空巷支护设备及综采工作面过空巷的施工方法

技术领域

本发明涉及采煤过程中空巷支护技术领域，尤其涉及一种空巷支护 设备及综采工作面过空巷的施工方法。

背景技术

空巷是小煤窑无序开采或由于综采工作面设计方案改变在回采区域 内留下的巷道。综采工作面在回采过程中，由于受开采和超前压力的影 响，空巷内的顶板容易下沉，当综采工作面与空巷贯通，容易发生大面 积的冒顶，压垮支架影响安全生产。若不开采空巷区域的煤层，又会造 成资源浪费。国内外传统的综采工作面过空巷方法有：跳采绕过空巷， 重新开切眼布置工作面；将空巷用煤块或膏体填充，采煤机切割充填体 过空巷。以上传统的过空巷的方法由于经济效益差或安全得不到保障， 都不能保证综采工作面快速通过大断面空巷。综采工作面过空巷一直是 煤矿开采没有解决好的技术难题，并且也没有专门针对空巷提供补强支 护设备来帮助综采工作面过空巷。

发明内容

本发明的发明目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种能够对空 巷提供强有力的支护，保证综采工作面能够顺利通过空巷的空巷支护设 备及综采工作面过空巷的施工方法。

本发明的技术方案提供一种空巷支护设备，包括金属网、钢带、防 护网、支护锚索、吊挂支护锚索、锚杆和垛式液压支架，所述钢带通过 多根所述吊挂支护锚索安装在空巷的顶板上，且位于所述钢带两端的所 述吊挂支护锚索与所述顶板之间具有一夹角α，所述金属网通过所述吊 挂支护锚索和所述支护锚索固定在所述顶板的下方，所述钢带位于所述 金属网的下方，所述顶板上位于所述空巷的中心线上安装有多根支护锚 索，所述垛式液压支架位于所述空巷内，所述垛式液压支架的顶梁抵顶 在所述顶板上，所述防护网通过所述锚杆安装在所述空巷的巷帮上。

进一步地，所述空巷内还具有液压支架，所述液压支架的抵顶在所 述顶板的下方。

进一步地，所述夹角α为75°。

进一步地，所述钢带为W形钢带或工字形钢带。

进一步地，所述防护网为塑料网，所述锚杆为玻璃锚杆，所述塑料 网通过多根所述玻璃锚杆固定在所述巷帮上。

进一步地，所述液压支架上安设有用于监测所述顶板的压力的压力 传感器。

本发明技术方案还提供一种综采工作面过空巷的施工方法，其包括 如下步骤：步骤1：对空巷进行补强支护，具体为，在所述空巷的顶板 上安装金属网，在所述金属网的下方安装钢带，并在所述顶板上位于所 述空巷的中心线上安装有多根支护锚索，通过吊挂支护锚索和所述支护 锚索将所述金属网安装在所述顶板的下方，通过所述吊挂支护锚索将所 述钢带安装在所述金属网的下方，并使位于所述钢带两端的所述吊挂支 护锚索与所述顶板之间呈一夹角α，在所述空巷内布置垛式液压支架， 并使得所述垛式液压支架的顶梁抵顶在所述顶板上，在所述空巷的两侧 的巷帮上安装防护网，通过锚杆将所述防护网支护在所述巷帮上；步骤 2：在综采工作面距离所述空巷200m时，开始观测所述综采工作面上的 液压支架上的压力传感器显示的矿压数据，并分析周期来压的步距、强 度和所述顶板的下沉量；当所述综采工作面在推进过程中遇到周期来压 时，则通过降低所述综采工作面的采高、调整所述综采工作面的推进速 度或调斜所述综采工作面来避开所述周期来压；步骤3：当所述综采工 作面推进距离所述空巷5m时，如果没有遇到所述周期来压，则快速推 进过所述空巷；如果遇到所述周期来压，则所述综采工作面停止推进， 进行让压；在让压结束后，则快速推进过所述空巷。

进一步地，在所述综采工作面快速推进时，将所述综采工作面调 斜。

进一步地，在所述综采工作面向所述空巷推进的过程中，如遇到所 述周期来压，在所述顶板的下沉量大时，所述综采工作面上的采煤机连 续不断割底操作。

采用上述技术方案，具有如下有益效果：

通过在空巷内设置空巷支护设备，提高了支护强度，减少因空巷支 护强度低造成的巷道冒顶事故。综采工作面能够过空巷提高了资源回收 率。综采工作面过空巷时通过调压、让压方法可确保综采工作面过空巷 期间避开顶板周期来压，降低发生冒顶事故的发生，并降低过空巷期间 的劳动强度和支护成本，缩短过空巷时间，提高安全保障系数。

附图说明

图1为空巷与综采工作面的示意图；

图2为本发明提供的空巷支护设备安装在空巷内的示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为空巷的巷帮上安装有保护网的示意图。

附图标记对照表：

1-综采工作面；    101-采空区；      102-回风顺槽；

103-运输顺槽；    104-主回撤通道；  105-辅回撤通道；

106-主运输大巷；  107-辅运输大巷；  108-回风大巷；

2-空巷；          21-顶板；         22-巷帮；

3-金属网；        4-钢带；          5-支护锚索；

6-吊挂支护锚索；  7-液压支架；      71-顶梁；

72-压力传感器；   8-垛式液压支架；  81-顶梁；

9-防护网；        10-锚杆。

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。

空巷为采煤过程中回采工作面中部留下的巷道。综采工作面为煤矿 井下装备综合机械化设备的回采工作面，采煤设备为采煤机，工作面运 输设备为可弯曲刮板输送机，工作面顶板支护采用液压支架，顺槽装备 带式输送机。

如图1所示，综采工作面1沿着箭头方向推进至空巷2处，以将空巷2 区域的煤层开采，最大限度的开采煤炭，避免资源浪费。箭头左侧或综 采工作面1推过后的地方为采空区101，采煤巷道上还布置有回风顺槽 102、运输顺槽103、主回撤通道104、辅回撤通道105、主运输大巷106、 辅运输大巷107、回风大巷108，以配合采煤或运输或回撤。

如图2-4所示，本发明提供的空巷支护设备，包括金属网3、钢带 4、防护网9、支护锚索5、吊挂支护锚索6、锚杆10和垛式液压支架8， 钢带4通过多根吊挂支护锚索6安装在空巷2的顶板21上，且位于钢带 4两端的吊挂支护锚索6与顶板21之间具有一夹角α，金属网3通过吊 挂支护锚索6和支护锚索5固定在顶板21的下方，钢带4位于金属网3 的下方，顶板21上位于空巷2的中心线上安装有多根支护锚索5，垛式 液压支架8位于空巷2内，垛式液压支架8的顶梁81抵顶在顶板21上， 防护网9通过锚杆10安装在空巷2的巷帮22上。

即，该空巷支护设备通过在顶板21的下方设置金属网3包住顶板 21，避免顶板冒顶时，带入空巷2内杂物。在金属网3的下方设置钢带 4，钢带4将金属网3支撑住，并提高顶板21的强度。钢带4通过多根 吊挂支护锚索6安装在顶板21上，并位于金属网3的下方，并且钢带4 两端的两根吊挂支护锚索6与顶板21之间具有一夹角α，利于将顶板21 和钢带4挂住，提高了两者之间的连接强度，增强了顶板21的稳定性。

在空巷2的中心线上打一排支护锚索5，支护锚索5连接在顶板21 上，用于提高对顶板21的支护强度。

通过支护锚索5和吊挂支护锚索6将金属网3安装在顶板21的下 方。该支护锚索5和吊挂支护锚索6可为同种锚索。

在巷帮22上通过锚杆10安装保护网9，防止片帮。

在空巷2内安装垛式液压支架8，其顶梁81抵顶在顶板21上，进一 步提高顶板21的支护强度。

综采工作面1如要过空巷2，需对空巷2进行补强支护，才能保证顶 板21不冒顶、塌陷。顶板21采取“全断面金属网3+钢带4+锚杆10+锚 索（支护锚索5和吊挂支护锚索6）”联合支护。四根吊挂支护锚索6 吊挂一根W型钢带4。位于钢带4端头的吊挂支护锚索6距巷帮22约 400mm，并与顶板21呈75°角。吊挂支护锚索6的间距1400mm。两排 钢带4的排距为875mm。另在空巷2或巷道的中心线打一排支护锚索5， 其间距约为2000mm。

为防止锚索上的托盘等铁器进入主运系统，在钢带4下面铺一层塑 料防护网，塑料防护网用铅丝捆绑在顶层的金属网3上。为了防止片 帮，在空巷2及联巷的两巷帮22上挂防护网9，通过锚杆10固定。

通过在空巷2内设置空巷支护设备，提高了支护强度，减少因空巷 支护强度低造成的巷道冒顶事故，并可以使得综采工作面1过空巷2， 尤其能够过宽超过5m的空巷。

较佳地，如图1所示，空巷2内还具有液压支架7，液压支架7的顶 梁71抵顶在顶板21的下方，以进一步提高对顶板21的支护。液压支架 7为综采工作面1上的设备，当综采工作面1进入空巷2内时，液压支架 7进入空巷2，并通过液压支架顶梁71抵顶在顶板21。

钢带4可为W形钢带或工字形钢带，以提高受力面积，不易折断， 增了强支撑强度。

防护网9可以为塑料网，锚杆10可以为玻璃锚杆，塑料网通过多根 玻璃锚杆固定在巷帮22上，每排三根，矩型布置，防止片帮。

如图1所示，液压支架7上安设有用于监测顶板21的压力的压力传 感器72。周期压力是指在开采过程中在空巷2的外侧爆破时对空巷2或 巷道的顶板21的压力，这种压力具有一定周期规律性，称之为周期压 力。通过设置压力传感器72可以监测综采工作面1上覆顶板21的压力， 通过该压力传感器72，可以观测周期压力，以决定是否推进综采工作面 1，提高了施工安全。

该空巷支护设备的理论支护强度为：P=（4～8）M×r

式中：M—采高，约为4m；r—直接顶岩层容重，在2.19～2.42T/m³间，取平均值2.31T/m³。

顶板21的实际支护强度：P=空巷的支护强度/空巷的空顶面积；

空巷的支护强度=空巷里支护的锚索总数×锚索的锚固合力+垛式液 压支架个数×每台跺式支架的工作阻力+液压支架个数×每台液压支架 支护力；空巷的空顶面积=空巷的长度×空巷的宽度。顶板21的实际支 护强度要达到理论支护强度的70%以上。

本发明还提供了一种综采工作面过空巷的施工方法，结合图1-4所 示，其包括如下步骤：

步骤1：对空巷2进行补强支护，具体为，在空巷2的顶板21上安 装金属网3，在金属网3的下方安装钢带4，并在顶板21上位于空巷2 的中心线上安装有多根支护锚索5，通过吊挂支护锚索6和支护锚索5 将金属网3安装在顶板21的下方，通过吊挂支护锚索6将钢带4安装在 金属网3的下方，并使位于钢带4两端的吊挂支护锚索6与顶板之间呈 一夹角α，在空巷2内布置垛式液压支架8，并使得垛式液压支架8的顶 梁81抵顶在顶板21上，在空巷2的两侧的巷帮22上安装防护网9，通 过锚杆10将防护网9支护在巷帮22上。

当综采工作面1进入空巷2处时，综采工作面1上的液压支架7进 入空巷2内，其液压支架顶梁71抵顶在顶板21上，提高支护强度。

步骤2：在综采工作面1距离所述空巷200m左右时，开始观测综采 工作面1上的液压支架7的压力传感器72显示的矿压数据，并分析周期 来压的步距、强度和所述顶板的下沉量。

当综采工作面1在推进过程中遇到周期来压时，则通过降低综采工 作面1的采高、调整综采工作面1的推进速度或调斜综采工作面1来避 开周期来压。调斜为：让综采工作面1的机头超前或滞后机尾一定距离， 让综采工作面1逐步揭露空巷2，避开周期来压。

步骤3：当综采工作面1推进距离空巷5m左右时，如果没有遇到周 期来压，则快速推进过空巷2；如果遇到周期来压，则综采工作面1停 止推进，进行让压；在让压结束后，则快速推进过空巷2。

当综采工作面1距离空巷5m左右时，如果没有周期来压，即可快速 的向空巷2快速推进。如果综采工作面1逐步开始来压，如果压力不剧 烈时，综采工作面1还可向前推进1m左右，当综采工作面1和空巷2 的两巷帮22开始出现炸帮、放煤炮声响剧烈时，综采工作面1开始停止 生产推进，让综采工作面1上面顶板21的压力充分进行释放让压。在 6-10个小时之后，待综采工作面1和空巷2的两巷帮22的炸帮、放煤炮 声响缓和时，综采工作面1让压结束，快速向前推进过空巷2。

步骤2中还包括：在综采工作面1距离空巷100m时，根据已掌握的 周期来压步距大小预测综采工作面1过空巷2期间的周期来压影响范 围，综采工作面1每推进10m预测一次。当综采工作面1距离空巷 15-20m时，综采工作面1及整个主运输系统要进行一次全面系统的检 修，为综采工作面1过空巷2做好充分准备，防至因为过空巷2期间设 备损坏影响推进速度，造成顶板21下沉或冒顶事故的发生。

较佳地，在综采工作面1快速推进时，将综采工作面1调斜。调斜 为让综采工作面1的机头超前或滞后机尾一定距离，让综采工作面1逐 步揭露空巷2。综采工作面1向空巷2快速推进时，可将综采工作面1 调斜，根据综采工作面1或空巷2的顶板21上压力情况和变化趋势，采 取连续地加刀或连续地甩刀推进综采工作面1的机头段或机尾段，让综 采工作面1逐步揭露空巷2，防止空巷2一下全部揭露空顶过大造成漏矸 冒顶事故。

较佳地，在综采工作面1向空巷2推进的过程中，如遇到周期来 压，在顶板21的下沉量大时，综采工作面2上的采煤机连续不断割底操 作。综采工作面1在向空巷2推进过程中，空巷2的顶板21会下沉，液 压支架7的立柱的有效行程将逐渐缩小，此时，综采工作面1上的采煤 机要连续不断的进行割底操作，以此来增加液压支架7的空间和行程， 以保证液压支架7不会被下沉的顶板21压死。割底操作为采煤机连续切 割液压支架7的下方的底板，以增加液压支架7所处的空间和行程。顶 板21的下沉量大时，是指顶板21下沉压缩液压支架7的立柱的有效行 程时。

当综采工作面1通过第一条空巷2以后，上覆岩层经过一次充分的 垮落，原有的周期来压规律会改变，再次对顶板21周期来压步距、强度 和范围进行统计分析，预测综采工作面1过第二条空巷2期间的周期来 压情况。当综采工作面1顺利通过第一条空巷2，立即调整其工作面， 对综采设备和主运输系统进行系统的检修，为第二条空巷做好充分的准 备工作。重复上述步骤，使综采工作面通过第二条空巷。

该综采工作面过空巷的施工方法，能够过空巷进行煤炭开采，提高 了资源回收率。综采工作面过空巷时通过调压、让压方法可确保综采工 作面过空巷期间避开顶板周期来压，降低发生冒顶事故的发生，并降低 过空巷期间的劳动强度和支护成本，缩短过空巷时间，提高安全保障系 数。

根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效 果。

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。