一种预防沿空留巷的巷道底鼓及墙体滑移的方法
【专利摘要】本发明公开了一种预防沿空留巷的巷道底鼓及墙体滑移的方法，其特征在于，随着采煤工作面不断向前推进，在巷道内，沿采煤工作面推进方向，每隔2米构筑一个防护单元，直至整个沿空留巷完成。本发明通过采用波浪形的底板反拱钢管，配合倾斜设置的注浆钢管，以及巷道底脚处加固钢管，并将三者固定在一起等技术手段，改变了巷道围岩受力状态、避免了巷道两帮因对底板造成的压膜效所致的巷道底鼓；并使巷道两帮所受垂直压力转化为对巷道底板向下的挤压力，进一步制约巷道底鼓；同时通过改善巷道底脚围岩受力情况，避免因巷道软弱部位被破坏所致墙体滑移。本发明安全可靠，适应性强、适于沿空留巷推广应用。
【专利说明】
一种预防沿空留巷的巷道底鼓及墙体滑移的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种巷道稳定性控制方法，尤其涉及一种预防沿空留巷的巷道底鼓及墙体滑移的方法，属于矿山支护技术领域。
【背景技术】
[0002]无煤柱开采有利于提高煤炭回收率，同时也可以消除或减少因煤柱引起的灾害，近年来被广泛采用。随着煤炭资源枯竭进程的加快，无煤柱开采越来越重新得到行业的重视。沿空留巷是无煤柱开采的重要发展方向。因沿空留巷具有可取消维护巷道的煤柱，提高煤炭资源采出率、充分利用合理开发煤炭资源、延长矿井服务年限、有利于矿山可持续发展;沿空留巷变掘巷为留巷，减少巷道掘进量，降低冲击地压和瓦斯突出的危险性;实现“Y”型通风，避免工作面上隅角瓦斯聚集，有利于矿山的安全生产;缩短了准备时间，缓解采掘接替矛盾，提高矿山的生产效率;不留煤柱，取消孤岛工作面及缩短搬家时间，减少集中应力的影响，有利于防止发生火灾，实现矿井安全生产和提高矿井技术经济效益等优点，而被广泛应用于煤矿无煤柱开采领域。
[0003]然而，沿空留巷技术在实际应用中仍存在着诸多难题，其中底鼓问题尤为严重，有的巷道最大底鼓量达100mm以上，卧底后底鼓仍继续发展。
[0004]在深井开采中，沿空留巷底鼓问题更加突出(最大底鼓量甚至达到巷道高度的50%)，导致巷道必须进行二次翻修，失去了沿空留巷的实际意义，这严重制约着沿空留巷技术的发展和应用。此外，沿空留巷墙体除了承受破断的直接顶和老顶的自重载荷外，更要抵抗砌体梁结构中的弧形三角块回转变形下沉过程中产生的水平附加力，造成墙体向巷道内强烈滑移，最大内移量超过lm。墙体在强大的顶板压力作用下挤压底板会导致底鼓量急剧增大，巷道底鼓又给墙体移动提供了空间，加剧墙体向巷道滑移，因此将形成恶性循环，最终导致巷道断面急剧收缩，严重威胁矿山的安全生产。
[0005]传统的巷道底鼓控制技术为加固法和卸压法，加固法是控制矿井巷道底鼓最常用的一种方法，主要有底板注浆、底板锚杆、封闭式支架、混凝土反底拱等，其控制机理为提高加固区内底板岩层的抗变形能力。其中，底板锚杆加固法最为普遍。
[0006]卸压法主要有底板切缝、两帮切缝、钻孔、松动爆破、卸压煤柱等，其控制机理是是底板岩层处于应力降低区。
[0007]无论是加固法还是卸压法，均存在较大的不足和缺陷，这些方法对处于较低应力环境下的沿空留巷底板，虽然可以起到一定的控制作用，但其控制能力有限。而工程现场常用的卧底方法，既不经济又不能从根本上解决沿空留巷底鼓控制难题。目前，限制墙体向巷道的强烈滑移方法不多，仅见通过设置连接顶底板的多根抗剪锚杆来限制墙体与顶板发生错动措施，但锚杆抗弯抗剪能力差，实际控制效果并不理想，难以有效控制墙体滑移。
[0008]因此，如何控制沿空留巷底鼓和墙体滑移是沿空留巷亟待解决的难题。由此可见，研究一种既能控制沿空留巷底鼓，又能保证墙体稳定性的方法，具有现实的积极意义。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是，提供一种适应性强、安全可靠的可有效预防沿空留巷底鼓和墙体滑移的方法。
[0010]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种预防沿空留巷的巷道底鼓及墙体滑移的方法，其特征在于，随着采煤工作面不断向前推进，在巷道内，沿采煤工作面推进方向，每隔2米构筑一个防护单元，直至整个沿空留巷完成；
[0011 ]所述防护单元的构筑方法，包括以下步骤:
[0012]第一步，在井上完成若干数量的底板反拱钢管、注浆钢管、底脚加固钢管和管箍的预制，并运送至巷道内；并将用于现场配制混凝土注浆材料所需的水泥、沙、石分批运送至巷道内；
[0013]上述底板反拱钢管为一体式管状结构，整体呈波浪状，包括左段、中段和右段;其中，左段与右段对称分布在中段的两端，左段和右段均呈圆心角等于180°的半圆形，并分别向上拱起，中段呈向下拱起的弧形；
[0014]上述中段所形成的弧为一劣弧；
[0015]上述左段和右段的最大弦长等于待砌筑的墙体的宽度，最大弦高大于或者等于0.5 米；
[0016]上述段所形成的劣弧的最大弦长等于巷道的宽度，最大弦高大于或者等于0.5米；
[0017]所述注浆钢管总长为3_4m，其上端焊接有第一法兰，第一法兰下方0.4m以下的管壁上均匀开设有若干数量的注浆孔；
[0018]所述底脚加固钢管长度为2m，其两端均分别焊接有第二法兰，供各底脚加固钢管顺次首尾连接时使用；
[0019]第二步，沿巷道的横断面方向垂直向下开挖预埋件安装沟，预埋件安装沟的起始端在巷道一侧的煤体的下方，预埋件安装沟的末端与巷道另一侧的底脚边缘平齐；
[0020]上述预埋件安装沟的起始端伸入煤体内的长度等于上述预埋件安装沟的末端位置处待砌筑的墙体的宽度；
[0021]上述预埋件安装沟的开挖断面整体呈T字形，包括上部与下部两部分，上部的深度和下部的深度均为0.3-0.5米;其中，预埋件安装沟的上部开挖断面宽、下部开挖断面窄；
[0022]第三步，沿上述预埋件安装沟的上部的壁面，分别以向外侧倾斜30°?50°的角度钻注浆孔，注浆孔的孔径大于注浆钢管外径，注浆孔的孔深为1-1.5m，注浆孔与上述预埋件安装沟的下部贯通；
[0023]当注浆孔向上方延长至巷道底板时，其孔外壁与待砌筑墙体面向巷道一侧的边缘保持等于底脚加固钢管外径的间距；
[0024]第四步，将底板反拱钢管平稳置于上述预埋件安装沟内，在底板反拱钢管的周边回填部分开挖底板产生的浮矸，以使其临时固定，并将注浆钢管的下端锤击敲入注浆孔内，直至注浆钢管的上端伸出至巷道底板上方的长度为0.2-0.3m;
[0025]然后，使用铁丝或管箍将底板反拱钢管与注浆钢管牢固固定在一起；
[0026]接着，现场配制混凝土，由施工人员手工操作向底板反拱钢管内注满混凝土浆料，并将开挖底板产生的剩余的浮矸回填、夯实，完成底板反拱钢管和注浆钢管的预埋；
[0027]第五步，在预留出的位置处完成长度为2m的墙体的砌筑；
[0028]然后，沿巷道的走向，分别紧贴在巷道一侧的煤体的墙角和砌筑完成的墙体的墙角铺设一根底脚加固钢管；
[0029]并使用铁丝或管箍，将巷道两侧的底脚加固钢管与注浆钢管分别牢固固定在一起；
[0030]第六步，依次将混凝土喷射管通过第一法兰与巷道两侧的注浆钢管分别密封连接，启动混凝土输送栗，向注浆钢管内注射混凝土浆料，直至混凝土输送栗的出口压力达到5MPa时，停混凝土输送栗；
[0031]至此，完成一个防护单元的施工；
[0032]第七步，在已经完成的这个构筑单元的前方2m处，重复上述第二步至第六步，进行下一防护单元的施工；
[0033]待下一防护单元完成后，使用螺栓将该防护单元的底脚加固钢管与上一防护单元的底脚加固钢管固定连接。
[0034]上述技术方案直接带来的技术是，可以有效预防沿空留巷中，可能发生的底鼓和墙体滑移，从而大幅提高沿空留巷的安全性与可靠性，显著降低巷道底鼓程度，从而大幅减少或消除巷道的返修工程量。
[0035]为更好地理解上述技术特点，现简要分析说明如下:
[0036]上述技术方案中，采用近似呈牛头犄角形状的波浪形的底板反拱钢管，配合倾斜设置的注浆钢管，以及巷道两旁底脚处设置的底脚加固钢管，并将三者牢固固定在一起的结构形式，改变了巷道围岩受力状态，有效降低了因巷道两帮的作用力所致的压膜效应对巷道底板形成向上的压力，进而造成巷道底鼓；
[0037]并使巷道两帮所受垂直压力转化为对巷道底板产生向下的挤压力，对巷道底鼓起到制约作用；
[0038]此外，拱形结构可以优化巷道底板受力状态，有利于巷道稳定;两端牛角结构可以将顶板压力向四周分散;底板反拱钢管上方回填的浮矸，在巷道走向方向也可起到一定的卸压作用。
[0039]再者，混凝土注浆过程中，控制注浆压力为5MPa，可以保证混凝土的有效渗透半径，将注浆钢管、底板反拱钢管与巷道底板固结成一体，进一步保证了巷道底板的强度。注浆后在注浆钢管周边形成的这一道注浆帷幕，可有效切断了底板滑移线，阻止了巷道底板两侧岩体向底板滑动。
[0040]上述技术方案中，底脚加固钢管与注浆钢管牢固固定在一起，可以避免巷道底脚“软弱”部位的破坏，且当墙体有向巷道滑移趋势时可产生反作用力，可有效的阻止墙体底脚向巷道内滑移。
[0041]此外，底板反拱钢管注满混凝土，可以很大程度地提高其抗挤压、抗变形能力。相应地，可以节约底板反拱钢管制作成本。
[0042]优选为，上述底板反拱钢管、底脚加固钢管和注浆钢管的管径均为Φ159mm，壁厚均为8mm以上的无缝钢管。
[0043]该优选技术方案直接带来的技术是，外径均为Φ159mm，壁厚均为8mm以上的同规格厚壁管，一方面，可以满足非极端地质条件下的沿空留巷；另一面，将三种钢管统一规格便于加工制作和下角料(钢管裁断后，长度不足的短管)的充分利用(钢管裁断后，长度不足的短管可以直接焊接，进行充分利用)，进一步降低制作成本。
[0044]进一步优选，上述预埋件安装沟的上部开挖断面宽度为0.5?0.6cm、下部开挖断面宽度为0.2?0.4cm ο
[0045]该优选技术方案直接带来的技术是，预埋件安装沟的上部开挖断面宽度为0.5?
0.6cm、下部开挖断面宽度为0.2?0.4cm为经验数据，在此条件下，具有良好的技术经济性和良好的施工效率。
[0046]综上所述，本发明相对于现有技术，具有可有效预防沿空留巷底鼓和墙体滑移现象发生、安全可靠，适应性强、具有较好的推广应用前景等有益效果。
【附图说明】
[0047]图1为本发明的巷道断面的剖面结构示意图；
[0048]图2为本发明的巷道走向方向的结构示意图；
【具体实施方式】
[0049]下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0050]如图1、图2所示，本发明的预防沿空留巷的巷道底鼓及墙体滑移的方法，其特征在于，随着采煤工作面不断向前推进，在巷道内，沿采煤工作面推进方向，每隔2米构筑一个防护单元，直至整个沿空留巷完成；
[0051 ]上述防护单元的构筑方法，包括以下步骤:
[0052]第一步，在井上完成若干数量的底板反拱钢管1、注浆钢管2、底脚加固钢管4和管箍的预制，并运送至巷道6内；并将用于现场配制混凝土注浆材料所需的水泥、沙、石分批运送至巷道6内；
[0053]上述底板反拱钢管I为一体式管状结构，整体呈波浪状，包括左段、中段和右段;其中，左段与右段对称分布在中段的两端，左段和右段均呈圆心角等于180°的半圆形，并分别向上拱起，中段呈向下拱起的弧形；
[0054]上述中段所形成的弧为一劣弧；
[0055]上述左段和右段的最大弦长等于待砌筑的墙体7的宽度，最大弦高大于或者等于0.5-1 米；
[0056]上述段所形成的劣弧的最大弦长等于巷道6的宽度，最大弦高大于或者等于0.5-1米；
[0057]上述注浆钢管2总长为3_4m，其上端焊接有第一法兰，第一法兰下方0.4m以下的管壁上均匀开设有若干数量的注浆孔3;
[0058]上述底脚加固钢管4长度为2m，其两端均分别焊接有第二法兰，供各底脚加固钢管4顺次首尾连接时使用；
[0059]第二步，沿巷道6的横断面方向垂直向下开挖预埋件安装沟，预埋件安装沟的起始端在巷道6—侧的煤体8的下方，预埋件安装沟的末端与巷道6另一侧的底脚边缘平齐；
[0060]上述预埋件安装沟的起始端伸入煤体8内的长度等于上述预埋件安装沟的末端位置处待砌筑的墙体7的宽度；
[0061]上述预埋件安装沟的开挖断面整体呈T字形，包括上部与下部两部分，上部的深度和下部的深度均为0.5-1米;其中，预埋件安装沟的上部开挖断面宽、下部开挖断面窄；
[0062]第三步，沿上述预埋件安装沟的上部的壁面，分别以向外侧倾斜30°?50°的角度钻注浆孔，注浆孔的孔径大于注浆钢管2外径，注浆孔的孔深为1-1.5m，注浆孔与上述预埋件安装沟的下部贯通；
[0063]当注浆孔向上方延长至巷道6底板时，其孔外壁与待砌筑墙体7面向巷道一侧的边缘保持等于底脚加固钢管4外径的间距；
[0064]第四步，将底板反拱钢管I平稳置于上述预埋件安装沟内，在底板反拱钢管I的周边回填部分开挖底板产生的浮矸9，以使其临时固定，并将注浆钢管2的下端锤击敲入注浆孔内，直至注浆钢管2的上端伸出至巷道6底板上方的长度为0.2-0.3m;
[0065]然后，使用铁丝或管箍将底板反拱钢管I与注浆钢管2牢固固定在一起；
[0066]接着，现场配制混凝土5，由施工人员手工操作向底板反拱钢管I内注满混凝土浆料，并将开挖底板产生的剩余的浮矸9回填、夯实，完成底板反拱钢管I和注浆钢管2的预埋；
[0067]第五步，在预留出的位置处完成长度为2m的墙体7的砌筑；
[0068]然后，沿巷道6的纵向，分别紧贴在巷道6—侧的煤体8的墙角和砌筑完成的墙体7的墙角铺设一根底脚加固钢管4;
[0069]并使用铁丝或管箍，将巷道6两侧的底脚加固钢管4与注浆钢管2分别牢固固定在一起；
[0070]第六步，依次将混凝土喷射管通过第一法兰与巷道6两侧的注浆钢管2分别密封连接，启动混凝土输送栗，向注浆钢管2内注射混凝土浆料5，根据巷道底板岩层属性，直至混凝土输送栗的出口压力达到5MPa时，停混凝土输送栗；
[0071]至此，完成一个防护单元的施工；
[0072]第七步，在已经完成的这个构筑单元的前方2m处，重复上述第二步至第六步，进行下一防护单元的施工；
[0073]待下一防护单元完成后，使用螺栓将该防护单元的底脚加固钢管4与上一防护单元的底脚加固钢管4固定连接。
[0074]上述底板反拱钢管1、注浆钢管2和底脚加固钢管4的管径均为Φ159mm，壁厚均为8mm以上的无缝钢管。
[0075]上述预埋件安装沟的上部开挖断面宽度为0.5?0.6cm、下部开挖断面宽度为0.2?0.4cm0
[0076]下面结合实施例，将本发明的方法与现有技术的最为普遍的加固法进行对比。
[0077]实施例1
[0078]以煤矿9302工作面沿空留巷为例:
[0079]施工过程中，该巷道的前300米采用传统方法进行沿空留巷，巷道的后1100米采用本发明的方法进行沿空留巷。
[0080]巷道的前300米所采用的方法，具体如下:
[0081]巷道底鼓的预防措施为:底板锚杆加固法;对于墙体滑移的预防未采取任何的防护措施。对比结果:
[0082]巷道的前300米沿空留巷过程中，巷道底鼓量高达0.8?lm，墙体内移量达0.3?0.5m，局部墙体倾斜，巷道断面缩小；需要进行巷道返修可满足正常的使用要求，且存在一定的安全隐患。
[0083]巷道的后1100米沿空留巷过程中，巷道底鼓量仅为0.12?0.15m，墙体内移量位
0.04?0.06m，巷道无需返修即可充分满足使用要求、安全性好。
【主权项】
1.一种预防沿空留巷的巷道底鼓及墙体滑移的方法，其特征在于，随着采煤工作面不 断向前推进，在巷道内，沿采煤工作面推进方向，每隔2米构筑一个防护单元，直至整个沿空 留巷完成；所述防护单元的构筑方法，包括以下步骤:第一步，在井上完成若干数量的底板反拱钢管、注浆钢管、底脚加固钢管和管箍的预 制，并运送至巷道内；并将用于现场配制混凝土注浆材料所需的水泥、沙、石分批运送至巷 道内；上述底板反拱钢管为一体式管状结构，整体呈波浪状，包括左段、中段和右段;其中，左 段与右段对称分布在中段的两端，左段和右段均呈圆心角等于180°的半圆形，并分别向上 拱起，中段呈向下拱起的弧形；上述中段所形成的弧为一劣弧；上述左段和右段的最大弦长等于待砌筑的墙体的宽度，最大弦高大于或者等于0.5米； 上述段所形成的劣弧的最大弦长等于巷道的宽度，最大弦高大于或者等于〇.5米； 所述注浆钢管总长为3_4m，其上端焊接有第一法兰，第一法兰下方0.4m以下的管壁上 均匀开设有若干数量的注浆孔；所述底脚加固钢管长度为2m，其两端均分别焊接有第二法兰，供各底脚加固钢管顺次 首尾连接时使用；第二步，沿巷道的横断面方向垂直向下开挖预埋件安装沟，预埋件安装沟的起始端在 巷道一侧的煤体的下方，预埋件安装沟的末端与巷道另一侧的底脚边缘平齐；上述预埋件安装沟的起始端伸入煤体内的长度等于上述预埋件安装沟的末端位置处 待砌筑的墙体的宽度；上述预埋件安装沟的开挖断面整体呈T字形，包括上部与下部两部分，上部的深度和下 部的深度均为〇.3-0.5米;其中，预埋件安装沟的上部开挖断面宽、下部开挖断面窄；第三步，沿上述预埋件安装沟的上部的壁面，分别以向外侧倾斜30°?50°的角度钻注 浆孔，注浆孔的孔径大于注浆钢管外径，注浆孔的孔深为1-1.5m，注浆孔与上述预埋件安装 沟的下部贯通；当注浆孔向上方延长至巷道底板时，其孔外壁与待砌筑墙体面向巷道一侧的边缘保持 等于底脚加固钢管外径的间距；第四步，将底板反拱钢管平稳置于上述预埋件安装沟内，在底板反拱钢管的周边回填 部分开挖底板产生的浮矸，以使其临时固定，并将注浆钢管的下端锤击敲入注浆孔内，直至 注浆钢管的上端伸出至巷道底板上方的长度为0.2-0.3m;然后，使用铁丝或管箍将底板反拱钢管与注浆钢管牢固固定在一起；接着，现场配制混凝土，由施工人员手工操作向底板反拱钢管内注满混凝土浆料，并将 开挖底板产生的剩余的浮矸回填、夯实，完成底板反拱钢管和注浆钢管的预埋；第五步，在预留出的位置处完成长度为2m的墙体的砌筑；然后，沿巷道的走向，分别紧贴在巷道一侧的煤体的墙角和砌筑完成的墙体的墙角铺 设一根底脚加固钢管；并使用铁丝或管箍，将巷道两侧的底脚加固钢管与注浆钢管分别牢固固定在一起； 第六步，依次将混凝土喷射管通过第一法兰与巷道两侧的注浆钢管分别密封连接，启动混凝土输送栗，向注浆钢管内注射混凝土浆料，直至混凝土输送栗的出口压力达到5MPa时，停混凝土输送栗； 至此，完成一个防护单元的施工； 第七步，在已经完成的这个构筑单元的前方2m处，重复上述第二步至第六步，进行下一防护单元的施工； 待下一防护单元完成后，使用螺栓将该防护单元的底脚加固钢管与上一防护单元的底脚加固钢管固定连接。2.根据权利要求1所述的预防沿空留巷的巷道底鼓及墙体滑移的施工方法，其特征在于，所述底板反拱钢管、底脚加固钢管和注浆钢管的管径均为Φ159_，壁厚均为8mm以上的无缝钢管。3.根据权利要求1所述的预防沿空留巷的巷道底鼓及墙体滑移的方法，其特征在于，所述预埋件安装沟的上部开挖断面宽度为0.5?0.6cm、下部开挖断面宽度为0.2?0.4cm。
【文档编号】E21D11/10GK106014443SQ201610307987
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】蒋宇静, 栾恒杰, 王刚, 王冬, 贾传洋, 王长盛, 公彬, 刘建康
【申请人】山东科技大学