松软高突煤层掘进预留煤体加固防突方法

摘要

本发明涉及一种松软高突煤层掘进预留煤体加固防突方法，将原来放气孔尾部预留一段，对该段煤层进行加固形成承压墙，是通过在预留段孔内放置一个加强连杆和一个螺纹套管，套管插入预留段内侧深处并通过锚固剂与煤层固定在一起，加强连杆的外端通过垫片和螺母固定，从而预留段的煤层内均布固定有多个这样的加强连杆后形成稳定的承重墙。本发明煤层加固方法，利用固定连杆和固定套管活动固定的方式对煤层进行加固，确保承压墙的坚固程度，有效杜绝因煤层内压力不明或煤质松软而造成的意外突出。本发明煤层加固方法，容易实现，使用效果好，非常利于在采矿领域推广实施。

说明书

一、技术领域：

本发明涉及煤矿中加固技术，特别是涉及一种松软高突煤层掘进预留煤体加固防突方法。 

二、背景技术：

成煤过程中形成了大量的瓦斯气体(主要成份是甲烷)与煤伴生，由于受上部岩体压力及周边约束，这些气体以较大的密度甚至以固态存在。一旦受到采动影响，这些气体会迅速释放，形成瓦斯气体涌出。所以加强采场通风就是带走这些气体(有的又称为煤层气)，让在井下工作的人员获得正常空气。当采掘过程中因为工作场所压力变化及技术措施与管理措施处置不当时，就可能形成煤与瓦斯突出，这时大量的瓦斯气体连带着破碎的煤炭一起往外冲出来，造成大量人员伤亡，造成设备设施的损坏。有时甚至出现爆炸。现在实际上很多情况下都能得到有效控制。但因管理水平及技术水平甚至责任心不够等造成事故的情况仍然在发生。 

目前在煤矿开采时，巷道挖掘和煤层开采都需要先打孔放气，常见的方式是将打孔放气和开采交替进行，即在每次开采之前需要沿开采方向打20米深的孔用于放气，每次开采时仅开采20米的前15米，剩余5米作为承压墙，在该5米承压墙的基础上沿原来的孔继续沿开采方向打20米的孔，再开采其中的15米，依次循环前进。上述开采方式能够有效防止煤与瓦斯突出的发生，其保障率可达99％。然而，由于煤层中的气体压力不定，5米作为承压墙不一定完全坚固不破，因压力过大或者煤层松软等原因即使采用上述安全开采措施也仍然有可能造成突出事故的发生。 

三、发明内容：

本发明是针对现有技术中存在的缺陷和不足，提供一种松软高突煤层掘进预留煤体加固防突方法。 

技术方案： 

第一种松软高突煤层掘进预留煤体加固防突方法，包括以下步骤： 

(1)首次开采时沿开采方向打L米深的放气孔；或者首次开采时沿开采面打N米深的放气孔，在开采时仅开采前N-L米的煤层，其中N＞L； 

(2)在L米深的放气孔内安装加固装置形成L米厚的承压墙，该加固装置包括一个两端都带有外螺纹的加强连杆和一个带内螺纹的套管，套管外侧面上分布有密封的锚固剂，将套管置于L米深的放气孔根部，旋转加强连杆进入套 管并使套管外侧壁与煤体摩擦导致锚固剂外流，或者先将加强连杆旋进套管并一同进入L米深的放气孔根部，通过旋转加强连杆时套管外侧壁与煤体摩擦导致锚固剂外流； 

(3)在加强连杆外端套上垫片并外螺纹上旋紧匹配的螺母； 

(4)再在开采面的其他部分沿开采方向打M米深的放气孔； 

(5)撤销步骤(2)中加固装置的加强连杆，再沿开采方向仅开采前M-L米的煤层； 

(6)依次重复以上步骤(2)～(5)。 

步骤(2)中的套管为至少带有一条断缝，并且加强连杆内端的外螺纹直径大于套管内螺纹直径，安装时需先将套管安装入L米深的放气孔根部后再将加强连杆强行旋进套管中。 

在步骤(3)中，同时采用煤壁连杆对各加强连杆的外端进行连接固定。 

套管端面上设有环形弹性挡片，该环形弹性挡片的外缘直径大于套管的外侧面直径，套管的螺纹入口为喇叭口状结构。 

所述套管为两半以上的弧形管通过接缝处胶粘组合而成。 

第二种松软高突煤层掘进预留煤体加固防突方法，包括以下步骤： 

(1)在开采面上沿与开采方向成夹角α的方向上打放气孔，该放气孔的根部位于煤层侧壁岩层中； 

(2)在放气孔内安装加固装置形成煤层与岩层固定为一体的承压墙，该加固装置包括一个两端都带有外螺纹的加强连杆和一个带内螺纹的套管，套管外侧面上分布有密封的锚固剂，将套管置于放气孔根部，旋转加强连杆进入套管并使套管外侧壁与煤体摩擦导致锚固剂外流，或者先将加强连杆旋进套管并一同进入放气孔根部，通过旋转加强连杆时套管外侧壁与煤体摩擦导致锚固剂外流； 

(3)在加强连杆外端套上垫片并外螺纹上旋紧匹配的螺母； 

(4)再在开采面上沿开采方向打M’米深的放气孔； 

(5)撤销步骤(2)中加固装置的加强连杆，再沿开采方向仅开采前M’-L’米的煤层； 

(6)依次重复以上步骤(1)～(3)； 

(7)再在开采面上沿开原来L’米深的放气孔继续沿开采方向打总长度为M’米深的放气孔； 

(8)依次重复(1)、(2)、(3)、(4)、(7)步骤。 

步骤(2)中的套管为至少带有一条断缝，并且加强连杆内端的外螺纹直径大于套管内螺纹直径，安装时需先将套管安装入放气孔根部后再将加强连杆强行旋进套管中。 

在步骤(3)中，同时采用煤壁连杆对各加强连杆的外端进行连接固定。 

套管端面上设有环形弹性挡片，该环形弹性挡片的外缘直径大于套管的外侧面直径，套管的螺纹入口为喇叭口状结构。 

所述套管为两半以上的弧形管通过接缝处胶粘组合而成。 

本发明的有益效果： 

1、本发明煤层加固方法，利用固定连杆和固定套管活动固定的方式对煤层进行加固，确保承压墙的坚固程度，有效杜绝因煤层内压力不明或煤质松软而造成的意外突出。 

2、本发明煤层加固方法，容易实现，使用效果好，非常利于在采矿领域推广实施。 

四、附图说明：

图1是本发明中加强连杆和套管的连接结构示意图； 

图2是图1的A-A剖面结构示意图； 

图3是图2的涨开结构示意图； 

图4和本发明煤层加固装置的安装状态示意图； 

图5是本发明的多个煤层加固装置同时安装固定的立体透视图之一； 

图6本发明的多个煤层加固装置同时安装固定的立体透视图之二； 

图7是采用“D”型调高垫片固定的结构示意图； 

图8是旋进配件的使用状态参考图。 

图9是加强连杆末端的棱柱配合结构； 

图10是本发明加固结构示意图之三。 

五、具体实施方式：

实施例一：一种松软高突煤层掘进预留煤体加固防突方法，包括以下步骤： 

(1)首次开采时沿开采方向打L米深的放气孔，该L米大约为5米，实际上首次打孔仅是用于以下步骤的固定，几乎不用放气处理；L米的取值范围可以是2米-6米之间的一个合适值。 

(2)在L米深的放气孔内安装加固装置形成L米厚的承压墙。该加固装置包括一个两端都带有外螺纹的加强连杆和一个带内螺纹的套管，套管外侧面上分布有密封的锚固剂，将套管置于L米深的放气孔根部，旋转加强连杆进入套管并使套管外侧壁与煤体摩擦导致锚固剂外流。 

(3)在加强连杆外端套上垫片并外螺纹上旋紧匹配的螺母。 

形成的承压墙可使未开采的煤层与外界有效隔离并加固，其目的是对承压墙后侧的煤层打孔时防止突出的发生。 

(4)再在开采面的其他部分沿开采方向打M米深的放气孔，由于承压墙的存在，继续打孔时即使遇到高压的瓦斯也很难突破坚固的承压墙。 

(5)撤销步骤(2)中加固装置的加强连杆，再沿开采方向仅开采前M-L米的煤层。 

(6)依次重复以上步骤(2)～(5)。 

本实施例中，在步骤(3)同时采用煤壁连杆对各加强连杆的外端进行连接固定，参见图6。 

用于本实施例的加固方法的加固装置，参见图1、图2、图3，图中，编号1为加强连杆，2为套管，3为螺纹孔，4为锚固剂腔，5为齿状凸棱，6为外套管，7为卡爪，8为开裂缝，9为连杆外螺纹段，10为螺母，11为垫片，12为煤层，13为煤壁连杆，14为“D”型垫片，15为放气孔，16为环形的弹性挡片，17为末端棱柱，18为选件配件，19为岩层。煤层加固装置包括一个两端都带有螺纹的加强连杆1，一个带有一条断缝的套管2，该套管中心沿轴线方向设有盲孔3(或者通孔)并设有螺纹，在套管2外侧圆周上和/或在套管内端面上分布有凹槽并密封有锚固剂4，所述加强连杆1的外端匹配有螺母10和垫片11。本实施例中采用的加固装置的加强连杆与套管内螺纹即匹配，可以在放气孔外侧将两者组装在一起，这种结构要求套管外侧壁封闭的锚固剂囊容易受摩擦而破裂，将连接在一起的加强连杆和套管一起深入放气孔伸出之后，通过旋转加强连杆时锚固剂囊破裂露出锚固剂，锚固剂固化后使套管与煤层紧密结合。 

在所述套管2的外端面上设有环形的弹性挡片16，该弹性挡片的外缘直径大于套管的外侧面直径，该弹性挡片的作用是使套管被密封于内侧。 

实施例二：内容与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同的是，将步骤(1)改为：首次开采时沿开采面打N米深的放气孔，在开采时仅开采前N-L米的煤层，其中N＞L。 

实施例三：参见图1-图5，内容与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同的是：实现该加固方法步骤(2)所使用的加固装置中，套管为至少带有一条断缝，并且所述加强连杆内端的外螺纹直径d₁大于套管中心盲孔(或通孔)的内螺纹直径d₂。安装时需先将套管安装入L米深的放气孔根部后再将加强连杆强行旋进套管中。实际上，套管的外径与煤孔(放气孔)的直径大致匹配(或者套管外径略小于煤孔直径)，套管能被容易地推进煤孔深处至洞底。套管2一般采用强度较高的工程塑料，而加强连杆则采用钢筋，当然也可以采用其他材质，例如具有较高强度的塑料杆等。非安装方便，在套管外端螺纹入口为喇叭口状结构，使加强连杆很容易插入套管内。 

位于套管外侧圆周上的凹槽均匀分布，并分段分布，在各相邻凹槽之间形成的齿状凸棱5。 

位于套管内端面上的凹槽内设有凸出的至少一个卡爪7。 

在套管外侧面上套装有一层外套膜6，锚固剂被密封于凹槽与外套膜之间的腔体内。 

实施例四：附图未画，内容与实施例三基本相同，相同之处不重述，不同 的是：所述套管为两半以上的弧形管通过接缝处胶粘组合而成。将加强连杆插入套管内时，因加强连杆的外径大于套管中心的盲孔或者通孔，造成套管的张烈，套管张烈并伴随转动，其外表面腔体内储存的锚固剂破裂外溢，从而套管与煤层坚固为一体。 

实施例五：参见图6，内容与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同的是：在加强连杆外端还固定有煤壁连杆。各煤壁连杆之间通过互相连接形成网状结构，进一步增加承压墙的坚固程度。 

实施例六：参见图8，内容与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同的是：套装在加强连杆外端的垫片为横截面为“D”型的调高垫片。 

实施例七：参见图9，内容与实施例三基本相同，相同之处不重述，不同的是：为了方便与加强连杆的旋紧，在该加强连杆的末端设有正多边形的棱柱或者条状固定块，例如正六边形或者正四边形或者长方体，该多边形棱柱或者固定块的外径均不大于加强杆外径以便于安装垫片和螺母。专用旋紧配件参见标号18，该配件上设有一个与多边形棱柱或者固定块的孔，以及手柄，使用方便。 

实施例八：附图未画，内容与实施例三基本相同，相同之处不重述，不同的是：在加强连杆旋进套管时一般需要使用专用的旋紧工具，该旋紧工具具有多种样式，其目的均是使加强连杆旋进套管即可，该旋进工具例如可以是一个粘合的螺帽，在螺母外侧套装带有把手的匹配套圈，通过旋转盖套圈使加强连杆强行进入套管内。 

实施例九：附图未画，内容与实施例三基本相同，相同之处不重述，不同的是：在加强连杆的内端上还设有一段直径小于套管螺孔的定位杆，以便于加强连杆的内端一直位于套管内便于之后旋进操作。 

根据以上各实施例，套管外侧壁内储存的锚固剂的方式还可以有其他形式，例如在套管外侧壁上均布有孔，各孔内缝装锚固剂。另外，锚固剂的缝装形式多样，不一定采取实施例一所述采用外套管的形式，可以在每个凹槽内分别安装有个带薄膜的锚固剂囊。套管外侧的凹槽分布形式多样，可以是连续凹槽或者断续凹槽以及锯齿状凹槽等形式。套管中心的通孔为盲孔时，也可以同时在其端面上安装锚固剂囊，也可以在端面上设置不同型号的卡爪，以便于用力是加强连杆旋进套管时提供防止套管旋转的阻力。 

实施例十：另一种松软高突煤层掘进预留煤体加固防突方法，包括以下步骤： 

(1)在开采面上沿与开采方向成夹角α的方向上打放气孔，该放气孔的根部位于煤层侧壁岩层中； 

(2)在放气孔内安装加固装置形成煤层与岩层固定为一体的承压墙，该加固装置包括一个两端都带有外螺纹的加强连杆和一个带内螺纹的套管，套管外 侧面上分布有密封的锚固剂，将套管置于放气孔根部，旋转加强连杆进入套管并使套管外侧壁与煤体摩擦导致锚固剂外流，或者先将加强连杆旋进套管并一同进入放气孔根部，通过旋转加强连杆时套管外侧壁与煤体摩擦导致锚固剂外流； 

(3)在加强连杆外端套上垫片并外螺纹上旋紧匹配的螺母； 

(4)再在开采面上沿开采方向打M’米深的放气孔； 

(5)撤销步骤(2)中加固装置的加强连杆，再沿开采方向仅开采前M’-L’米的煤层； 

(6)依次重复以上步骤(1)～(3)； 

(7)再在开采面上沿开原来L’米深的放气孔继续沿开采方向打总长度为M’米深的放气孔； 

(8)依次重复(1)、(2)、(3)、(4)、(7)步骤。 

实施例十一：内容与实施例十基本相同，相同之处不重述，不同的是：步骤(2)中的套管为至少带有一条断缝，并且加强连杆内端的外螺纹直径大于套管内螺纹直径，安装时需先将套管安装入放气孔根部后再将加强连杆强行旋进套管中。套管端面上设有环形弹性挡片，该环形弹性挡片的外缘直径大于套管的外侧面直径，套管的螺纹入口为喇叭口状结构。 

实施例十二：内容与实施例十基本相同，相同之处不重述，不同的是：在步骤(3)中，同时采用煤壁连杆对各加强连杆的外端进行连接固定。 

实施例十三：参见图7，内容与实施例十基本相同，相同之处不重述，不同的是：将实施例一和实施例十的方法组合使用。 

实施例十四：参见图10，内容与实施例十基本相同，相同之处不重述，不同的是：图10显示了在煤矿开采过程中常遇到的开采情况，20为巷道，通常情况需要对预才煤层先放气处理，但放气孔的深度越深将造成工作量的增大。现实情况是，因管理水平及技术水平甚至责任心不够导致两侧的放气孔深度不够，从而造成了开采煤层的中部形成空白带，在该空白带中存在的高压瓦斯可能造成严重的突出事故，本实用新型就可以针对该空白带进行边开采边放气处理。