一种巷旁采空区矸石胶结成墙的沿空留巷系统及方法与流程

本发明属于煤矿巷道支护技术领域，尤其涉及一种巷旁采空区矸石胶结成墙的沿空留巷系统及方法。

背景技术：

近年来无煤柱开采工艺在煤矿生产活动中得到广泛应用，其中切顶卸压自动成巷及巷旁充填沿空留巷是无煤柱开采的两种主要方式。巷旁充填分为高水材料巷旁充填及混凝土巷旁充填。

然而，高水材料巷旁充填、混凝土巷旁充填及切顶卸压自动成巷均存在缺陷。具体的，1）混凝土巷旁充填沿空留巷存在以下缺点：混凝土浆液粘稠，混凝土浆液凝固过程中容易析水，混凝土墙体接顶困难，采空区密闭效果差混凝土墙不能主动支撑顶板，被动承载，不利于巷道围岩变形控制；凝结体不让压，墙体易发生不可逆变形破坏，顶板条件较差时，容易造成顶板在巷内沿墙体边缘切断；高水材料巷旁充填沿空留巷方式虽具有工艺简单、巷旁支护体增阻速度快、支护阻力大、塑性性能好、充填体接顶效果好、与采空区隔绝效果好、适用条件广泛等诸多优点，但其与混凝土沿空留巷有一个共同的特点，需要构筑巷旁充填体，需要增加较多的材料投入，对于地质条件复杂、煤质较差、矿井效益较差的矿井，往往不愿增加投入；3）切顶卸压自动成巷沿空留巷方式存在以下缺点：工序繁琐；被动挡矸支护材料压弯变形严重无法回收、材料及人工投入大；铺设风筒布及挂网喷浆等手段不可靠，采空区遗煤有自燃风险，采空区积聚瓦斯易涌入留巷巷道引起瓦斯超限，不适用于高瓦斯矿井和煤层易自燃矿井。

因此发明一种成本低廉、适应性强的沿空留巷方法成为该领域工程技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种巷旁采空区矸石胶结成墙的沿空留巷系统及方法，其充分利用采空区垮落矸石，通过增设第一挡矸板、第一液压千斤顶、第二挡矸板和第二液压千斤顶，紧跟工作面，完成胶结成墙留巷，且可始终隔绝采空区和沿空巷道，成本低，适应性强。为实现上述目的。本发明采用如下技术方案：

本发明提出了一种旁采空区矸石胶结成墙的沿空留巷系统，包括：

若干液压支架，用于维护工作面顶板，所述液压支架架设在工作面处；工作面端头处的所述液压支架的尾梁上铰接第一液压千斤顶；所述第一液压千斤顶靠近采空区的一端连接有第一挡矸板；

一留巷支架，用于维护沿空巷道侧顶板，所述留巷支架靠近采空区侧铰接第二液压千斤顶；所述第二液压千斤顶靠近采空区的一端连接有第二挡矸板；所述第二挡矸板位于所述第一挡矸板后方；所述第二挡矸板与所述第一挡矸板相抵并围成一留巷作业区域；所述第二挡矸板上开设注浆孔；

注浆泵站，所述注浆泵站连通一注浆管；所述注浆管连通所述注浆孔；所述注浆泵站通过所述注浆管，将高水充填材料注入所述留巷作业区域。

优选地，所述留巷支架包括2个沿沿空巷道宽度方向设置的留巷液压支柱。

优选地，所述留巷支架的顶部固定一用于维护沿空巷道顶板的侧护板。

优选地，靠近沿空巷道侧设置护壁板；所述护壁板紧贴位于所述留巷作业区域后方的已筑巷旁支护体；所述沿空巷道内设置单体液压支柱；所述单体液压支柱和护壁板之间设置一连接件。

本发明还提出了一种巷旁采空区矸石胶结成墙的沿空留巷方法，基于所述的巷旁采空区矸石胶结成墙的沿空留巷系统，包括以下步骤：

（1）架设所述液压支架和留巷支架；将所述注浆管安装在所述注浆孔处；

（2）随着工作面的推进，所述液压支架移架，所述留巷支架移动，并保持所述第二挡矸板与所述第一挡矸板相抵并围成一留巷作业区域；

（3）当工作面推进了一块所述第二挡矸板的距离时，通过所述注浆泵站和注浆管向所述留巷作业区域内浇筑高水充填材料，以将所述留巷作业区域内的采空区垮落矸石胶结成墙，最后构筑成一巷旁支护体；

（4）执行步骤（2），直至将完成所述巷旁支护体的构筑工序。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1）通过增设第一挡矸板、第一液压千斤顶、第二挡矸板和第二液压千斤顶，紧跟工作面，完成胶结成墙留巷，且可始终隔绝采空区和沿空巷道，工艺简单。

2）充分利用采空区垮落矸石，无需投入其他材料，成本低且工人劳动强度小、辅助运输量小。

3）不受矿井、煤层及地质等因素的影响，适用条件广泛。

附图说明

图1为本发明一实施例的巷旁采空区矸石胶结成墙的沿空留巷系统的俯视图；

图2为图1中留巷支架、侧护板、第二液压千斤顶和第二挡矸板的侧视图；

图3为图1中单体液压支柱、连接件和护壁板的侧视图。

其中，1-留巷支架，2-侧护板，3-第二液压千斤顶，4-第二挡矸板，5-单体液压支柱，6-连接件，7-护壁板；8-注浆泵站，9-注浆管，10-采空区，11-第一液压千斤顶，12-第一挡矸板，13-液压支架。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

如图1~3所示，一种旁采空区矸石胶结成墙的沿空留巷系统，包括：若干液压支架13、第一液压千斤顶11、第一挡矸板12、一留支架、第二液压千斤顶3、第二挡矸板4以及注浆泵站8，具体介绍如下：

液压支架13，用于维护工作面顶板，液压支架13架设在工作面处；工作面端头处的液压支架13尾梁上铰接第一液压千斤顶11；第一液压千斤顶11靠近采空区10的一端连接有第一挡矸板12。其中，工作面端头处的一液压支架13为第一液压支架；优选地，该第一液压支架后方的第二液压支架的尾梁上也铰接一液压千斤顶，与第一液压千斤顶11共同为第一挡矸板12提供动力。其中，第一挡矸板12的长度设置为3m~4m。在本实施例中，以工作面推进的方向为前方向。

留巷支架1，用于维护沿空巷道侧顶板，留巷支架1靠近采空区10侧铰接第二液压千斤顶3；第二液压千斤顶3靠近采空区10的一端连接有第二挡矸板4；第二挡矸板4位于第一挡矸板12后方；第二挡矸板4与第一挡矸板12相抵并围成一留巷作业区域；第二挡矸板4上开设注浆孔；注浆孔内安装一注浆钢管。其中，第二挡矸板4的长度设置为3m~4m。在本实施例中，第一挡矸板12和第二挡矸板4具有挡住采空区垮落矸石的作用的同时，还可以充当止浆墙及辅助注浆成型。

注浆泵站8，注浆泵站8连通一注浆管9；注浆管9位于沿空巷道内；注浆管9连通注浆孔；注浆泵站8通过注浆管9和注浆孔，将高水充填材料注入留巷作业区域。除在第二挡矸板4上预埋注浆孔的方式外，在本实施例中，通过在采空区垮落矸石上打孔、在注浆孔处插入注浆钢管，注浆钢管位于打出的孔内；之后将注浆管9连接在注浆钢管上的方式，实现高水充填材料的泵入。

在本实施例中，留巷支架1包括2个沿沿空巷道宽度方向设置的留巷液压支柱。靠近采空区10的一留巷液压支柱上铰接第二液压千斤顶3；远离采空区10的一留巷液压支柱的顶面上固定一用于维护沿空巷道顶板的侧护板2，该侧护板2位于沿空巷道内。

在本实施例中，靠近沿空巷道侧设置护壁板7；护壁板7紧贴位于留巷作业区域后方的已筑巷旁支护体；沿空巷道内设置单体液压支柱5；单体液压支柱5和护壁板7之间设置一连接件6。单体液压支柱5、连接件6和护壁板7组成一加强支护。加强支护沿沿空巷道排列形成加强支护单元。优选地，沿空巷道内还增设一列用于支撑维护沿空巷道顶板的辅助单体液压支柱，该辅助单体液压支柱位于该加强支护单元靠近沿空巷道的一侧。

本实施例中还提出了一种巷旁采空区10矸石胶结成墙的沿空留巷方法，基于上述巷旁采空区矸石胶结成墙的沿空留巷系统，包括步骤（1）~（4），具体如下：

（1）架设液压支架13和留巷支架1；将注浆管9安装在注浆孔处的注浆钢管上；

（2）随着工作面的推进，液压支架13、留巷支架1均朝工作面推进方向移动，并保持第二挡矸板4与第一挡矸板12相抵（相互贴紧）并围成一留巷作业区域；第二挡矸板4与第一挡矸板12相抵，可避免在移动的过程中，采空区10垮落矸石涌入沿空巷道内；

（3）当工作面推进了一块第二挡矸板4的距离时，通过注浆泵站8和注浆管9向留巷作业区域内浇筑高水充填材料，以将留巷作业区域内的采空区10垮落矸石胶结成墙，最后构筑成一巷旁支护体；具体的，注浆泵站8将高水速凝砂浆材料按配比制成浆液，水灰比1:1~1.5:1，然后开启双液注浆泵进行泵送，浆液通过注浆管9（高压胶管）进行输送，混合将浆液（高水充填材料）注到采空区垮落矸石中，采空区垮落矸石沿工作面面长方向注浆，胶结宽度确保达到3m左右即可，混合后浆液能够快速初凝、终凝后矸石胶结体单轴抗压强度可以达到20mpa以上。

（4）执行步骤（2），直至将完成巷旁支护体的构筑工序。

其中，留巷支架1后方已留沿空巷道及矸石胶结墙体需要打设两排单体液压支柱进行加强支护，靠矸石胶结墙体（已筑巷旁支护体）的一排单体液压支柱5通过连接件6与护壁板7连接固定；另一排单体液压支柱为辅助单体液压支柱，设置在沿空巷道内；两排单体液压支柱均配合铁鞋、防倒绳及铰接顶梁使用，两排单体液压支柱的排距均为1.5m；每排中的相邻单体液压支柱之间的距离为1.5m。其中，单体液压支柱5、辅助单体液压支柱、护壁板7及连接件6，待矸石胶结墙体注浆胶结半个月后拆除。

其中，当煤层顶板为坚硬顶板、不易垮落时，需要在工作面前方巷道内对工作面方向一定范围顶板进行人工辅助切顶施工；沿空巷道留内锚杆支护强度需符合沿空留巷大变形要求。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。