薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护方法

摘要

本发明公开了一种薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护方法，包括以下步骤：初次支护：所述初次支护包括第一分支护和第二分支护；所述第一分支护为当所述切眼初次长巷后，利用锚杆和金属网对巷道进行支护；所述第二分支护为当所述切眼二次扩帮后，利用锚杆和塑料网对巷道进行支护；一次释压：所述初次支护完成后，与二次支护之间间隔第一设定时间，用于释放围岩应力；二次支护：所述切眼完全成型后，所述二次支护利用锚索和高分子材料进行支护。本发明由于在切眼巷道的掘进过程中进行初次支护，一次释压后，在切眼巷道完全成型后进行二次支护，分阶段进行主动支护，维持开切眼围岩的整体性，有效地防止冒顶和片帮事故的发生。

说明书

技术领域

本发明涉及矿井开采领域，尤其涉及一种薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护方法。

背景技术

神东矿区地跨晋陕蒙三省区域，由于开采区域广，不同煤层的赋存条件、围岩特征存在显著差异，矿区多个矿井的生产与接续工作面及回采巷道处于薄基岩区域，基岩厚度5～20m不等，特别是工作面开切眼的突出特点是断面大、基岩薄，存在巷道冒顶、甚至溃水溃砂的安全隐患。大采高综采工作面超大开切眼的断面尺寸更要满足安装液压支架、采煤机、刮板输送机等大型设备的要求，同时保证顶板稳定及两帮支护的安全可靠。

由于工作面上覆基岩厚度大，开切眼断面大，开切眼顶板及两帮压力大，容易发生冒顶和片帮事故。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够防止冒顶和片帮事故的薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护方法。

本发明的技术方案提供一种薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护方法，包括以下步骤：

初次支护：所述初次支护包括第一分支护和第二分支护；

所述第一分支护为当所述切眼初次长巷后，利用锚杆和金属网对巷道进行支护；

所述第二分支护为当所述切眼二次扩帮后，利用锚杆和塑料网对巷道进行支护；

一次释压：所述初次支护完成后，与二次支护之间间隔第一设定时间，用于释放围岩应力；

二次支护：所述切眼完全成型后，所述二次支护利用锚索和高分子材料进行支护。

进一步地，所述第一分支护进一步包括以下步骤：

对巷道的顶板采用Φ22mm×2200mm螺纹钢锚杆和金属网支护，所述螺纹钢锚杆的间排距为1m，一排六根布置，所述金属网为80mm×80mm的8#铅丝网；

对巷道的副帮采用Φ18mm×1800mm圆钢锚杆和所述金属网支护，所述圆钢锚杆的间排距为1m，一排四根布置，所述金属网为80mm×80mm的8#铅丝网；

对巷道的扩巷帮采用Φ22mm×2200mm玻璃钢锚杆支护，所述玻璃钢锚杆的间排距为1m×1m，一排三根布置。

进一步地，所述第二分支护进一步包括以下步骤：

对巷道的正帮采用Φ22mm×2200mm玻璃钢锚杆和所述塑料网支护，所述玻璃钢锚杆的间排距为1m×1m，一排四根布置，所述塑料网的网格为45mm×45mm。

进一步地，所述第一设定时间大于24小时。

进一步地，所述二次支护采用Φ22mm×8000mm锚索支护，所述切眼与联巷贯通处的顶板、正帮和副帮进行高分子材料加固。

进一步地，还包括以下步骤：

底鼓治理：所述底鼓治理包括巷道控水、二次释压和铺设底板。

进一步地，所述巷道控水为在顶板、正帮和副帮的出水处设置出水回收装置。

进一步地，所述二次释压为在所述二次支护完成后，将巷道放置第二设定时间，释放压力。

进一步地，所述铺设底板为在所述二次释压后，对所述切眼的全断面铺设混凝土底板，所述混凝土底板采用C30混凝土，厚度为300mm。

进一步地，还包括以下步骤：

所述底鼓治理后，疏放上覆采空区积水。

采用上述技术方案后，具有如下有益效果：

本发明由于在切眼巷道的掘进过程中进行初次支护，一次释压后，在切眼巷道完全成型后进行二次支护，分阶段进行主动支护，维持开切眼围岩的整体性，有效地防止冒顶和片帮事故的发生。

附图说明

参见附图，本发明的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是本发明一实施例中薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的平面图；

图2是本发明一实施例中薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的初次成巷的掘进示意图；

图3是本发明一实施例中薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的二次扩帮的掘进示意图；

图4是本发明一实施例中薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护方法的流程图；

图5是本发明一实施例中薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护完后的纵向断面图；

图6是本发明一实施例中薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护完后的顶板支护平面图；

图7是本发明一实施例中薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼中木点柱架设位置图。

附图标记对照表：

100-切眼200-连续采煤机

1-第一煤体2-第二煤体 3-第三煤体

4-副帮5-正帮 6-扩巷帮

7-木点柱

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或视为对发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

如图1所示，本实施例中，工作面煤层设计开采厚度为6.80m，工作面开切眼沿煤层掘进，设计尺寸净宽9.80m、净高5.10m，净断面达49.98m²。由于切眼100的断面尺寸超大，连续采煤机无法一次掘进成巷，若要达到切眼100设计的高度和宽度尺寸要求，掘进高度和宽度必须分别进行两次掘进工作。

参见图2-3所示，为本发明一实施例中薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的掘进示意图。

薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的掘进时，将切眼100从副帮4向正帮5依次分为第一煤体1、第二煤体2和第三煤体3，第一煤体1、第二煤体2和第三煤体3的底部与切眼的底板齐平，并且高度为4.6m；

由于切眼沿底板掘进，因此第一煤体1、第二煤体2和第三煤体3的底部与切眼的底板齐平。

可选地，第一煤体1、第二煤体2和第三煤体3的高度可以为4-4.6m。

其中，图2-3为图1中切眼的横截面图，图2-3的上下方向为切眼的长度方向，左右方向为切眼的宽度方向，垂直于纸面的方向为高度方向。

掘进具体包括以下步骤：

初次成巷：初次成巷包括切槽和采垛；

步骤S01：切槽为截割第二煤体2，第二煤体2的宽度为3.3m，长度为6m；

如图2所示，连续采煤机200首先截割第二煤体2，第二煤体2的左侧距离副帮4的距离为3.2m，第二煤体2的右侧距离正帮5的距离为3.3m。由于连续采煤机200的依次截割的最大宽度为3.3m，因此第二煤体2的设计宽度也为3.3m。

由于连续采煤机200的驾驶室位于右后侧，如果从贴紧正帮5的一侧(即第三煤体3)开始截割，驾驶室的视野被正帮5阻挡，无法观察截割的情况。因此连续采煤机200需要距离正帮5一定距离的地方开始切槽。

连续采煤机200的截割是分段的，切槽的一次长度为6m,切眼的总长度可能为300m。

可选地，第二煤体2的长度可以为6-10m。

步骤S02：采垛为截割第三煤体3，第三煤体3的宽度为3.3m,第三煤体3的长度为6m；

一次切槽后，对第三煤体3进行截割，第三煤体3即为正帮5一侧的3.3m宽的煤体。

可选地，第三煤体3的长度可以为6-10m。

可选地，第三煤体3的宽度≤3.3m。

步骤S03：循环步骤S01和S02，直到切眼的长度方向全部完成初次长巷；

具体为，一次切槽后，进行一次采垛，然后再向前进行下一次的切槽和采垛。

二次扩帮：

步骤S04：初次成巷的长度大于30m时，截割第一煤体1，第一煤体1的宽度为3.2m，第一煤体1的长度为10m；

如图3所示，第一煤体1为副帮4一侧的宽度为3.2m的煤体，由于本实施例中，切眼的宽度为9.8m，因此最后第一煤体1的剩余宽度就为3.2m。如果第三煤体3的宽度为3.2m，第一煤体1的宽度则为3.3m。

截割第一煤体1是在初次长巷的长度达到了30m后开始的，即当初次长巷的长度掘进了30m后,开始二次扩帮。此时，初次长巷与二次扩帮可以同时进行。

步骤S05：循环步骤S04，直到切眼的长度方向全部完成二次扩帮；

本实施例中，二次扩帮的一次截割长度为10m，完成一次二次扩帮后，再进行下一个10m的二次扩帮，直到300m的切眼全部完成二次扩帮。

可选地，第一煤体1的宽度≤3.3m。

拉底：

步骤S06：将切眼的顶板的剩余煤体从左向右，或从右向左循环截割。

由于本实施例中切眼的高度为5.1m，初次长巷和二次扩帮的高度为4.6m，剩余的0.5m高度的煤体，将该剩余煤体沿图2-3的左右方向，可以从副帮到正帮，或从正帮到副帮连续来回截割，完成剩余煤体的截割，直到整个切眼掘进完成。

本实施例中，利用连续采煤机200掘进，巷道高度、巷道宽度均分为两次成巷，巷道宽度方面一次成巷宽度为6.6m(巷高4.6m)，二次扩帮3.2m(巷高4.6m)；巷道高度方面一次成巷4.3m，随后拉底0.5m，保证工作面开切眼符合工作面安装要求。

较佳地，初次成巷使用双激光纠偏。

较佳地，二次扩帮使用帮激光指向仪来纠偏。

为保证巷道成型，初次成巷需要使用双激光纠偏，二次扩帮时需要使用帮激光指向仪纠偏，严格控制掘进工程质量。

如图4所示，本实施例中，薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护方法，包括以下步骤：

初次支护：所述初次支护包括第一分支护和第二分支护；

由于掘进工艺及地质条件的特点，切眼掘进过程中的初次成巷和二次扩帮的间隔时间较短，一般不超过48小时，在这个过程中进行简单的锚杆、金属网、塑料网联合支护，对巷道进行初次支护。

步骤S401：所述第一分支护为当所述切眼初次长巷后，利用锚杆和金属网对巷道进行支护；

具体为，所述第一分支护进一步包括以下步骤：

对巷道的顶板采用Φ22mm×2200mm螺纹钢锚杆和金属网支护，所述螺纹钢锚杆的间排距为1m，一排六根布置，所述金属网为80mm×80mm的8#铅丝网；

对巷道的副帮4采用Φ18mm×1800mm圆钢锚杆和所述金属网支护，所述圆钢锚杆的间排距为1m，一排四根布置，所述金属网为80mm×80mm的8#铅丝网；

对巷道的扩巷帮6(参见图3)采用Φ22mm×2200mm玻璃钢锚杆支护，所述玻璃钢锚杆的间排距为1m×1m，一排三根布置。

步骤S402：所述第二分支护为当所述切眼二次扩帮后，利用锚杆和塑料网对巷道进行支护；

具体为，所述第二分支护进一步包括以下步骤：

对巷道的正帮采用Φ22mm×2200mm玻璃钢锚杆和所述塑料网支护，所述玻璃钢锚杆的间排距为1m×1m，一排四根布置，所述塑料网的网格为45mm×45mm。

步骤S403：一次释压：所述初次支护完成后，与二次支护之间间隔第一设定时间，用于释放围岩应力；

具体为，所述第一设定时间大于24小时。

步骤S404：二次支护：所述切眼完全成型后，所述二次支护利用锚索和高分子材料进行支护。

具体为，所述二次支护采用Φ22mm×8000mm锚索支护，所述切眼与联巷贯通处的顶板、正帮和副帮进行高分子材料加固。

在巷道掘进完毕(即切眼完全成型后)、以及初次支护完成后，即进行高应力锚索二次支护，二次支护的时间一般滞后初次支护24小时，给予一定时间的围岩应力释放，考虑围岩的特性及断面尺寸，一般的锚索满足不了支护要求，因此选择Φ22mm×8000mm锚索支护。靠采空区一侧由于受采动影响压力较大，提前对开切眼贯通处的顶板、帮部进行高分子材料加固。

如图5-6所示，为薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护完后的纵向断面图和顶板平面图。

较佳地，薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护方法，还包括以下步骤：

底鼓治理：所述底鼓治理包括巷道控水、二次释压和铺设底板。

巷道开挖后，原岩应力平衡状态被破坏，应力重新分布，两帮形成应力集中区，顶底板形成应力释放区，而底板应力释放主要是由于巷道底板变形破坏所致。底板变形的主要原因是底板下粘土岩的分布，粘土岩的主要成分是铝土页岩，质软，遇水泥化；次要原因是巷道大断面应力重新分布的原因，开挖后巷道的顶、帮均有约束，而底板没有约束，更易产生底鼓，因此需要对底鼓进行治理。

具体为，所述巷道控水为在顶板、正帮和副帮的出水处设置出水回收装置。

在巷道掘进过程中，顶板、两帮均有出水现象，顶板水会弱化煤岩体的粘聚力和内摩擦角，降低围岩的自承能力，同时出水作用到底板上会造成底板泥化，进而加剧底鼓现象，为此采取控水措施，对所有出水处设置出水回收装置，使其不能直接淋到底板上。

进一步地，所述二次释压为在所述二次支护完成后，将巷道放置第二设定时间，释放压力。

在巷道掘进、支护完毕后，将巷道放置一段时间，使其充分释放压力。

进一步地，所述铺设底板为在所述二次释压后，对所述切眼的全断面铺设混凝土底板，所述混凝土底板采用C30混凝土，厚度为300mm。

较佳地，薄基岩大采高综采工作面超大断面切眼的支护方法，还包括以下步骤：

所述底鼓治理后，疏放上覆采空区积水。

具体为，在混凝土底板完成后，对上覆采空区积水进行疏放。探放水钻孔在水平面上与巷道轴线夹角为30°，在垂直面上与水平面夹角60°，钻孔长度60～70m，主要分布在各调车硐内及切眼中线上。当钻孔水流量大于10m³/h时，在其附近顶板布置补充放水孔。

较佳地，为防止切眼顶板下沉，切眼施工完成后根据工作面支架安装要求在切眼内设置木点柱7。

具体为，如图7所示，木点柱7设置切眼与联巷300和硐室400的交叉处。另外，木点柱7还设置在切眼100中断面较大的位置。

本实施例中，由于工作面开切眼存在断面大、应力高、上覆采空区积水多、底板软岩分布等诸多特点，采取分步联合支护和顶板分步控水相协调的综合围岩控制技术。该方法针对不同的顶板控制时期、不同的覆水状态、不同的软岩释放效果，分阶段进行主动支护，维持开切眼围岩的整体性。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。