一种松软顶板切顶下的沿空留巷方法与流程

本发明涉及一种沿空留巷方法，尤其涉及一种松软顶板切顶下的沿空留巷方法；属于煤炭开采工业领域。

背景技术：
随着一次资源煤炭的不断开采，沿空留巷这一已经十分成熟的传统技术，再次成为本领域技术人员不断探索、追求突破和技术创新的热点研究课题。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、瓦斯爆炸事故，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。近年来，随着锚杆支护的发展，顶板切顶成巷技术在沿空留巷领域取得了一定的进展，通过对留巷巷道顶板实施超前预裂，切断巷道顶板与采空区直接顶、基本顶的联系，周期来压作用下沿预裂面垮断，同时用锚索、锚杆、锚网等将直接顶悬吊在基本顶下，阻止直接顶跨落，从而省去充填墙体。但是，这种沿空留巷方法主要适于坚硬顶板下进行。原因在于，坚硬顶板条件下，切落的顶板主要呈大块状岩石，切落下来的大块状岩石直接填充在采空区，并直接充当巷道的隔离墙体以隔绝采空区。但是，对于松软顶板条件下的沿空留巷，由于顶板属于松软岩石，切落后的顶板破碎将会很严重，粒径较小的破碎矸石很容易涌进巷道，即使可以用锚网挡住，破碎的矸石空隙容易沟通采空区，威胁矿井的生产。因此，现有技术普遍采用在采空区一侧砌筑或者构筑混凝土充填墙体，一是为了作为巷道的墙体，隔绝采空区；二是，对顶板产生一定的辅助支撑作用。实际生产过程中，混凝土充填墙体的砌筑或者构筑，一方面是，工程量十分巨大，费时费力，且充填成本居高不下；另一方面是，这种特殊工况条件下的混凝土充填墙体在凝固过程中，易出现墙体裂缝或开裂的问题，检查、维护和维修十分困难；更为重要的是，混凝土初凝强度的发挥需要7天时间，这直接制约了煤炭开采采煤工作面的推进速度，成为制约煤炭生产效率提高的瓶颈。对于松软顶板下煤层开采中的沿空留巷，如何在确保安全生产的前提下，加快巷道的成形、降低充填成本、提高生产效率，已经成为一个亟待解决的现实问题。

技术实现要素：
本发明的目的是，提供一种松软顶板切顶下的沿空留巷方法，其以可反复利用的活动安装结构的挡杆防漏风装置辅助成巷，替代传统的混凝土充填墙体，其巷道成型速度快、效率高、安全性好、混凝土充填工程量小、成本低等技术特点。本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种松软顶板切顶下的沿空留巷方法，其特征在于，采用挡杆防漏风装置辅助成巷，具体步骤如下：第一步，巷道锚索和锚网支护步骤：回采巷道掘进时，将锚索打到基本顶上，将直接顶吊在基本顶上，并用锚网维持松软顶板的完整性；第二步，切缝步骤：在回采巷道，沿将要形成的采空区一侧的超前工作面施工顶板上钻切缝用孔，并采用聚能爆破预裂技术，在顶板上切缝；第三步，挡杆防漏风装置安装、切顶成巷步骤：第一个采煤工作面每向前推进一个进尺，在靠近回采巷道的一侧，紧贴切缝安装一个挡杆防漏风装置；如此循环，直至第一个采煤工作面回采结束，若干数量的挡杆防漏风装置首尾相连；在上述第一个采煤工作面的不断向前推进过程中，顶板在采空区的悬露面积增大，在矿山压力作用下，松软顶板将沿切缝自动切落，切落下来的岩石块在挡杆防漏风装置的阻隔下填充在采空区的一侧；与此同时，在挡杆防漏风装置的另一侧被隔离出一个巷道，作为第二个回采工作面的回采巷道；当进行第二个工作面回采时，每推进一个进尺，按第一个工作面推进过程中挡杆防漏风装置的安装顺序，依次拆除在前安装的那一个挡杆防漏风装置，并将其安装在第二个工作面的靠近下顺槽回采巷道的一侧，紧贴切缝安装；如此循环，直至第二个采煤工作面回采结束，若干数量的挡杆防漏风装置首尾相连；在上述第二个采煤工作面的不断向前推进过程中，顶板在采空区的悬露面积增大，在矿山压力作用下，松软顶板将沿切缝自动切落，切落下来的岩石块在挡杆防漏风装置的阻隔下填充在采空区的一侧；在上述挡杆防漏风装置的拆除过程中，每拆除一个挡杆防漏风装置时，在挡杆防漏风装置的端头用风布密封；并向被拆除这一个挡杆防漏风装置的一侧裸露出来的岩石块墙面喷射混凝土浆，将岩石块墙面胶结成一体、进行缝隙封堵、密封，以防止采空区漏风；第四步，重复上述第三步，直至整个采区开采完成；上述挡杆防漏风装置为组合件，整体呈方形管状结构，包括上帽板、折叠风布、单体液压支柱、钢丝网和下鞋板；其中，上帽板和下鞋板组成方形管的上下两个平面，折叠风布和钢丝网组成方形管的左右两个平面；上帽板和下鞋板一上一下相互平行布置，上帽板与单体液压支柱的活塞杆成可拆卸连接，下鞋板与单体液压支柱的底座成可拆卸连接；钢丝网的一条边悬挂在上帽板上靠近采空区一侧，另一条边悬挂在下鞋板上靠近采空区一侧；折叠风布的一条边固定在上帽板上靠近巷道的一侧，另一条边固定在下鞋板上靠近巷道的一侧。上述技术方案直接带来的技术效果是，采用后可移动、开拆卸、可回收反复使用的挡杆防漏风装置辅助成巷，在现有技术的基础上，省略了混凝土充填墙体的砌筑或者构筑。这一方面，大幅减小了混凝土充填工程量，省时省力省费用；另一方面，由于挡杆防漏风装置的安装所需时间极其短暂，可有效保证其即时对采空区进入巷道内的漏风进行同步封堵、密封(配合混凝土浆喷射封堵、密封垮落岩体墙)；并且，还能避免混凝土充填墙体易开裂、检查维护与维修困难的问题。即，可大幅度地提升巷道对有害气体的阻隔效率，提高煤炭生产安全性。需要说明的是，在工作面推进过程中，每一个挡杆防漏风装置不仅仅只是防漏风，还有一个十分重要的作用是，利用其单体液压支柱、通过上帽板对顶板进行“临时的”、稳固支撑作用。也就是说，在巷道成型之前，挡杆防漏风装置既可以实现现有技术的混凝土充填墙体的支撑作用，又能实现混凝土充填墙体所能起到的“防漏风”作用。这也就是上述技术方案的巧妙之处。优选为，上述上帽板的上表面和下鞋板的下表面，还均分别粘附有一层聚氨酯泡沫板。该优选技术方案直接带来的技术效果是，在上帽板的上表面和下鞋板的下表面分别粘附一层聚氨酯泡沫板，利用聚氨酯泡沫板有弹性、可压缩的性能，可以彻底消除挡杆防漏风装置与顶板与底板接触面的缝隙，确保不漏风。进一步优选，上述上帽板和下鞋板各自靠近采空区一侧的那条边上，分别均匀焊接有若干数量的用于悬挂钢丝网的挂钩。该优选技术方案直接带来的技术效果是，便于钢丝网的快速拆与装。进一步优选，上述的松软顶板切顶下的沿空留巷方法，还包括有密封胶带，所述密封胶带用于将首尾相连的相邻两个挡杆防漏风装置之间的搭接缝密封住。该优选技术方案直接带来的技术效果是，可以彻底消除挡杆防漏风装置与挡杆防漏风装置之间可能存在的搭接缝所致的漏风点，进一步提高本发明的方法的巷道防止出现采空区漏风的能力。进一步优选，上述折叠风布的上边缘被夹持在聚氨酯泡沫板和上帽板之间、折叠风布的下边缘被夹持在聚氨酯泡沫板和下鞋板之间。该优选技术方案直接带来的技术效果是，可以有效保护折叠风布的上下两条边各自的邻接区域不被磨损或割伤、划破，延长折叠风布的使用寿命。综上所述，本发明相对于现有技术，具有巷道成型速度快、效率高、安全性好、混凝土充填工程量小、成本低等有益效果。附图说明图1为本发明巷道的截面结构示意图；图2为本发明巷道的平面布置结构示意图；图3为本发明的挡杆防漏风装置轴测结构示意图；图4为本发明的挡杆防漏风装置分解结构示意图之一(主要示出钢丝网一侧)；图5为本发明的挡杆防漏风装置分解结构示意图之二(主要示出折叠风布一侧)；图6为本发明的挡杆防漏风装置组合使用状态结构示意图之一(主要示出钢丝网一侧)；图7为本发明的挡杆防漏风装置组合使用状态结构示意图之二(主要示出折叠风布一侧)。附图标记说明：1、聚氨酯泡沫板；2、上帽板；3、单体液压支柱；4、挂钩；5、钢丝网；6、下鞋板；8、密封胶带；11、折叠风布。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。如图1、图2所示，本发明的松软顶板切顶下的沿空留巷方法，其采用挡杆防漏风装置辅助成巷，具体步骤如下：第一步，巷道锚索和锚网支护步骤：回采巷道掘进时，将锚索打到基本顶上，将直接顶吊在基本顶上，并用锚网维持松软顶板的完整性；第二步，切缝步骤：在回采巷道，沿将要形成的采空区一侧的超前工作面施工顶板上钻切缝用孔，并采用聚能爆破预裂技术，在顶板上切缝；第三步，挡杆防漏风装置安装、切顶成巷步骤：第一个采煤工作面每向前推进一个进尺，在靠近回采巷道的一侧，紧贴切缝安装一个挡杆防漏风装置；如此循环，直至第一个采煤工作面回采结束，如图6、图7所示，若干数量的挡杆防漏风装置首尾相连；在上述第一个采煤工作面的不断向前推进过程中，顶板在采空区的悬露面积增大，在矿山压力作用下，松软顶板将沿切缝自动切落，切落下来的岩石块在挡杆防漏风装置的阻隔下填充在采空区的一侧；与此同时，在挡杆防漏风装置的另一侧被隔离出一个巷道，作为第二个回采工作面的回采巷道；当进行第二个工作面回采时，每推进一个进尺，按第一个工作面推进过程中挡杆防漏风装置的安装顺序，依次拆除在前安装的那一个挡杆防漏风装置，并将其安装在第二个工作面的靠近下顺槽回采巷道的一侧，紧贴切缝安装；如此循环，直至第二个采煤工作面回采结束，如图6、图7所示，若干数量的挡杆防漏风装置首尾相连；在上述第二个采煤工作面的不断向前推进过程中，顶板在采空区的悬露面积增大，在矿山压力作用下，松软顶板将沿切缝自动切落，切落下来的岩石块在挡杆防漏风装置的阻隔下填充在采空区的一侧；在上述挡杆防漏风装置的拆除过程中，每拆除一个挡杆防漏风装置时，在挡杆防漏风装置的端头用风布密封；并向被拆除这一个挡杆防漏风装置的一侧裸露出来的岩石块墙面喷射混凝土浆，将岩石块墙面胶结成一体、进行缝隙封堵、密封，以防止采空区漏风；第四步，重复上述第三步，直至整个采区开采完成；如图3至图5所示，上述挡杆防漏风装置为组合件，整体呈方形管状结构，包括上帽板2、折叠风布11、单体液压支柱3、钢丝网5和下鞋板6；其中，上帽板2和下鞋板6组成方形管的上下两个平面，折叠风布11和钢丝网5组成方形管的左右两个平面；上帽板2和下鞋板11一上一下相互平行布置，上帽板2与单体液压支柱3的活塞杆成可拆卸连接，下鞋板6与单体液压支柱3的底座成可拆卸连接；钢丝网5的一条边悬挂在上帽板2上靠近采空区一侧，另一条边悬挂在下鞋板6上靠近采空区一侧；折叠风布11的一条边固定在上帽板2上靠近巷道的一侧，另一条边固定在下鞋板6上靠近巷道的一侧。为保证挡杆防漏风装置与顶板和底板之间的无缝连接，消除漏风，上述上帽板2的上表面和下鞋板6的下表面，还均分别粘附有一层聚氨酯泡沫板1。为便于钢丝网5的快速拆卸与装配到位，上述上帽板2和下鞋板6各自靠近采空区一侧的那条边上，分别均匀焊接有若干数量的用于悬挂钢丝网5的挂钩4。上述的松软顶板切顶下的沿空留巷方法，还包括有密封胶带8，上述密封胶带用于将首尾相连的相邻两个挡杆防漏风装置之间的搭接缝密封住。上述折叠风布11的上边缘被夹持在聚氨酯泡沫板1和上帽板2之间、折叠风布的下边缘被夹持在聚氨酯泡沫板1和下鞋板6之间。实施例1以某矿2208工作面为例，走向长度为862m，倾斜长度为167m，开采煤层为8上煤，埋深H＝610-750m，煤层厚度1.65-3.35m，平均2.67m，煤层倾角1°-5°，平均2°。直接顶为泥岩、细砂岩、粉砂岩，属于Ⅱ类不稳定顶板，平均厚度2.35m。基本顶属于Ⅱ类基本顶，主要有粗砂岩、细砂岩、粉砂岩组成，平均厚度5.86m；煤层顶板岩石单向抗压强度为19.78MPa，单向抗拉强度分0.96MPa，强度低，属于软弱岩层。采用后退式综合机械化采煤。工作面回采巷道断面为矩形，其尺寸为4.6m×2.6m(净宽×净高)，沿空留巷方法：第一步，巷道锚索和锚网支护步骤：2208工作面下顺槽回采巷道掘进时，将锚索打到基本顶上，将直接顶吊在基本顶上，并用锚网维持松软顶板的完整性；第二步，切缝步骤：在回采巷道，沿将要形成的采空区一侧的超前工作面施工顶板上钻切缝用孔，并采用聚能爆破预裂技术，在顶板上切缝；第三步，挡杆防漏风装置安装、切顶成巷步骤：2208工作面每向前推进一个进尺，在靠近回采巷道的一侧，紧贴切缝安装一个挡杆防漏风装置；如此循环，直至2208采煤工作面回采结束，若干数量的挡杆防漏风装置首尾相连；在上述2208工作面的不断向前推进过程中，顶板在采空区的悬露面积增大，在矿山压力作用下，松软顶板将沿切缝自动切落，切落下来的岩石块在挡杆防漏风装置的阻隔下填充在采空区的一侧；与此同时，在挡杆防漏风装置的另一侧被隔离出一个巷道，作为第二个回采2210工作面的回采巷道；当进行2210工作面回采时，每推进一个进尺，按2208工作面推进过程中挡杆防漏风装置的安装顺序，依次拆除在前安装的那一个挡杆防漏风装置，并将其安装在2210工作面的靠近下顺槽回采巷道的一侧，紧贴切缝安装；如此循环，直至2210工作面回采结束，若干数量的挡杆防漏风装置首尾相连；在上述2210工作面的不断向前推进过程中，顶板在采空区的悬露面积增大，在矿山压力作用下，松软顶板将沿切缝自动切落，切落下来的岩石块在挡杆防漏风装置的阻隔下填充在采空区的一侧；在上述挡杆防漏风装置的拆除过程中，每拆除一个挡杆防漏风装置时，在挡杆防漏风装置的端头用风布密封；并向被拆除这一个挡杆防漏风装置的一侧裸露出来的岩石块组成的墙体上喷射混凝土浆，进行缝隙封堵、密封，以防止采空区漏风；第四步，重复上述第三步，直至整个采区开采完成。采用本发明的沿空留巷方法，与原来的开采条件基本相同或类似的矿井采用在巷旁构筑或砌筑混凝土充填墙体的施工方法对比：采煤效率提高约20％，充填成本降低约80％，吨煤生产成本降低约3-5％；并且，所需配备的混凝土充填操作人员减少了2-3名，工人的劳动强度也大幅降低。