原位留巷，支护方式包括巷内支护和巷旁支护，巷内支护主要采用锚杆、锚网等加强支护提高围岩的稳定性，巷旁支护主要采用小煤柱、巷旁充填及支柱等有效控制顶板岩层的运动沉降。沿空留巷技术能够解放煤矿区段煤柱留设损失，提高煤炭采出率，减少巷道掘进量，缓解采掘接续紧张状况，有利于矿井安全高效绿色开采。

大倾角煤层开采中，由于倾角大，煤层顶底板情况复杂，顶板垮落及矸石充填沿倾向具有非线性特征，导致工作面下部运输平巷围岩应力环境复杂，沿空巷道留设及支护难度大。根据大倾角煤层走向长壁开采覆岩运移规律，确定合理的沿空巷道留设方法、巷内刚柔支护、巷旁强弱充填支护技术，有效缓解工作面顶板下沉对沿空巷道的压缩作用和垮落矸石的冲击作用，解决沿空巷道围岩破碎、煤壁片帮等问题，为大倾角中厚煤层实现无煤柱开采提供一种新方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种大倾角中厚煤层走向长壁开采异形沿空巷道留设与支护方法。

第一方面，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种大倾角中厚煤层走向长壁开采异形沿空巷道留设与支护方法，包括如下步骤：

步骤一：大倾角中厚煤层沿空巷道的留设；

步骤二：柔模混凝土、柔性垫层强弱结合巷旁充填支护；

步骤三：单体支柱、全锚系统刚柔结合巷内支护。

优选地，步骤一中，具体步骤如下：

步骤1，第一区段工作面从切眼推进至顶板初次垮落前，在工作面下端口运输巷道靠近采空区侧待充填区域放置挡矸支架防矸，并铺设金属网和挡矸；

步骤2，顶板初次垮落后产生“o-x”破断，工作面下端口弧形三角板位置处进行切顶卸压，使该工作面顶板沿运输平巷边缘垮落，将运输平巷护留下来，保留巷道至下区段工作面回撤通道处。保留下来的巷道作为下区段工作面的回风巷道。

优选地，步骤二中，具体步骤如下：

步骤1，柔模混凝土墙体位于巷旁充填体下部，浇筑于帮侧，为防止墙体滑移，将墙体基础掏至硬底以增加墙的强度及抗滑力；

步骤2，根据煤层地质条件选择合适的混凝土强度，确定初期的墙体厚度与高度；其中，墙体高度随顶板倾角的变化而进行调整；

步骤3，柔性垫层位于巷旁充填体上部，根据不同的矿井条件可选择合适的柔性垫层，增强巷旁支护体的可变形性；为控制柔模墙体侧向变形及增强柔模墙体抗压强度，在柔模上设置锚栓，锚栓用锚杆制成，锚杆两端滚丝，每根锚栓两端各配以托盘、螺母。

优选地，步骤三中，具体步骤如下：

步骤1，全锚系统中锚杆、锚索沿巷道顶板垂直打入，采用高强螺纹锚杆，锚固剂浆体强度不低于20.0mpa，操作时采用快、中、慢三速锚固药卷配合使用，在快速锚固剂生效后快速施加预紧力；

步骤2，锚索规格根据顶板条件选择，且锚固剂浆体强度与锚杆相似；锚网采用铁丝网进行护表，并利用锚杆系统固定的w钢带进行固定，且w钢带走向支护密度于锚杆排距保持一致；其中巷内单体支柱对全锚支护起辅助作用，按一定间距排列支护巷道，防止全锚系统失效而维护巷道稳定。

优选地，步骤2中，所述顶板初次垮落后产生“o-x”破断，工作面下端口弧形三角板位置处进行切顶卸压，使得顶板中形成的非对称应力拱峰值向工作面中部偏移，从而减缓上覆岩层运动，减小沿空留巷围岩变形量。

优选地，步骤1中，所述金属网，在采空区顶底板各打入锚杆来固定金属网进行挡矸。

优选地，步骤1中，所述挡矸的支架两排为一组，每排3架，其设有挡矸板，通过与工作面支架连接进行移架，能够临时支护、隔离采空区，并配以大倾角防滑装置；当工作面向前推进，挡矸支架移架后在支架后方充填竹笆，防止漏矸。

优选地，步骤1中，所述柔模混凝土墙上设有注浆口，与混凝土输送管连接，通过输送管将拌好的混凝土泵入柔模内，利用柔模透水不透浆的特性，使混凝土在柔模内自动成型。

优选地，大倾角中厚煤层的煤层倾角为35°-55°，厚度为2m-3m。

在本发明的方法有以下优点：

(1)本发明巷旁支护采用柔模混凝土、柔性垫层强弱结合方法，柔性垫层增强了巷旁支护的可变形性，减缓了顶板岩层的沉降速率；柔模混凝土墙浇筑在巷道帮侧，并将墙体基础掏至硬底，在底板受水侵蚀导致底板松软时，避免墙体可能出现倒塌的情况。

(2)本发明挡矸支架移架后在支架后方充填竹笆，给巷旁充填体增加了一道柔性保护层，减小了飞矸对巷旁充填体的冲击力。

(3)本发明对顶板进行切顶卸压，使应力拱峰值向工作面中部偏移，减小了沿空留巷的围岩变形量。

(4)本发明取消了传统的木点柱，采用了挡矸支架，提高了沿空留巷速度和机械化程度，同时提高了沿空留巷挡矸支护安全系数。

(5)本发明巷内支护采用单体支柱、全锚系统刚柔结合方法，支护稳定，实施简单，安全可靠。

附图说明

图1是本发明所涉及的大倾角中厚煤层沿空留巷布置平面示意图；

图2是本发明所涉及的大倾角中厚煤层沿空留巷支护布置(ⅰ-ⅰ)剖面图；

图3是本发明所涉及的大倾角中厚煤层沿空留巷巷旁支护柔模墙体结构平面图；

图4是本发明所涉及的大倾角中厚煤层沿空留巷巷旁支护柔模墙体结构剖面图；

图5是本发明所涉及的大倾角中厚煤层沿空留巷支护布置平面图。

其中：1-现区段工作面；2-下区段回采工作面；3-工作面回风平巷；4-工作面液压支架；5-采空区；6-切顶线；7-柔模混凝土墙；8-挡矸支架；9-竹笆；10-工作面运输平巷；11-工作面端头支架；12-沿空留巷；13-煤层；14-直接顶；15-基本顶；16-锚杆；17-锚索；18-切顶后应力拱曲线；19-切顶前应力拱曲线；20-护表装置；21-单体支柱；22-锚栓；23-柔性垫层；24-金属网；25-垮落矸石；26-注浆口；27-w钢带；28-铁丝网；d-顶板“o-x”状破断(破断顺序：a,b,c)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。

实施例1

本实施例中提供的一种大倾角中厚煤层走向长壁开采异形沿空巷道留设与支护方法；如图1、图2、图3、图4、图5所示，所述的煤层厚度为2m-3m，煤层倾角为35°-55°。

步骤一：大倾角中厚煤层沿空巷道的留设。如图1，包括：现区段工作面1，下区段回采工作面2，工作面回风平巷3，工作面液压支架4，采空区5，切顶线6，柔模混凝土墙7，挡矸支架8，竹笆9，工作面运输平巷10，工作面端头支架11，沿空留巷12，顶板“o-x”状破断d；图2所示，包括：切顶线6，柔模混凝土墙7，挡矸支架8，竹笆9，沿空留巷12，煤层13，直接顶14，基本顶15，锚杆16，锚索17，切顶后应力拱曲线18，切顶前应力拱曲线19，护表装置20，单体支柱21，锚栓22，柔性垫层23，金属网24，垮落矸石25；第一区段工作面1从切眼推采至顶板初次垮落前，在工作面下端口巷道待充填区域放置挡矸支架8防矸，并铺设金属网24挡矸；在顶板初次垮落后产生“o-x”破断，工作面下端口弧形三角板进行切顶卸压，使该工作面顶板沿运输平巷10边缘垮落，在运输巷道沿采空区5边缘位置设置强(柔模混凝土)+弱(柔性垫层)结合充填支护体，将工作面运输平巷10护留下来，保留巷道至下区段工作面2回撤通道处。保留下来的巷道做为下区段工作面2的回风巷道。

步骤二：强(柔模混凝土)弱(柔性垫层)巷旁充填支护；如图2，包括：切顶线6，柔模混凝土墙7，挡矸支架8，竹笆9，沿空留巷12，煤层13，直接顶14，基本顶15，锚杆16，锚索17，切顶后应力拱曲线18，切顶前应力拱曲线19，护表装置20，单体支柱21，锚栓22，柔性垫层23，金属网24，垮落矸石25；图3所示，包括：锚栓22，注浆口26；图4所示，包括：锚栓22，注浆口26，本发明工作面回风平巷3巷旁支护采用柔模混凝土墙7(强)+柔性垫层23(弱)共同支护。柔模混凝土墙7位于巷旁充填体下部，浇筑于帮侧，为防止墙体滑移，将墙体基础掏至硬底以增加墙的强度及抗滑力。如图3(其中，22-锚栓、26-注浆口)、图4(其中，22-锚栓、26-注浆口)，本实施例中柔模混凝土墙7长度h3＝h4＝3m，设计混凝土强度为c25，初期的墙体厚度h6为0.8m，墙体高度h5为4m。其中，墙体高度随顶板倾角的变化而进行调整。为控制柔模墙体7侧向变形及增强柔模墙体7抗压强度，在柔模上设置锚栓22，规格为φ20mm×1100mm，间排距为h1×h2＝1.0m×1.0m，锚栓22用锚杆制成，锚杆两端滚丝，每根锚栓两端各配以托盘、螺母。柔性垫层23位于巷旁充填体上部，本实施例中选择楔形木垫层为柔性垫层23，其高度随顶板倾角变化而变化，从而增强巷旁支护体的可变形性。

步骤三：刚(单体支柱)柔(全锚系统)巷内支护。如图2包括：切顶线6，柔模混凝土墙7，挡矸支架8，竹笆9，沿空留巷12，煤层13，直接顶14，基本顶15，锚杆16，锚索17，切顶后应力拱曲线18，切顶前应力拱曲线19，护表装置20，单体支柱21，锚栓22，柔性垫层23，金属网24，垮落矸石25；图5所示：包括：锚杆16，锚索17，w钢带27，铁丝网28；沿空巷道采用全锚系统(柔)+单体支柱(刚)共同支护。全锚系统中锚杆16、锚索17沿巷道顶板垂直打入，本实施例中锚杆16采用φ20mm×2200mm高强螺纹锚杆16，锚固剂浆体强度不低于20.0mpa，，操作时采用快、中、慢三速锚固药卷配合使用，快速锚固剂生效后快速施加预紧力，锚杆16间排距为800mm×800mm；锚索17采用规格为φ15.24mm×5000mm，锚固剂浆体强度与锚杆相似，间排距为1600mm×3200mm；巷道护表装置20采用锚网系统+锚杆16固定w钢带27进行护表，锚网采用孔径为50mm的铁丝网28，且w钢带27走向支护密度于锚杆16排距保持一致。巷内单体支柱21对全锚支护起辅助作用，每2m放置一个来支护巷道，防止全锚系统失效而维护巷道稳定。

本实施例中，步骤一所述的在顶板初次垮落后产生“o-x”破断，工作面下端口弧形三角板位置处进行切顶卸压，能够使切顶前顶板中形成的非对称应力拱19峰值向工作面中部偏移，从而减缓上覆岩层运动，减小沿空留巷围岩变形量。

本实施例中，步骤一所述的金属网24，在采空区顶底板各打入锚杆16，将金属网24上下边缘各挂在上下部锚杆16尾部来固定金属网24，从而进行挡矸。所述的挡矸支架8两排为一组，每排3架，设有挡矸板，通过与工作面支架连接进行移架，能够临时支护、隔离采空区，并配以大倾角防滑装置。随着工作面向前推进，挡矸支架8移架后在支架后方充填竹笆9，以防止漏矸。

本实施例中，步骤二所述的柔模混凝土墙7上设有注浆口26，与混凝土输送管连接，通过输送管将拌好的混凝土泵入柔模内，利用柔模透水不透浆的特性，使混凝土在柔模内自动成型。

综合而言，本发明提供的一种大倾角中厚煤层走向长壁开采异形沿空巷道留设与支护方法，能够解决大倾角中厚煤层沿空留巷的稳定性问题，提高了煤炭回收率，减轻了工人劳动强度，并且施工安全性大大提升。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。