一种沿空留巷挡矸支护的施工配套装置及方法

1.本技术涉及煤矿开采技术领域，特别涉及一种沿空留巷挡矸支护的施工配套装置及方法。


背景技术：

2.沿空留巷作为一种无煤柱开采技术在煤炭行业应用多年，该技术能够优化传统的通风方式，降低采煤工作面瓦斯积聚与突出危险，减少冲击地压灾害发生的风险，还可以回收余煤、边角煤与护巷煤柱，提高煤炭资源采出率，减少巷道掘进工程量，缓解矿井采掘接替紧张，延长矿井的服务年限，对实现煤炭行业的科学绿色发展具有十分重要的意义。
3.沿空留巷技术实施过程中，需要安装挡矸支护用以防止采空区矸石进入沿空巷道内部，同时避免巷道内氧气引起采空区遗留煤体自燃。挡矸支护的施工进度需要紧跟采煤工作面，在液压支架的后方作业，由此带来两个问题：一是工人作业地点位于正在垮落的顶板下方，存在很大的安全隐患；二是液压支架后方通风不畅，温度高，作业环境差。
4.因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种沿空留巷挡矸支护的施工配套装置及方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
6.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：本技术提供一种沿空留巷挡矸支护的施工方法，包括：对煤矿采煤工作面端头的第一液压支架和第二液压支架进行降架，将预制的支护顶板安装在所述第一液压支架、所述第二液压支架的顶梁上表面；其中，所述第一液压支架和所述第二液压支架为所述煤矿采煤工作面端头的头两个相邻的液压支架，所述支护顶板的一端安装于所述第一液压支架的顶梁上，另一端搭设于所述第二液压支架的顶梁上；根据确定的安全距离移动所述第一液压支架，且所述支护顶板与所述第一液压支架随动，在所述第一液压支架和所述第二液压支架之间留设作业空间；将阻燃风筒布通过所述第一液压支架和所述第二液压之间的间隙，从液压支架的后面延伸敷设过来，并将所述阻燃风筒布在滑动连接于所述支护顶板的挂钩上进行固定；在所述阻燃风筒布靠近采空区的一侧安装菱形网；在所述阻燃风筒布靠近巷道的一侧安装钢筋网；将接顶后留出的所述钢筋网、所述阻燃风筒布和所述菱形网叠在一起后，向巷道方向弯折；在所述留设作业空间内开展可伸缩u型钢支柱的支设工作，使所述可伸缩u型钢支柱下部压住弯折的所述钢筋网、所述阻燃风筒布和所述菱形网，上部顶住弯折的所述钢筋网、所述阻燃风筒布和所述菱形网；随所述煤矿采煤工作面向前推进，在所述第一液压支架和所述第二液压支架之间的留设作业空间内延伸挡矸支护作业。
7.优选的，响应于预先确定的顶板质量指数位于区间[0，10)时,所述安全距离的最大值为30厘米；响应于所述顶板质量指数位于区间[10，20)时,所述安全距离的最大值为40厘米；响应于所述顶板质量指数位于区间[20，30)时,所述安全距离的最大值为60厘米；响
应于所述顶板质量指数位于区间[30，+∞)时,所述安全距离的最大值为80厘米。
[0008]
优选的，按照公式：确定直接顶板的顶板质量指数；其中，为直接顶板岩层厚度，为煤矿采煤工作面倾斜长度，为直接顶板单轴抗压强度，为直接顶板岩层容重，为煤矿采煤工作面回采期间微震事件最大高度。
[0009]
优选的，按照公式：确定所述支护顶板与所述第一液压支架的顶梁上表面的接触长度；按照公式：确定所述支护顶板搭设在所述第二液压支架的顶梁上表面的长度；其中，为所述安全距离。
[0010]
优选的，所述挂钩滑动安装于所述支护顶板上设置的滑动槽内，且所述滑动槽的长度为所述安全距离的五分之四。
[0011]
本技术实施例还提供一种空留巷挡矸支护的施工配套装置，应用于上述任一所述的沿空留巷挡矸支护的施工方法，所述施工配套装置与煤矿采煤工作面端头的第一液压支架和第二液压支架配套使用，所述第一液压支架和所述第二液压支架为所述煤矿采煤工作面端头的头两个相邻的液压支架，所述第一液压支架和所述第二液压支架之间按照预设安全距离留设作业空间；所述施工配套装置包括：定位安装单元和支护单元；所述定位安装单元有两组，两组所述定位安装单元并列固设于所述第一液压支架的顶梁上表面，每组所述定位安装单元包括多个沿第一方向线性排列的榫头；其中，所述第一方向为所述第一液压支架的顶梁的长度方向；所述支护单元位于所述作业空间上方，包括多个沿所述第一方向并列设置的支护顶板，每个所述支护顶板横跨所述作业空间，一端与两组所述定位安装单元中并列的所述榫头匹配连接，另一端搭设于所述第二液压支架的顶梁上表面；所述支护顶板的下表面沿第二方向并列设有滑动槽，所述滑动槽中均滑动安装有挂钩。
[0012]
优选的，所述榫头的横截面为异形多边形；所述支护顶板上沿所述第二方向并列设有两个定位安装孔，所述定位安装孔与所述榫头相匹配。
[0013]
优选的，所述滑动槽的横截面为半圆形，所述滑动槽上沿所述第二方向设有滑动开口。
[0014]
优选的，所述挂钩通过滑动块滑动安装于所述滑动槽内，其中，所述滑动块为半球形结构，所述滑动块的球面上设有安装孔，所述安装孔内安装所述挂钩。
[0015]
优选的，所述滑动槽的两端与所述第一液压支架、所述第二液压支架的顶梁之间的距离均为所述安全距离的五分之一。
[0016]
有益效果：本技术提供的沿空留巷挡矸支护的施工方法中，首先，对煤矿采煤工作面端头的第一液压支架和第二液压支架进行降架，将预制的支护顶板安装在所述第一液压支架、所述第二液压支架的顶梁上表面；其中，所述第一液压支架和所述第二液压支架为所述煤矿采煤工作面端头的头两个相邻的液压支架，所述支护顶板的一端安装于所述第一液压支架的顶梁上，另一端搭设于所述第二液压支架的顶梁上；然后，根据确定的安全距离移动所述第一液压支架，且所述支护顶板与所述第一液压支架随动，以在所述第一液压支架和所述第二液压支架之间留设作业空间；接着，将阻燃风筒布通过所述第一液压支架和所述第二液压支架之间的间隙，从液压支架后方延伸敷设过来，并将所述阻燃风筒布在滑动连接于所述支护顶板的挂钩上进行固定；随后，在所述阻燃风筒布靠近采空区的一侧安装菱形网；在所述阻燃风筒布靠近巷道的一侧安装钢筋网；将接顶后留出的所述钢筋网、所述阻燃风筒布和所述菱形网叠在一起后，向巷道方向弯折；最后，在所述留设作业空间内开展可伸缩u型钢支柱的支设工作，使所述可伸缩u型钢支柱下部压住弯折的所述钢筋网、所述阻燃风筒布和所述菱形网，上部顶住弯折的所述钢筋网、所述阻燃风筒布和所述菱形网；随着煤矿采煤工作面向前推进，在所述第一液压支架和所述第二液压支架之间的留设作业空间内延伸挡矸支护作业。
[0017]
籍此，挡矸支护作业由传统的位于液压支架后方调整到煤矿采煤工作面的头两个相邻的液压支架之间，并在留设作业空间上方安装支护的挡板对工人进行挡矸支护作业进行安全防护，这样，既能保证挡矸支护作业时具有较好的通风环境，作业地点上方也具有坚实支护，有效解决了传统挡矸支护作业中作业地点位于正在垮落的顶板下方的安全隐患，以及在液压支架后方作业通风不畅、温度高、作业环境差等问题，提高了沿空留巷挡矸支护施工的安全性和便捷性。
附图说明
[0018]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：图1为根据本技术的一些实施例提供的一种沿空留巷挡矸支护的施工方法的场景示意图；图2为根据本技术的一些实施例提供的一种沿空留巷挡矸支护的施工方法的结构示意图；图3为根据本技术的一些实施例提供的一种沿空留巷挡矸支护的施工方法的流程示意图；图4为根据本技术的一些实施例提供的支护单元的结构示意图；图5为根据本技术的一些实施例提供的挂钩与滑动槽的安装示意图；图6为根据本技术的一些实施例提供的滑动槽的结构示意图。
[0019]
附图标记说明：1、支护顶板；2、滑动槽；3、滑动块；4、挂钩；5、限位件。
具体实施方式
[0020]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0021]
目前，挡矸支护安装的作业人员都是紧跟着液压支架，在液压支架后面作业，这个位置存在着两个问题：一是作业人员暴露在正在垮落的顶板正下方，存在很大的安全隐患；二是液压支架后方通风不畅，温度高，作业环境差。为此，申请人提出将作业人员的作业地点调整至煤矿采煤工作面端头的相邻两个液压支架之间，并在这两个液压支架之间增设施工配套装置，使作业人员在施工配套装置的保护下进行作业，这样既能有较好的通风环境，作业人员的作业地点上方也具有坚实的支护措施。
[0022]
如图1至图3所示，该沿空留巷挡矸支护的施工方法包括：步骤s101、对煤矿采煤工作面端头的第一液压支架和第二液压支架进行降架，将预制的支护顶板1安装在第一液压支架和第二液压支架的顶梁上表面；其中，第一液压支架和第二液压支架为煤矿采煤工作面端头的头两个相邻的液压支架，支护顶板1的一端安装于第一液压支架的顶梁上，另一端搭设于第二液压支架的顶梁上。
[0023]
本技术中，第一液压支架和第二液压支架为煤矿采煤工作面端头的前两个相邻的液压支架，且第一液压支架靠近煤矿采煤工作面。在挡矸支护前，向对第一液压支架和第二液压支架进行降架动作，将第一液压支架和第二液压支架的顶梁降下，并将支护顶板1的一端安装在第一液压支架的顶梁上表面，另一端搭设在第二液压支架的顶梁上表面。
[0024]
在此，本技术所提出的沿空留巷挡矸支护施工方法，通过本技术提出的沿空留巷挡矸支护施工配套装置进行；支护顶板1为本技术提出的沿空留巷挡矸支护施工配套装置中的部件。本技术提供的沿空留巷挡矸支护施工配套装置中包括：定位安装单元和支护单元，如图4所示。
[0025]
定位安装单元有两组，两组定位安装单元并列固设于第一液压支架的顶梁上表面，每组定位安装单元包括多个沿第一方向线性排列的榫头。支护单元位于作业空间上方，包括多个沿第一方向并列设置的支护顶板1，每个支护顶板1横跨作业空间，一端与两组定位安装单元中并列的榫头匹配连接，另一端搭设于苏搜第二液压支架的顶梁上表面；支护顶板1的下表面沿第二方向并列设有滑动槽2，滑动槽2中均滑动安装有挂钩4。
[0026]
本技术中，第一方向为第一液压支架的顶梁的长度方向，在第一液压支架的顶梁上表面固定布设两组定位安装单元，定位安装单元中的榫头的横截面为异形多边形；支护顶板1上沿第二方向并列布设两个定位安装孔，定位安装孔与榫头相匹配。也就是说，两组定位安装单元上相对应的榫头分别与支护顶板1上的两个定位安装孔对应连接。
[0027]
而且，通过将榫头、定位安装孔设计为异形多边形，一方面可以保证支护顶板1能够快速准确的安装在顶梁上，另一方面，也可防止支护顶板1安装后可能产生的位移，进而，随着液压支架的顶梁上升，将支护顶板1顶紧，通过支护顶板1对留设作业空间进行防护。
[0028]
多个支护顶板1沿顶梁的长度方向并列布置，对支护顶板1的下方进行有效坚实防
护，使得留设作业空间后，工人可以在留设作业空间内进行安全作业。
[0029]
步骤s102、根据确定的安全距离移动第一液压支架，且支护顶板1与第一液压支架随动，在第一液压支架和第二液压支架之间留设作业空间。
[0030]
支护顶板1安装完毕后，将第一液压支架向前移动，在第一液压支架与第二液压支架之间形成作业空间。其中，第一液压支架向前移动的距离等于留设作业空间的宽度，即第一液压支架与第二液压支架之间的安全距离。本技术中，安全距离主要通过顶板质量指数进行确定，响应于预先确定的顶板质量指数位于区间[0，10)时,安全距离的最大值为30厘米；响应于顶板质量指数位于区间[10，20)时,安全距离的最大值为40厘米；响应于顶板质量指数位于区间[20，30)时,安全距离的最大值为60厘米；响应于顶板质量指数位于区间[30，+∞)时,安全距离的最大值为80厘米。
[0031]
在此，按照公式：确定直接顶板的顶板质量指数；其中，为直接顶板岩层厚度，单位为米，为煤矿采煤工作面倾斜长度，单位为米，为直接顶板单轴抗压强度，单位为兆帕，为直接顶板岩层容重，单位为牛每立方米，为煤矿采煤工作面回采期间微震事件最大高度，单位为米。
[0032]
步骤s103、将阻燃风筒布通过第一液压支架和第二液压支架之间的间隙，从液压支架后方延伸敷设过来，并将阻燃风筒布在滑动连接于支护顶板1的挂钩4上进行固定。
[0033]
本技术中，滑动槽2的横截面为半圆形，滑动槽2上沿第二方向设有滑动开口，挂钩4通过滑动块3滑动安装于滑动槽2内。其中，滑动块3为半球形结构，滑动块3的球面上设有安装孔，安装孔内安装挂钩4，如图5、图6所示。
[0034]
具体的，滑动槽2通过焊接、螺栓连接等方式固定连接在支护顶板1的下表面，滑动开口的开口端朝向第二液压支架，且在滑动块3安装在滑动槽2内后，在滑动开口的开口端通过布置限位件5对滑动块3沿第二方向的移动进行限位，避免滑动块3脱出。
[0035]
挂钩4滑动安装于支护顶板1上设置的滑动槽2内，滑动开口沿第二方向的长度不大于滑动槽2长度，且滑动槽2的长度为安全距离的五分之四，籍以使滑动槽2两端与第一液压支架、第二液压支架的顶梁之间保留距离冗余，有效避免实际操作过程中滑动槽2的碰撞破坏。其中，挂钩4在滑动块3上的安装，可以采用可拆卸连接的方式，比如，螺纹连接、插接等，具体的，将安装孔设计为螺纹孔，使挂钩4与滑动块3螺纹连接。挂钩4在滑动块3上的安装，也可以采用固定连接的方式，比如焊接等。
[0036]
限位件5与半圆形截面的滑动槽2适配，在滑动槽2的侧面端部，滑动开口的两侧分别开设两个限位安装孔，同时，限位件5的侧壁上对应开设限位螺栓孔。限位件5安装在滑动槽内后，通过限位螺栓穿过限位安装孔后，拧入限位螺栓孔，将限位件5固定在滑动槽2上，对滑块3在滑动槽2内的移动进行限制，避免滑块2脱出。可以理解，还可以在滑动槽2的另一端同样安装限位件5。
[0037]
按照公式：
确定支护顶板1与第一液压支架的顶梁上表面的接触长度；按照公式：确定支护顶板1搭设在第二液压支架的顶梁上表面的长度；其中，为安全距离。
[0038]
步骤s104、在阻燃风筒布靠近采空区的一侧安装菱形网；在阻燃风筒布靠近巷道的一侧安装钢筋网。
[0039]
本技术中，由采空区向巷道方向，采用“菱形网+2层阻燃风筒布+钢筋网+u型钢”的方式，进行封闭和挡矸支护。沿采空区先敷设1层菱形网，再敷设2层阻燃风筒布，再敷设1层钢筋网，最后支设可缩性u型钢支柱。
[0040]
其中，菱形网采用8#镀锌钢丝编制，网孔规格为;钢筋网采用直径为6的冷拔钢丝焊接，网孔规格为；菱形网、钢筋网与顶板原支护钢筋网连接紧密可靠，同时菱形网、钢筋网沿巷道走向连接紧密可靠，每隔100连接1处。
[0041]
步骤s105、在接顶后留出的钢筋网、阻燃风筒布和菱形网叠在一起后，向巷道方向弯折。
[0042]
本技术中，编制布和阻燃风筒布错茬敷设，相邻编织布和阻燃风筒布搭接300，上端超出u型钢支柱300，下段埋入底板300，在接顶后留出的钢筋网、阻燃风筒布和菱形网叠在一起后，向巷道方向弯折。
[0043]
步骤s106、在留设作业空间内开展可伸缩u型钢支柱的支设工作，使可伸缩u型钢支柱下部压住弯折的钢筋网、阻燃风筒布和菱形网，上部顶住弯折的钢筋网、阻燃风筒布和菱形网。
[0044]
本技术中，u型钢支柱支设间距500，采用29u型钢加工，上下两节可缩性搭接，单根长2.4至2.8。在u型钢支柱顶部加工有钢鼻子，以便u型钢支柱安装时使用单体液压支柱进行顶支，使可伸缩u型钢支柱下部压住弯折的钢筋网、阻燃风筒布和菱形网，可伸缩u型钢支柱上部顶住弯折的钢筋网、阻燃风筒布和菱形网。
[0045]
在菱形网、阻燃风筒布、钢筋网依次悬挂完毕后，使用单体液压支柱将u型钢支柱支设稳定后，使用4副搭接板连接，中间两副均匀布置，最上部和最下部搭接板距离不超过2000,为保证挡矸支护整体强度，搭接板螺丝用风炮紧固。
[0046]
u型钢支柱顶端位于切缝孔向巷道内300处, 戗柱采用单体配合π型钢（或铰接顶梁）支护，防止u型钢支柱顶端移动，单体支柱排距为1500,u型钢底端挖200柱窝，确保接实硬底，单体液压支柱的初撑力不小于11.5。
[0047]
步骤s107、随煤矿采煤工作面向前推进，在第一液压支架和第二液压支架之间的留设作业空间内延伸挡矸支护作业。
[0048]
本技术中，随着煤矿采煤工作面的推进，液压支架随之向前推进，在第一液压支架和第二液压支架之间始终留设作业空间，工人进行挡矸支护施工始终随着煤矿采煤工作面的推进而向前推进，实现沿空留巷的挡矸支护施工，而且作业过程始终位于支护单元的保护下，既能保证挡矸支护作业时具有较好的通风环境，作业地点上方也具有坚实支护，有效解决了传统挡矸支护作业中作业地点位于正在垮落的顶板下方的安全隐患，以及在液压支架后方作业通风不畅、温度高、作业环境差等问题，提高了沿空留巷挡矸支护施工的安全性和便捷性。
[0049]
以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。