一種區段小煤柱留設施工方法與流程

2023-06-29 01:34:06

本發明屬於煤礦施工技術領域，特別是涉及一種區段小煤柱留設施工方法。

背景技術：

煤柱尺寸對於礦井的安全生產具有非常重要的影響，在傳統的放頂煤開採技術中，需要在兩個區段工作面之間留設一定寬度的煤柱，煤柱寬度為30m左右，加上端頭未放出的煤頂，導致工作面的煤炭損失率較高。

另外，在傳統的放頂煤開採技術中，圍巖變形破壞較為嚴重，且主要表現為兩幫移近量大，煤幫會破碎成連片的網兜狀，底鼓嚴重，導致人工底板破裂頂起，且呈現豎立狀，致使巷道返修工作量大。

再有，在採動影響下，圍巖的破壞將進一步加劇，導致超前支護施工更加困難，並且對圍巖的控制效果也較差，從而增大了施工安全壓力。

因此，開發一種全新的煤礦開採施工技術將十分必要，其應具備以下優點：①、能夠降低煤炭損失率，提高煤炭採出率；②、能夠提高圍巖控制效果，進一步提高礦井壽命；③、能夠進一步提高煤礦施工安全性。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種區段小煤柱留設施工方法，能夠降低煤炭損失率，提高煤炭採出率；能夠提高圍巖控制效果，進一步提高礦井壽命；能夠進一步提高煤礦施工安全性。

為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：一種區段小煤柱留設施工方法，包括如下步驟：

步驟一：通過掘進機截割巷道，以圍巖整體性不被破壞為前提，提高掘進機截割頭轉速，降低掘進機截割頭移動速度，並以截割齒齒痕清晰連續為標準；

步驟二：先在巷道頂板和巷道兩幫安裝錨杆或錨索，再在巷道頂板鋪設金屬網；

步驟三：在巷道頂板裸露24h以內，對巷道頂板和巷道兩幫進行噴漿封閉，並構成鋼筋混凝土封固層；

步驟四：先在巷道底板安裝錨杆，再鋪設金屬網，最後在金屬網上澆注混凝土，並構成鋼筋混凝土底板；

步驟五：對煤柱進行聯合支護加固；

步驟六：對巷道進行超前加強支護，並隨著工作面的推進沿煤柱邊緣打設切頂鑽孔；

步驟七：在工作面回採過程中，對煤柱進行打孔注漿加固，提高煤柱承載能力。

步驟二中，採用全粘結式錨杆或錨索；錨杆或錨索的間距為0.9m～1.1m，錨杆或錨索的排距為0.7m～0.9m；當採用全粘結式錨杆時，錨杆的長度為2.3m～2.5m；當採用全粘結式錨索時，位於巷道頂板的錨索長度為4.2m～4.4m，位於巷道兩幫的錨索長度為6.2m～6.4m。

步驟三中，在對巷道頂板和巷道兩幫進行噴漿封閉前，並當圍巖局部出現破壞或離層體時，需要注漿固化圍巖局部內生裂隙或剝落離層體後，再進行噴漿封閉作業。

步驟四中，在巷道底板安裝錨杆前，需要先清理巷道底板，清除底板圍巖裂隙和離層體；錨杆採用全粘結式錨杆，錨杆垂直於巷道底板進行打設，錨杆的間距和排距均為0.9m～1.1m，錨杆的長度為1.4m～1.6m。

步驟五中，對煤柱進行聯合支護加固的具體方案為：第一，在留巷側的煤柱幫面上打設一排錨索和兩排錨杆，中間排為錨索，錨索與巷道軸線相垂直，且相對於煤層面上仰4°～6°，上排和下排為錨杆，錨杆與巷道軸線相垂直，且與煤層面相平行；第二，在採空區側的煤柱幫面上打設一排錨索和兩排錨杆，上排為錨索，錨索與巷道軸線相垂直，相對於煤層面上仰4°～6°，中間排和下排為錨杆，錨杆與巷道軸線相垂直，且與煤層面相平行。

步驟六中，對巷道進行超前加強支護的具體方案為：在巷道內架設一梁三柱式支架，支架的間距為0.9m～1.1m，且一梁三柱式支架內的三個支柱均採用單體液壓支柱，用於保證支架架設初期的工作阻力。

步驟六中，切頂鑽孔的深度為14m～20m，切頂鑽孔的間距為0.4m～0.6m。

步驟七中，打孔注漿加固區域選擇在工作面前方20m～40m的區域。

步驟七中，對煤柱進行打孔注漿加固的具體方案為：在煤柱幫面上布置兩排注漿孔，上排注漿孔與下排注漿孔交錯分布，上排注漿孔與巷道底板的距離為2.1m～2.3m，下排注漿孔與巷道底板的距離為1.1m～1.3m；上排注漿孔和下排注漿孔的間距均為5.9m～6.1m；上排注漿孔和下排注漿孔的鑽孔深度均為4.4m～4.6m；上排注漿孔的水平角為0°，上排注漿孔具有仰角，且仰角為29°～31°；下排注漿孔的水平角為19°～21°，且水平角迎向切眼偏轉，且下排注漿孔的仰角為0°。

本發明的有益效果：

本發明與現有技術相比，能夠降低煤炭損失率，提高煤炭採出率；能夠提高圍巖控制效果，進一步提高礦井壽命；能夠進一步提高煤礦施工安全性。

附圖說明

圖1為採煤工作面示意圖；

圖2為巷道頂板、兩幫及底板錨固支護示意圖；

圖3為煤柱聯合支護加固示意圖；

圖4為煤柱幫面注漿孔布置示意圖；

圖5為圖4中a-a剖視圖；

圖6為圖4中b-b剖視圖；

圖中，1—圍巖，2—沿空留巷，3—煤柱，4—採空區，5—煤層，6—巷道頂板，7—巷道兩幫，8—巷道底板，9—鋼筋混凝土封固層，10—鋼筋混凝土底板，11—巷道頂板及兩幫錨固用錨杆或錨索，12—巷道底板錨固用錨杆，13—採空區側巷道，14—留巷側煤柱幫面錨索，15—留巷側煤柱幫面錨杆，16—採空區側煤柱幫面錨索，17—採空區側煤柱幫面，18—錨杆，19—煤柱幫面上排注漿孔，20—煤柱幫面下排注漿孔。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。

一種區段小煤柱留設施工方法，包括如下步驟：

步驟一：如圖1所示，通過掘進機截割巷道，以圍巖整體性不被破壞為前提，提高掘進機截割頭轉速，降低掘進機截割頭移動速度，並以截割齒齒痕清晰連續為標準；只有圍巖和煤柱的完整性得到保證，後續的錨杆、錨索及支架等支護效果才能得到充分發揮；

步驟二：如圖2所示，先在巷道頂板和巷道兩幫安裝錨杆或錨索，再在巷道頂板鋪設金屬網；採用全粘結式錨杆或錨索；錨杆或錨索的間距為1.0m，錨杆或錨索的排距為0.8m；當採用全粘結式錨杆時，錨杆的長度為2.2m；當採用全粘結式錨索時，位於巷道頂板的錨索長度為4.3m，位於巷道兩幫的錨索長度為6.3m；

步驟三：在巷道頂板裸露24h以內，對巷道頂板和巷道兩幫進行噴漿封閉，並構成鋼筋混凝土封固層，本實施例中，鋼筋混凝土封固層的厚度為50mm；其中，在對巷道頂板和巷道兩幫進行噴漿封閉前，並當圍巖局部出現破壞或離層體時，需要注漿固化圍巖局部內生裂隙或剝落離層體後，再進行噴漿封閉作業；由於巷道頂板的裸露時間未超過24h，在圍巖為產生破壞前便進行支護，縮短了巷道無支護的時間，進而抑制了圍巖從變形向結構破壞的轉化，同時對圍巖進行及時的整體封閉，還可以減少圍巖在井下風流中的裸露時間，降低圍巖的風化侵蝕程度，進而阻止圍巖的風化破壞過程；

步驟四：先在巷道底板安裝錨杆，再鋪設金屬網，最後在金屬網上澆注混凝土，並構成鋼筋混凝土底板；其中，在巷道底板安裝錨杆前，需要先清理巷道底板，清除底板圍巖裂隙和離層體；錨杆採用全粘結式錨杆，錨杆垂直於巷道底板進行打設，錨杆的間距和排距均為1.0m，錨杆的長度為1.5m；

步驟五：如圖3所示，對煤柱進行聯合支護加固，其具體方案為：第一，在留巷側的煤柱幫面上打設一排錨索和兩排錨杆，中間排為錨索，錨索與巷道軸線相垂直，且相對於煤層面上仰5°，上排和下排為錨杆，錨杆與巷道軸線相垂直，且與煤層面相平行；第二，在採空區側的煤柱幫面上打設一排錨索和兩排錨杆，上排為錨索，錨索與巷道軸線相垂直，相對於煤層面上仰5°，中間排和下排為錨杆，錨杆與巷道軸線相垂直，且與煤層面相平行；

步驟六：對巷道進行超前加強支護，其具體方案為：在巷道內架設一梁三柱式支架，支架的間距為1.0m，且一梁三柱式支架內的三個支柱均採用單體液壓支柱，保證支架架設初期的工作阻力；另外，隨著工作面的推進沿煤柱邊緣打設切頂鑽孔，切頂鑽孔的深度為15m，切頂鑽孔的間距為0.5m；

步驟七：如圖4～6所示，在工作面回採過程中，對煤柱進行打孔注漿加固，提高煤柱承載能力；打孔注漿加固區域選擇在工作面前方20m～40m的區域；對煤柱進行打孔注漿加固的具體方案為：在煤柱幫面上布置兩排注漿孔，本實施例中，採用直徑為42mm的鑽機進行鑽孔施工；上排注漿孔與下排注漿孔交錯分布，上排注漿孔與巷道底板的距離為2.2m，下排注漿孔與巷道底板的距離為1.2m；上排注漿孔和下排注漿孔的間距均為6.0m；上排注漿孔和下排注漿孔的鑽孔深度均為4.5m；上排注漿孔的水平角為0°，上排注漿孔具有仰角，且仰角為30°；為了提高下排注漿孔在注漿過程中的承壓段長度，下排注漿孔的水平角為20°，且水平角迎向切眼偏轉，且下排注漿孔的仰角為0°。

實施例中的方案並非用以限制本發明的專利保護範圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均包含於本案的專利範圍中。