一种回采巷道垛式支架支护系统及方法与流程

本发明涉及一种巷道支架支护系统及回撤方法，尤其涉及一种适用于大断面沿空留巷的回采巷道垛式支架支护系统及方法。

背景技术：

回采巷道为采煤工作中形成采煤工作面及为其服务的巷道。而沿空留巷作为回采巷道的一种，是煤矿进行壁式开采时，把工作面回采过程中的巷道保留下来，用于本工作面的通风、运料、排水或下一个工作面的回采。工作面推进过程中，根据巷道所受采动影响程度、巷道内工程施工情况和巷道所处状态，结合以往现场监测数据，除了端头支护区与超前支护区，在工作面前的超前支护区前新增加一个区域，即巷道平稳区，工作面之后新增加两个区域，依次为滞后临时支护区、成巷稳定区。

目前，沿空留巷支护主要包括两个部分:内部支护和外部支护。内部支护是由锚杆和锚索组成的支护系统，外部支护主要包括木垛、单体支柱、垛式支架或超前液压支架等进行支护。由于工作面附近的巷道平稳区、超前支护区、端头支护区、滞后临时支护区所受应力较为集中，巷道顶底板位移及变形较大，由因该区域随着工作面的向前推进而向前平移，因此该区域多选择外部支护进行临时支护。

目前，沿空留巷中，工作面附近区域采用的外部支护主要为单体液压支柱配合π型梁支护，但该支护方式存在如下缺陷：①支护强度不足，若顶板受到较大的煤层压力时，支护达不到应有的强度，此时综采工作面出口处的顶板极有可能出现下沉，尤其是软弱底板条件下，单体支柱使用的钻底较多，对其进行回撤处理难度较大，特别是在综采工作面后部切顶密集的区域，存在安全隐患的可能性较大；②支护速度较慢，传统超前支护产生支护效果较慢，支柱回撤速度也较慢，将对工作面的整体推进速度造成影响，降低煤炭开采效率和产量；③劳动强度较大，在进行传统超前支护过程中，需频繁地进行人工支设和回撤，大大增加了劳动强度。

尤其面临的回采巷道为大断面的沿空留巷时，其巷道所受顶板压力更大，传统支护方式更加难以达到支护目的，支护设备回撤难度更大，面临的安全隐患也呈几何速度增加。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种回采巷道垛式支架支护系统及方法，能够利用垛式支架针对回采巷道进行临时支护，且垛式支架回撤简单、机械化程度高、施工效率高；尤其适用于大断面沿空留巷的支护。

为实现上述目的，本发明采用的一种回采巷道垛式支架支护系统，包括：

设置于回采巷道上的，用于运行单轨吊的机车运行轨道；

用于安装机车运行轨道的，并稳固于回采巷道顶板上的悬吊紧固件；

布置于回采巷道内，用于临时支护回采巷道的垛式支架；

与机车运行轨道配合的，用于运送垛式支架的单轨吊；

安装于单轨吊上的，用于悬挂垛式支架的挂钩。

本发明采用的一种回采巷道垛式支架支护方法，具体包括如下步骤：

s1：数据采集及支护设计：根据工作面回采范围以及工程地质条件，确定沿空留巷条件下，回采巷道范围内的巷道平稳区、超前支护区、端头支护区、滞后临时支护区、成巷稳定区的位置及距离；或确定普通回采条件下，回采巷道范围内的巷道平稳区、超前支护区、端头支护区的位置及距离；然后确定垛式支架的型号以及垛式支架支护间距；

s2：安装单轨吊：工作面采动前，对回采巷道的顶板注浆加固，然后安装悬吊紧固件，然后在悬吊紧固件下方安装运行单轨吊的机车运行轨道及单轨吊；

s3：预先形成外部支护系统：工作面推进前，对超前支护区、端头支护区顶板补强支护，然后在原有永久支护的基础上，采用单轨吊吊装移动垛式支架的方式，布置垛式支架，对超前支护区、端头支护区进行被动支护；

s4：首次支护：工作面回采前期，随着工作面向前推进，超前支护区、端头支护区向前平移；采用单轨吊吊装移动垛式支架的方式，在新形成的超前支护区、端头支护区布置垛式支架；

s5：迈步式支护：工作面回采过程中，预先在超前支护区、端头支护区顶板补强支护；沿空留巷条件下，采用单轨吊吊装移动垛式支架的方式，将滞后临时支护区最末端的垛式支架依次吊装至超前支护区的前端，布置垛式支架形成支护系统；普通回采条件下，将端头支护区末端的的垛式支架依次吊装至超前支护区的前端，布置垛式支架形成支护系统；

s6：回撤垛式支架：待工作面推进至停采线，利用单轨吊吊装垛式支架的方式回撤垛式支架。

优选的，沿空留巷条件下，步骤s2中，机车运行轨道位于巷道的中间位置；步骤s3及步骤s4中，布置垛式支架的方式为在巷道内的机车运行轨道两侧交错布置两列垛式支架，且垛式支架的横梁走向与巷道的延伸方向平行。

优选的，普通回采条件下，步骤s3及步骤s4中，垛式支架在不干扰单轨吊运行的前提下，依次布置在机车运行轨道的一侧。

进一步的，步骤s1中，装悬吊紧固件为锚杆，且垂直于机车运行轨道的面上有3个锚杆并列安装，锚杆的下端通过u型棚卡子与单轨吊u型钢进行连接。

优选的，步骤s1中，装悬吊紧固件为注浆锚杆、锚索、注浆锚索中的一种。

通过本发明提出的一种回采巷道垛式支架支护系统及方法，能够在工作面推进过程中，在大断面沿空留巷外部支护采用垛式支架，配合单轨吊进行回撤，形成高效、安全的外部支护系统，支护强度与支护面积显著增加，极大程度的保持了顶板完整性，解决了传统支护方式支护强度不足的问题，通过设置单轨吊，极大提高了支护速度与支架的回撤速度，提高了煤炭开采效率，缓解了工人劳动强度，实现了端头工作区域大空间简单化管理，对于工作面安全高效开采具有重要意义。

附图说明

图1是本发明一种回采巷道垛式支架支护方法的一个实施例俯视图；

图2是图1的巷道的侧面示意图；

图3是图1的巷道的截面示意图；

图4是本发明一种回采巷道垛式支架支护方法的另一个实施例俯视图；

图中：1、煤岩体；2、巷道；3、采空区；4、工作面；5、垛式支架；6、单轨吊；7、机车运行轨道；8、悬吊紧固件；9、挂钩；a、成巷稳定区；b、滞后临时支护区；c、端头支护区；d、超前支护区；e、巷道平稳区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。本发明的目的是在于提供一种回采巷道垛式支架支护系统及方法，由于具备良好的支护效果，机械化程度高，因此该方法不仅适用于普通的回采巷道，同时，更适用于大断面沿空留巷的支护。以下结合两个实施例，对本发明进行说明。

在实施例1中，以大断面沿空留巷为例，如图1所示，巷道2为大断面沿空留巷，在回采煤岩体1过程中，巷道2所受采动影响程度、巷道2内工程施工情况和巷道2所处状态，结合以往现场监测数据，在巷道2延伸方向上，自工作面4前向工作面4后，分为巷道平稳区e、超前支护区d、端头支护区c、滞后临时支护区b、成巷稳定区a；并确定上述区域的位置及距离。以下以实施例1作为前提，对本发明予以解释。

本发明提出的一种回采巷道垛式支架支护系统，如图1至图3所示，包括：设置于回采巷道上的，用于运行单轨吊6的机车运行轨道7；用于安装机车运行轨道7的，并稳固于回采巷道顶板上的悬吊紧固件8；布置于回采巷道内，用于临时支护回采巷道的垛式支架5；与机车运行轨道7配合的，用于运送垛式支架5的单轨吊6；安装于单轨吊6上的，用于悬挂垛式支架5的挂钩9。

利用垛式支架5对巷道2的巷道进行临时支护，由于垛式支架5不需要专门的泵站等配套设施，支护强度大，有效支护面积大，稳定性好。当巷道底板为泥岩以及其它较软岩层时，垛式支架5不会陷入地面，导致移架困难；也不会反复支撑顶板，导致顶板破碎，有效支护面积减小；布置垛式支架5时，可以在原有锚网索支护空隙中穿过，不破坏原有的支护系统，极大保护永久支护有效性；工作面4端头施工有效面积明显变大，巷道通风方便，操作简单，支护效率快，对回采效率影响小。

即在工作面4向前推进过程中，通过单轨吊6运输垛式支架5，并进行支架的搬运工作，一方面提高支护效率，另一方面缓解工人劳动强度，对提高回采工作面4安全、高效开采具有重要意义。

针对实施例1所描述的情况，本发明采用的一种回采巷道垛式支架支护方法，具体包括如下步骤：

s1：数据采集及支护设计：根据工作面回采范围以及工程地质条件，确定回采巷道范围内的巷道平稳区e、超前支护区d、端头支护区c、滞后临时支护区b、成巷稳定区a的位置及距离，确定垛式支架5的型号以及垛式支架5支护间距；

s2：安装单轨吊6：工作面4采动前，对用于沿空留巷的巷道2顶板注浆加固，然后安装悬吊紧固件8，装悬吊紧固件8为锚杆，且垂直于机车运行轨道7的面上有3个锚杆并列安装，如图3所示，锚杆的下端通过u型棚卡子与单轨吊6上的u型钢进行连接；且为了顶板强度，优选的，装悬吊紧固件8为注浆锚杆、锚索、注浆锚索中的一种，可以根据顶板的裂隙状况进行选择。当顶板裂隙较为发育时，可以选择注浆锚杆或注浆锚索，通过注浆加固顶板，从而使锚杆更加稳固；

安装机车运行轨道7时，需保证机车运行轨道7位于巷道2的中间位置；

然后在悬吊紧固件8下方安装运行单轨吊的机车运行轨道7及单轨吊6；如图1至图3所示；

s3：预先形成外部支护系统：工作面4推进前，对超前支护区d、端头支护区c顶板补强支护，即通过补打锚杆或锚索的形式，再次进行支护，以增强支护性能，提高支护效果。然后在原有永久支护的基础上，采用单轨吊6吊装移动垛式支架5的方式，布置垛式支架5，对超前支护区d、端头支护区c进行被动支护；如图1所示，布置垛式支架5的方式为在巷道2内的机车运行轨道7两侧交错布置两列垛式支架5；垛式支架5的横梁走向与巷道2的延伸方向平行，如图2所示；

由于垛式支架5两列交错布置，能够使巷道2顶板得到连续支护，顶板承受的支撑力分布更加均匀，回撤垛式支架5时，更加安全可靠。

s4：首次支护：工作面4回采前期，随着工作面4向前推进，超前支护区d、端头支护区c向前平移，并在工作面4后逐渐形成滞后临时支护区b；采用单轨吊6吊装移动垛式支架5的方式，在新形成的超前支护区d、端头支护区c布置垛式支架5；同时，为了减小超前支承压力的影响，在工作面4向前推进过程中，在超前支护区d前，对巷道进行超前预裂切缝及顶板补强支护；布置垛式支架5同样采用步骤s3中的方式；

s5：迈步式支护：工作面4回采过程中，预先在超前支护区d、端头支护区c顶板补强支护；滞后临时支护区b后形成成巷稳定区a，采用单轨吊6吊装移动垛式支架5的方式，将滞后临时支护区b的两列垛式支架5中的位于最末端的垛式支架5依次吊装至超前支护区d的前端，布置垛式支架5形成支护系统；

由于滞后临时支护区b位于端头支护区c之后，工作面4回采后，滞后临时支护区b处于工作面4周期来压动压的影响下，因此，最好在距离工作面4端头过渡支架后方一定区域及滞后临时支护区b需要进行巷帮挡矸防护和滞后临时支护；

通常滞后临时支护区b位于工作面4后方；成巷稳定区a位于滞后临时支护区b之后，随着工作面4继续推进，当留巷距离工作面4较远时，工作面4周期来压对巷道产生较小的影响，且采空区3内顶板岩层运动基本趋于稳定，此时回撤滞后临时支护；

s6：回撤垛式支架5：待工作面4推进至停采线，利用单轨吊6吊装垛式支架5的方式回撤垛式支架5。

结合实施例2对本发明再度进行解释。

实施例2中，以普通回采巷道为例，如图4所示，工作面4向前推进时，工作面4后方的顶板垮落形成采空区3。巷道2为普通回采巷道，工作面4后方的巷道2不需要再进行留设与维护。且相较于大断面沿空留巷而言，普通回采巷道面临的岩体压力较小，因此，支护时，采用单排垛式支架5即可。在具体的实施步骤中，垛式支架5的布置方式为在不干扰单轨吊6运行的前提下，依次布置在机车运行轨道7的一侧，如图4所示，可以布置在位于机车运行轨道7远离工作面4的一侧，可以避免与采掘运输设备产生干扰。步骤s5中，将端头支护区c末端的的垛式支架5依次吊装至超前支护区d的前端，布置垛式支架5形成支护系统；其余步骤与上述实施例1中的步骤相同，通过单轨吊6吊装垛式支架5的方式，进行垛式支架5的吊装与搬运。

通过本发明提出的一种回采巷道垛式支架支护系统及方法，能够在工作面4推进过程中，在大断面沿空留巷外部支护采用垛式支架5，配合单轨吊6进行回撤，形成高效、安全的外部支护系统，支护强度与支护面积显著增加，极大程度的保持了顶板完整性，解决了传统支护方式支护强度不足的问题，通过设置单轨吊，极大提高了支护速度与支架的回撤速度，提高了煤炭开采效率，缓解了工人劳动强度，实现了端头工作区域大空间简单化管理，对于工作面4安全高效开采具有重要意义。