一种用于沿空留巷双充填墙结构切顶卸压方法与流程

本发明涉及一种沿空留巷充填墙结构切顶卸压方法，尤其是一种在本区段工作面进回风顺槽侧，随工作面推进构筑双充填墙，在两充填墙间形成安全空间，沿靠近采空区侧充填墙边缘布置进行切顶预裂钻孔，在钻孔内放置炸药或者静态破碎剂进行的切顶卸压方法。

背景技术：

巷旁充填沿空留巷是将已采工作面后方的运输机巷或风巷用构筑充填墙体的方法沿采空区边缘保留下来，作为下一工作面顺槽的无煤柱护巷方式，它可以很有效地避免煤炭资源的浪费，提高回采率、延长矿井服务年限、降低掘进率、改善巷道维护状况、缓解采掘接替矛盾，以及对于因保护煤柱和丢煤引起的井下灾害有明显的防治效果，其技术优势和经济效益显著。

切顶卸压方法即采取深孔预裂爆破或者深孔静力破岩的方法在留巷充填体靠近采空区侧边缘打一排爆破孔进行切顶爆破，从而切断采空区侧的顶板与充填体顶板之间的联系，即降低了采空区短悬臂梁对充填墙的压力，维护了留巷的稳定性，同时也可以有效减小留巷的底鼓量。

在公开号为cn104790954a的“巷旁充填沿空留巷切顶爆破卸压方法”专利，超前工作面打设深空爆破钻孔，钻孔完成以后超前工作面一个圆班的回采距离约10~15m进行间隔装药，装药完成后进行封孔作业，待装药孔进入采空区完成巷旁充填，充填体达到一定强度后进行爆破作业，若顶板坚硬时，可采取超前爆破。这种爆破方法存在至少两点不足，其一，装药后不立即进行爆破作业，而是等充填墙完成后进行，此时装药的爆破孔已经处于回采过后的采空区范围，由于采煤工作面的超前支撑压力和回采过程中采动应力的影响，装药的爆破孔已经处于破碎状态，在这种动压的影响下雷管和炸药受到强烈的挤压作用可能会提前早爆，或者在充填墙修筑的过程中发生爆炸，给安全带来极大的隐患；其二，充填墙完成以后进行爆破，若爆破孔内存在没有起爆的瞎炮，瞎炮已经处于采空区冒落范围，再进行处理瞎炮作业已经变得十分困难，采空区留有未爆破的瞎炮，这在生产实际过程中是不允许的。

在公开号为cn104533418a的“一种用于井下深孔静力破岩法”专利，超前工作面5米进行钻孔作业，在距离注浆孔0.5m处安设封孔器，通过注浆泵在孔内注入胀裂剂，注浆结束后胀裂剂即开始反应，从而产生切顶。此方法也存在两点不足，其一，超前工作面钻孔注入胀裂剂，钻孔受到工作面超前支撑压力的影响，钻孔会变得破碎使注入的浆液流出，影响破碎效果，或者浆液冲破封孔喷出伤害端头工作人员；其二胀裂剂的反应时间不易控制，若胀裂剂反应过早，充填留巷滞后，则提前切落留巷侧煤壁会影响到构筑充填墙体。

采用现有方法进行沿空留巷留巷侧切顶工作都存在一定的安全隐患，因此寻求一种安全、高效在沿空留巷留巷侧进行切顶卸压方法对煤矿安全生产具有重要的作用。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供一种用于沿空留巷双充填墙结构切顶卸压方法。

一种用于沿空留巷双充填墙结构切顶卸压方法，所述方法是按下列步骤进行的：

（1）在上区段回采工作面推进过程中沿上区段工作面采空区边缘用高水材料构筑宽为1.5~3m的第一道高水材料充填墙；

（2）在第一道高水材料充填墙边缘靠近上区段工作面采空区侧1m位置沿上区段回采工作面推进方向设置一排锚索，所述锚索排距为1m；

（3）在锚索靠近上区段工作面采空区侧1m位置沿工作面推进方向构筑1.5~2.0m宽的由矸石袋堆砌而成的第二道矸石充填墙；

（4）在第二道矸石充填墙边缘钻孔，钻孔分主孔和辅孔，钻孔方向与水平方向呈30°~60°夹角，钻孔深度为工作面采高的3~4倍，钻孔间距为1~3m，并在钻孔中装入炸药或者静态破碎剂；

（5）通过炸药预裂爆破或者静态破碎剂静力破岩作用进行切顶；

所述高水材料是由甲料和乙料两种组份构成，其中甲料是硅酸盐水泥、缓凝剂和悬浮剂，其质量比为9：0.2：0.8；乙料是石膏、石灰、速凝剂和悬浮剂，其质量比为7：2.4：0.2：0.4。

在上述技术方案中，所述第一道高水材料充填墙是长方体，宽度为1.5m，高度为巷道高度的3.5m，充填长度是由当班工作面推进距离确定；所述第一道高水材料充填墙的充填水灰比为2.5∶1；所述第二道矸石充填墙是与第一道高水材料充填墙的距离为2m的长方体，其度为2m，高度为巷道高度的3.5m，长度是由当班工作面推进距离确定；并由1∶1.5∶5的水、水泥和矸石混合物的矸石袋构筑；所述缓凝剂是柠檬酸、酒石酸及其盐的混合物；所述甲料的悬浮剂是膨润土、纤维素醚及淀粉醚的混合物；所述速凝剂是铝矾土、纯碱及生石灰烧制成的熟料混合物；所述乙料的悬浮剂是海泡石、白炭黑及纤维素醚的混合物。

上述一种用于沿空留巷双充填墙结构切顶卸压方法的技术方案，与现有技术相比，其有益效果是在沿空留巷切顶作业时采用双充填墙结构，两墙之间设置一排补强锚索维护两墙之间的顶板稳定性，在两墙之间的安全空间内进行钻孔切顶作业，保证了施工作业人员的安全；采空区侧属于原岩应力降低区域，不会受到工作面超前采动压力的影响，较超前工作面钻孔内安装炸药或者静态破碎剂更加安全，若出现瞎炮或者破碎剂漏孔等现象，工作人员能够及时进行处理；矸石充填墙具有一定的承载能力，采空区侧岩体切落以后，矸石墙体和充填墙体共同支撑着下区段工作面上覆岩层重量，有效地缓解了充填墙体的支撑压力，使留巷底鼓量明显下降；顶板切落以后，由于矸石墙体的存在以及两墙之间有一定的缓冲距离，进一步减小了切落后的覆岩对第一道高水材料充填墙体的挤压作用，对于高水材料充填墙体的围岩稳定性控制起到有效的支持作用，进一步提高了工作面的稳定性和安全性；第二道矸石墙主要成分为煤矸石，取材方便、变废为宝、成本低廉。

附图说明

图1是本发明的双充填墙俯视结构示意图。

图2是本发明的双充填墙正视结构示意图。

图3是本发明的钻孔切顶卸压示意示意图。

图4是本发明的第一道高水充填墙支护主视结构示意图。

图5是本发明的第一道高水充填墙支护左视结构示意图。

图中：1：上区段回采工作面；2：上区段工作面采空区；3：第二道矸石充填墙；4：主孔；5：辅孔；6：锚索；7：第一道高水材料充填墙；8：上区段工作面回风顺槽；9：下区段回采工作面；10：伪顶；11：直接顶；12基本顶；13：上覆岩层；14：钢筋梯子梁；15：钢筋网；16：对拉锚杆。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方案做出进一步的说明。

实施本发明上述所提供的一种用于沿空留巷双充填墙结构切顶卸压方法是按下列步骤进行的：

步骤一、构筑第一道高水材料充填墙7

（1）该高水材料是由甲料和乙料两种组份构成，其中甲料是硅酸盐水泥、缓凝剂及悬浮剂，其质量比为9：0.2：0.8；乙料是石膏、石灰、速凝剂及悬浮剂，其质量比为7：2.4：0.2：0.4；所采用的缓凝剂是柠檬酸、酒石酸及其盐的混合物；所采用的速凝剂是铝矾土、纯碱及生石灰烧制成的熟料混合物；甲料所采用的悬浮剂是膨润土、纤维素醚及淀粉醚的混合物；乙料所采用的悬浮剂是海泡石、白炭黑及纤维素醚的混合物，根据工作面地质条件不同，高水材料配比比例亦可进行调整。

（2）沿空留巷充填体确定为长方体状，宽度为1.5m，高度为巷道高度3.5m，充填长度根据当班工作面推进距离确定；

（3）充填工艺流程是将高水材料浆液的水灰比定为2.5∶1，往搅拌桶内加水时，应按照设计要求加水，当将桶中的水加到设计要求后，立即开启搅拌桶，只有搅拌桶开始运转后，才能往搅拌桶中加入对应的高水材料，即甲料桶中加入甲料、加甲料，乙料桶中加入乙料、加乙料。

高水材料甲料浆、乙料浆按1∶1的比例配合使用，由于甲料浆、乙料浆单独加水搅拌不凝结，而一旦混合则快速凝结硬化，为防止浆液在搅拌、运输过程中凝结、堵塞管路和充填泵等设备，需分别搅拌和泵送甲料浆、乙料浆。

（4）具体操作步骤主要如下：

1）在上区段回采工作面1割煤后，在待充填的第一道高水材料充填墙7外侧1m处靠近上区段工作面采空区2处打一排锚索6，锚索6排距取1m，用来支护上区段工作面采空区2顶板。

2）在待充填的第一道高水材料充填墙7周围适当打设单体液压支柱作为临时支护，用粗铁丝将钢筋网15逐丝联结好。

3）按设定的间排距900mm×800mm将钢筋梯子梁14竖向绑在钢筋网15两侧上。

4）依次从里往外，从下往上穿好对拉锚杆16，上好托盘和螺母，螺母拧至锚杆头露出即可。

5）开泵进行充填，在充填高度为500mm~2200mm时，可以将井下废旧锚杆或废铁丝等轻轻投放到充填袋自由面的对拉锚杆16间，如此，不仅可以将废旧锚杆充分利用，变废为宝，而且可以加强充填体的抗压强度，充填体2~5小时内可产生8~10mpa强度。

6）充填体凝固后，上紧螺母，并将上一个充填体侧采空区内的单体液压支柱回撤出来。

第一道高水材料充填墙7具体支护方案如下：对拉锚杆16间排距为900mm´800mm，最下面1根距底板400mm，最上面1根距顶板400mm，中间平分，对拉锚杆16采用ф22mm的螺纹钢材料制作，长度为1.7m，两端各滚丝100mm，采用ф14圆钢焊制的钢筋梯子梁14，托盘规格为：150mm×150mm×10mm，钢筋网15直径ф6.5mm，网格孔不大于80mm×80mm，钢筋网15联网丝要求使用12号铁丝双股联网，钢筋网15搭接部分不小于100mm。

步骤二、构筑第二道矸石充填墙3

在与第一道高水材料充填墙7距离2m处开始堆砌第二道矸石充填墙3，第二道矸石充填墙3的堆筑宽度为2m，高度为巷道高度3.5m，长度根据当班工作面推进距离确定，由宽度为0.4~0.6m、长1.0~1.5m的矸石袋堆积起来的，矸石袋层与层之间纵横交错堆积以保证矸石充填墙的稳定性，矸石袋中装有质量比为1∶1.5∶5的水、水泥和矸石混合物，袋中矸石块体直径可介于0.15~0.3m，矸石充填墙可在2~5小时内产生3~5mpa的强度，以在与第一道高水材料充填墙7之间形成安全空间。

步骤三、切顶爆破

在第一道高水材料充填墙7和第二道矸石充填墙3之间进行钻孔，向采空区侧施行切顶爆破，爆破所用方法参考公开号为cn104790954a和公开号为cn104533418a所用的炸药爆破及静力破岩方法，如附图所示，沿着第二道矸石充填墙3边缘朝向采空区2侧一定角度打一排主孔4和辅孔5，具体孔深、孔径、孔间距根据所选用切顶方法及工程实际情况确定，在主孔4内装填炸药或者静态破碎剂，辅孔5不装药，实现沿空留巷双充填墙结构切顶卸压作业。