煤矿沿空留巷巷旁分段承载不等强支护原理及应用 【技术领域】
本申请涉及煤矿井下沿空留巷巷旁支护分段不等强支护原理及应用方法。背景技术 煤矿井下沿空留巷 ( 如图 1 所示 ) 是指采煤工作面的运输巷完整保留下来， 留给 下一个采煤工作面做回风巷。
沿空留巷属大变形围岩， 承受掘进和两次采动 ( 本工作面开采和下一个工作面开 采 ) 应力影响， 矿压显现剧烈， 是一项复杂的系统工程。留巷不成功、 难以广泛推广应用的 主要原因 ： 一是因缺乏理论上的正确指导， 在沿空留巷支护设计时， 认为安全系数越高越 好， 造成不必要的经济损失 ； 二是在沿空留巷设计时， 常因巷内支护和巷旁支护参数选择不 合理而导致留巷失败， 影响正常生产和煤矿安全， 并造成重大的经济损失 ； 三是施工材料、 工艺、 设备落后， 效率低， 劳动强度大。因此， 深入研究沿空留巷围岩控制机理， 掌握沿空留 巷所处的应力环境及其矿压显现规律， 构建深部矿井沿空留巷受力模型， 采用先进技术和 材料， 形成一套行之有效的沿空留巷支护对策， 是沿空留巷工程能够成功的必由之路。 针对 上述分析， 应研究适于沿空留巷巷旁支护机理及应用方法。
发明内容
本申请的目的是发明一种适于煤矿沿空留巷分段承载巷旁支护机理及应用方法。 本申请的技术方案是 ： 工作面开始开采后， 运输巷采用沿空留巷， 完整保留下来做为下一工 作面的回风巷。根据岩层运动特点， 提出分段承载原理， 进行巷旁不等强支护。分段承载原 理是指长壁采场工作面岩层运动结构的形成及其运动是分阶段由两次采动影响完成的， 巷 旁不等强支护是指巷旁支护材料的承载变形是根据岩层分段运动烈度， 为适应不同阶段的 运动特点进行不同强度的支护， 即不同的岩层运动阶段， 巷旁支护材料具有不同的力学性 能、 承载变形参数与之对应。运输巷巷旁支护分为上下两层充填材料组合支护。在选择材 料性能和工艺时， 技术上需要满足 “支得住、 护得住、 封得住” 的要求， 材料性能具有 “刚、 柔、 膨” 的特点与之相对应。对顶板采用 “给定变形” 工作方案， 即支护体只承担直接顶下沉的 作用力， 这里的直接顶指在煤层上面、 有一定强度、 并会随回柱放顶而冒落的岩层。上层材 料采用强度较低、 变形量大的充填材料 ( 变形率 10 ～ 50％ )， 可以实现对顶板的早期让压， 同时能有效 保证及时密封采空区 ； 下层材料采用强度较高的充填材料， 可以保证顶板动压 之后承担直接顶的荷载作用力， 而不破坏。 当上层充填材料变形 50％以上时， 下层充填材料 却没有受力， 上部来力全部被上层充填材料的大变形松弛， 而不被传递到下层的充填材料， 从而实现整个充填组合体即有较大的变形量又有较高的承载强度， 达到支护和密封双重效 果。
本发明的煤矿沿空留巷巷旁分段承载不等强支护原理及应用方法， 适用于煤矿井 下沿空留巷巷旁支护。
本发明的煤矿沿空留巷巷旁分段承载不等强支护方法施工步骤如下 ：1、 在留巷巷道 (3) 的老顶 (1) 和直接顶 (2) 打设预应力锚索 (12)， 以调动深部稳 定岩层承载能力， 锚索 (12) 位置在距离上帮 (4)0.5m， 排距 2m。打设角度垂直老顶 (1) 和 直接顶 (2)， 向下偏 5°， 预应力锚索 (12) 的承载能力和长度由顶板岩性决定。
2、 在距上帮 (4)0.5m、 1.0m 各打两颗单体液压支柱 (5) 配铰接顶梁 (6) 支护， 单体 液压支柱 (5) 与底板 (7) 接触牢固。单体液压支柱 (5) 有足够的初撑力， 工作阻力不低于 250KN， 单体液压支柱 (5) 活柱有 400mm 以上可缩量， 以便有效地控制顶板的下沉量， 单体液 压支柱 (5) 的保留时间一般以 28d 为宜。具体时间需要经过观测后， 确定待顶板稳定后向 前翻打。
3、 在距上帮 (4)1.7m 补打顶板锚杆 (11)， ， 防止充填侧顶板冒落， 之后回撤单体液 压支柱 (5) 和铰接顶梁 (6) ；
4、 根据岩层 ( 老顶 (1) 和直接顶 (2)) 运动规律预计， 预计第一次采动老顶 (10) 接触矸石 (8) 的下沉量和第二次采动老顶 (9) 接触矸石 (8) 的下沉量， 确定巷旁支护的上 层支护 (13) 的厚度、 强度和下层支护 (14) 的厚度、 强度 ；
5、 上层充填体 (13) 和下层充填体 (14) 的宽度一般为与所采煤层厚度相等， 具体 宽度根据切顶阻力计算决定 ； 6、 布置下层充填袋 (17)， 确保下层充填袋 (17) 铺设到位， 保证下层材料 (14) 充填 时下层充填袋 (17) 能充满所要充填的空间体而不被材料 (14) 压住， 确保下层充填袋 (17) 的顶角能被下层材料 (14) 充填 ；
7、 布置上层充填袋 (16)， 确保上层充填袋 (16) 铺设到位， 保证上层材料 (13) 充 填时上层充填袋 (16) 能充满所要充填的空间体而不被上层材料 (13) 压住， 确保上层充填 袋 (16) 的顶角能被上层材料 (13) 充填起来接触顶板 (2) ；
8、 为了把上层充填袋 (16) 和下层充填袋 (17) 之间要紧密连在一起， 保证上层充 填袋 (16) 和下层充填袋 (17) 充满下层材料 (14) 和上层材料 (13) 后之间无空隙、 压实紧 密， 用长塑编网 (15) 将上下两层充填材料包围， 增强充填体的稳定型和整体强度 ；
9、 充填操作 ： 采用充填泵， 并严格按照操作说明保证注浆效果。
附图说明 图 1 为煤矿井下沿空留巷示意图 ； 图 2、 图 3 是本申请的施工顺序第一步和第二步 示意图 ；
图例说明 ： 1- 老顶， 2- 直接顶， 3- 巷道， 4- 上帮， 5- 单体液压支柱， 6- 铰接顶梁， 7- 底板， 8- 矸石， 9- 第二次采动老顶， 10- 第一次采动老顶， 11- 锚杆， 12- 预应力锚索， 13- 上层充填材料， 14- 下层充填材料， 15- 长塑编网， 16- 上层充填袋， 17- 下层充填袋。
具体实施方式
1、 在留巷巷道 (3) 的老顶 (1) 和直接顶 (2) 打设预应力锚索 (12)， 以调动深部稳 定岩层承载能力， 锚索 (12) 位置在距离上帮 (4)0.5m， 排距 2m。打设角度垂直老顶 (1) 和 直接顶 (2)， 向下偏 5°， 预应力锚索 (12) 的承载能力和长度由顶板岩性决定。
2、 在距上帮 (4)0.5m、 1.0m 各打两颗单体液压支柱 (5) 配铰接顶梁 (6) 支护， 单体 液压支柱 (5) 与底板 (7) 接触牢固。单体液压支柱 (5) 有足够的初撑力， 工作阻力不低于250KN， 单体液压支柱 (5) 活柱有 400mm 以上可缩量， 以便有效地控制顶板的下沉量， 单体液 压支柱 (5) 的保留时间一般以 28d 为宜。具体时间需要经过观测后， 确定待顶板稳定后向 前翻打。
3、 在距上帮 (4)1.7m 补打顶板锚杆 (11)， ， 防止充填侧顶板冒落， 之后回撤单体液 压支柱 (5) 和铰接顶梁 (6) ；
4、 根据岩层 ( 老顶 (1) 和直接顶 (2)) 运动规律预计， 预计第一次采动老顶 (10) 接触矸石 (8) 的下沉量和第二次采动老顶 (9) 接触矸石 (8) 的下沉量， 确定巷旁支护的上 层支护 (13) 的厚度、 强度和下层支护 (14) 的厚度、 强度 ；
5、 上层充填体 (13) 和下层充填体 (14) 的宽度一般为与所采煤层厚度相等，具体 宽度根据切顶阻力计算决定 ；
6、 布置下层充填袋 (17)， 确保下层充填袋 (17) 铺设到位， 保证下层材料 (14) 充填 时下层充填袋 (17) 能充满所要充填的空间体而不被材料 (14) 压住， 确保下层充填袋 (17) 的顶角能被下层材料 (14) 充填 ；
7、 布置上层充填袋 (16)， 确保上层充填袋 (16) 铺设到位， 保证上层材料 (13) 充填 时上层充填袋 (16) 能充满所要充填的空间体而不被上层材料 (13) 压住， 确保上层充填袋 (16) 的顶角能被上层材料 (13) 充填起来接触顶板 (2) ；
8、 为了把上层充填袋 (16) 和下层充填袋 (17) 之间要紧密连在一起， 保证上层充 填袋 (16) 和下层充填袋 (17) 充满下层材料 (14) 和上层材料 (13) 后之间无空隙、 压实紧 密， 用长塑编网 (15) 将上下两层充填材料包围， 增强充填体的稳定型和整体强度 ；
9、 充填操作 ： 采用充填泵， 并严格按照操作说明保证注浆效果。