一种提高条带煤柱稳定性的方法与流程

本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种提高条带煤柱稳定性的方法。

背景技术：

在建、构筑物压煤开采中，条带开采是控制地表沉陷的有效手段之一，已成为我国村庄下以及不适合搬迁的建、构筑物下压煤开采的主要技术方法。条带开采留设的煤柱需要有足够的强度和稳定性，来有效的支撑上覆岩层的重量。但是，在开采过程中，条带煤柱宽度不足以满足支承上覆岩层重量，多种因素会导致煤柱发生失稳，顶板大面积垮落，地表也随之出现大面积塌陷。因此，提高条带煤柱的稳定性是条带开采控制地表沉陷的技术关键。

现有技术中在提高条带煤柱稳定性方面的相关研究主要有：

专利申请号201510156783.7公开了一种利用注浆联合支护锚杆提升条带煤柱性能的方法，其设计了注浆联合支护锚杆的结构，以及利用注浆联合支护锚杆提升条带煤柱性能的方法，实现了条带煤柱屈服区注浆以及条带煤柱屈服区、弹性区锚杆支护双重功能，一方面屈服区的承载能力得到提高，另一方面注浆联合支护锚杆给煤柱一定的侧向约束力，煤柱由二向受力状态转化为三向受力状态，煤柱强度得到了提升，性能得到了提升。该方法是利用注浆锚杆对屈服区进行注浆，注浆程序较复杂，没有置换煤柱。

上述现有技术在提高条带煤柱稳定性方面虽然取得了一定的进步，然而，其还存在不足之处：如其注浆程序较为复杂，且现有技术中只是限制了条带煤柱的横向变形，并没有置换出煤柱，也没有提高煤炭资源的采出率。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种提高条带煤柱稳定性的方法，该方法解决了条带煤柱宽度不足以支承上覆岩层重量时的问题，能提高条带煤柱的承载能力，可防止煤柱发生失稳破坏，该方法还可减少条带煤柱的留设宽度，可提高煤炭资源的回收率。

其技术解决方案包括：

一种提高条带煤柱稳定性的方法，依次包括以下步骤：

a、根据煤层地质条件，划分1号条带工作面、2号条带工作面，首先设计1号条带工作面的运输巷道的宽度和扩巷区域的宽度；

b、在运输巷道掘进过程中，运输巷道每掘进一定距离后，在运输巷道内沿条带煤柱侧进行扩巷，形成扩巷区域；

c、对步骤b所述的扩巷区域进行加固，扩巷区域加固时巷道顶板采用铺设金属网和钻打锚杆的方式进行支护，使得同运输巷顶板金属网连接成为一个整体，并垂直条带煤柱钻打锚杆进行支护，锚杆外露长度为30～50cm；

d、待步骤c支护完成后，在所述扩巷区域的另一侧构筑一条隔离墙，将扩巷区域和运输巷道进行隔离，隔离工作完成后对扩巷区域进行浇筑矸石膏体，锚杆外露部分与矸石膏体浇筑在一起，形成“煤柱—锚杆—矸石膏体”的加固结构；

e、重复交替进行步骤b-d，直至完成1号条带工作面运输巷道的掘进和扩巷区域的加固；

f、同理，完成2号条带工作面回风巷道的掘进和扩巷区域的加固；

g、整个工作步骤完成后，形成“矸石膏体—锚杆—煤柱—锚杆—矸石膏体”结构。

上述的“矸石膏体—锚杆—煤柱—锚杆—矸石膏体”结构，提高了整体抗变形能力，具有更好的稳定性。

进一步优选，扩巷区域加固时顶板金属网同运输巷金属网连接成为一个整体，防止顶板发生离层和断裂；煤柱和两侧矸石膏体通过锚杆连接在一起，使得矸石膏体和煤柱共同组成一个整体。

上述的矸石膏体和煤柱共同组成一个整体，其承载能力强，稳定性高。并且起到了矸石膏体置换部分条带煤柱的效果，提高了煤炭资源的回收率。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

通过扩巷掘进，采用矸石膏体置换部分煤柱，提高煤炭资源的回收率，减少煤炭资源的浪费；另外，“矸石膏体—锚杆—煤柱—锚杆—矸石膏体”这种结构解决了条带煤柱宽度不足以支承上覆岩层重量时的问题，保障了煤柱具有承载能力，提高煤柱的稳定性，有效的支撑上覆岩层。

与申请号201510156783.7公开的一种利用注浆联合支护锚杆提升条带煤柱性能的方法相比较，本发明在两回采巷道内沿条带煤柱侧扩巷掘进，扩巷区域顶板金属网同运输巷金属连接成为一个整体，防止顶板离层，在条带煤柱上安装锚杆，然后对扩巷区域进行浇筑矸石膏体，将锚杆外露部分与矸石膏体浇筑在一起，形成一种“矸石膏体—锚杆—煤柱—锚杆—矸石膏体”的加固结构，可以提高矸石膏体和煤柱整体的强度。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的平面示意图；

图2为图1的条带煤柱区域放大示意图；

图3为图1的a-a剖面图。

图中：1、1号条带工作面；2、2号条带工作面；3、条带煤柱；4、1号条带工作面的运输巷道；5、2号条带工作面的回风巷道；6、扩巷区域；7、帮锚杆；8、顶锚杆；9、金属网。

具体实施方式

本发明提出了一种提高条带煤柱稳定性的方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

本发明的主要创新点在于：扩巷区域顶板金属网同运输巷顶板金属网连接成为一个整体，防止顶板发生离层、断裂，条带煤柱上锚杆外露部分与矸石膏体浇筑在一起，增加了条带煤柱和矸石膏体的强度，整体形成了“矸石膏体—锚杆—条带煤柱—锚杆—矸石膏体”的结构。

结合图1至图3所示，本发明提供了一种提高条带煤柱稳定性的方法，包括以下步骤：

第一步：根据煤层地质条件，划分1号条带工作面1和2号条带工作面2，首先设计1号条带工作面的运输巷道4的宽度和扩巷区域6的宽度；

第二步：在运输巷道掘进过程中，1号条带工作面的运输巷道4每掘进一定距离后，在1号条带工作面的运输巷道4内沿条带煤柱3侧进行扩巷，形成扩巷区域6；

第三步：将扩巷区域6进行加固，扩巷区域6加固时巷道顶板采用铺设金属网9和钻打顶锚杆8的方式进行支护，使得同运输巷顶板金属网连接成为一个整体，并垂直条带煤柱钻打帮锚杆7进行支护，锚杆外露长度为30～50cm；

第四步：待步骤三所述支护完成后，在扩巷区域6的另一侧构筑一条隔离墙，将扩巷区域6和运输巷道4进行隔离，隔离工作完成后对扩巷区域6进行浇筑矸石膏体，锚杆外露部分与矸石膏体浇筑在一起，形成“煤柱—锚杆—矸石膏体”的加固结构；

第五步：重复交替进行步骤二—步骤四，直至完成1号条带工作面运输巷道4的掘进和扩巷区域6的加固；

第六步：同理，完成2号条带工作面的回风巷道5的掘进和扩巷区域6的加固；

第七步：上述工作步骤完成后，可形成“矸石膏体—锚杆—煤柱—锚杆—矸石膏体”结构，提高整体的抗变形能力，具有更好的稳定性。

实施例1：

将本发明方法应用于山东某矿中，以3104工作面、3105工作面之间的条带煤柱为例，煤层厚度7.6m，开采深度665m。

其具体开采方法为：

第一步、结合煤层的顶底板条件，确定3104工作面巷道布置，3104条带工作面运输巷道采用矩形断面，净断面尺寸4000×3300mm。

第二步、运输巷道每掘进5m后，在运输巷道内沿条带煤柱侧进行扩巷掘进，形成扩巷区域，扩巷区域宽10m。

第三步：将扩巷区域进行加固，扩巷区域加固时巷道顶板采用铺设金属网和钻打锚杆的方式进行支护，使得同运输巷顶板金属网连接成为一个整体，并垂直条带煤柱钻打锚杆进行支护，锚杆选用φ22×2400mm的无纵筋左旋螺纹钢kmg500高强锚杆，间排距为700×800mm，锚杆外露长度为30cm。

第四步、待步骤三所述支护完成后，在扩巷区域的另一侧构筑一条隔离墙，将扩巷区域和运输巷道进行隔离，隔离工作完成后对扩巷区域进行浇筑矸石膏体，锚杆外露部分与矸石膏体浇筑在一起，形成“煤柱—锚杆—矸石膏体”的加固结构。

第五步、重复交替进行步骤二、步骤三、步骤四，直至完成3104条带工作面运输巷道的掘进和扩巷区域的加固。

第六步、同理，完成3105条带工作面回风巷道的掘进和扩巷区域的加固。

第七步、上述工作步骤完成后，3104和3015工作面间可形成“矸石膏体—锚杆—煤柱—锚杆—矸石膏体”结构，提高整体的抗变形能力，具有更好的稳定性。

本发明方法采用矸石膏体作为上覆岩层的承载结构，可有效的控制地表沉陷；该方法充分利用锚杆把矸石膏体和煤柱连接为一个整体，提高了整体抗变形能力；此外，采用矸石膏体置换部分煤柱，提高了煤炭资源的回收率，增加了经济效益。

本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。