一种高水充填材料巷旁充填沿空留巷的方法

技术领域

本发明涉及一种高水充填材料巷旁充填沿空留巷的方法，属于工作面开采方法领域，尤其是关于一种无煤柱巷道的布置方法。

背景技术

传统综采工作面巷道布置方式为留区段煤柱，区段煤柱分宽煤柱和窄煤柱，都无法做到完全取消区段煤柱，留设护巷煤柱也造成了煤炭资源的严重浪费，此种巷道布置方式每个工作面都要重新掘进回采巷道，会造成矿井采掘接替紧张的局面。

沿空留巷可以实现一条巷道两次使用的目的，可以解决以上问题。而巷旁支护是保证沿空留巷成功的关键，传统的巷旁支护普遍存在增阻速度慢、支承能力小、压缩变形量大、密闭性能差、机械化程度低、劳动强度大以及力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应等缺点，不利于沿空留巷维护和防止采空区漏风、煤层自燃。高水充填材料因具有增阻速度快、支护阻力大、适量可缩，可机械化整体构筑巷旁支护体、采空区密闭性好、劳动强度小等优点，近年来被越来越多地应用于沿空留巷。

发明内容

本发明提供一种高水充填材料巷旁充填沿空留巷的方法，可以缓解采掘接替紧张的局面，提高了经济效益，同时优化了工作面通风的方式，延长了矿井服务的年限。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高水充填材料巷旁充填沿空留巷的方法，具体包括以下步骤：

第一步，综采的第一个工作面采用液压支架支护，对第一个工作面进行割煤、推刮板输送机后，在靠近留巷巷道的液压支架架前顶板铺设菱形金属网或者聚酯纤维网，推移第一工作面的液压支架；

第二步，采空区相对第二个工作面的一侧布设巷旁充填体，液压支架后方的充填区域且靠近采空区的一侧布设密集的单体液压支柱或两架挡矸支架，用于维护巷旁充填体靠采空区一侧的工作面煤层顶板；同时在布设巷旁充填体的充填区域打设若干单体液压支柱，此处若干的单体液压支柱为临时打设，以确保充填区域工作面煤层顶板的稳定；

第三步，在液压支架后方形成足够的充填距离后，清理充填区域，将充填区域的浮煤、虚渣清理后露出煤层底板岩石，沿着巷旁充填体长度方向的两个侧面打设两排单体液压支柱形成护模单体，且靠近第二个工作面的单体液压支柱的边缘至另一排单体液压支柱的内侧边缘之间的距离即为巷旁充填体的宽度；

第四步，在充填区域进行第一班次的立模工序形成充填体加强支护结构，具体的先挂设钢筋网，在整个钢筋网结构外部套设充填袋，充填袋的顶部挂设在工作面煤层顶板上，在充填袋上开设若干对拉锚杆孔，对拉锚杆穿过充填袋上预留的对拉锚杆孔，对拉锚杆伸出充填袋的两端分别通过尼龙扎带或者细铁丝将对拉锚杆孔孔口扎紧；沿着钢筋网的长度方向布设若干钢筋梯子梁，钢筋梯子梁将位于同一垂直线上的对拉锚杆连接形成整体；接着将位于充填区域端部的钢筋网固定，同时打设单体液压支柱进行加固；

第五步，完成一个班次的立模工序后，将浆液混合管插入充填袋内；

第六步，启动制浆设备的注浆泵，连续制浆，向充填袋内连续充填浆液，直至充填袋内充满浆液，浆液顶部与工作面煤层顶板接触；

第七步，每一个班次立模工序充填完成后，对制浆设备以及管路进行清洗；

第八步，6个小时后，拆除第三步中对应的完成立模工序的两排单体液压支柱，同时配合π型钢梁打设在留巷巷道段进行加强的单体液压支柱；

第九步，重复上述步骤，随着工作面的推进，开始下一个循环的充填，直至工作面回采完毕，留巷施工完成；

作为本发明的进一步优选，在第一步中，在靠近留巷巷道的3-4架液压支架架前顶板铺设菱形金属网或者聚酯纤维网；

作为本发明的进一步优选，第二步中，液压支架后方的充填区域且靠近采空区的一侧布设密集的单体液压支柱或若干挡矸支架，两者不同时使用，当煤层采高较低，工作面煤层顶板容易维护，且矿压显现不明显时，采用密集的单体液压支柱维护充填区域靠近采空区一侧的工作面煤层顶板；

当煤层采高较高，工作面煤层顶板较难维护，矿压显现剧烈时，采用挡矸支架维护充填区域靠近采空区一侧的工作面煤层顶板；

其中，若使用单体液压支柱，相邻单体液压支柱之间的距离为400mm；

若使用挡矸支架，则挡矸支架需要随着工作面端部的液压支架进行前移；

作为本发明的进一步优选，第三步中，沿着巷旁充填体长度方向的两个侧面打设两排单体液压支柱，此处相邻单体液压支柱之间的距离小于或者等于500mm；

作为本发明的进一步优选，第四步中，对拉锚杆穿过充填袋上预留的对拉锚杆孔，在对拉锚杆的两侧螺纹处安装托盘和螺母；

作为本发明的进一步优选，前述的制浆设备包括注浆泵以及四个搅拌桶，注浆泵通过吸浆管连接两个用于吸浆的搅拌桶，同时注浆泵连接两个用于制浆的搅拌桶，四个搅拌桶实现连续制浆、连续充填；注浆泵通过浆液输送管与混料器连通，混料器通过浆液混合管与充填袋连通，其中浆液输送管为双液输送，可以实现长距离输送浆液；还布设一个备用泵。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的方法少挖掘一条巷道，节省了工作面的准备时间，缓解了接替紧张的局面，减少掘进队伍的投入，做到了降低人工成本的效果；

2、本发明将工作面的通风方式做了优化，形成两进一回的Y型通风模式，解决了工作面隅角瓦斯积聚问题，大大提高了综采工作面的推进速度，同时此种Y型的通风模式，将回风顺槽由回风变成进风，改善了巷道的工作环境；

3、本发明将区段煤柱全部回收，大大提高了采区资源的回收率，延长了矿井服务的年限；

4、本发明提供的方法大量回收了区段煤柱资源，提高了矿井的经济效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有技术关于不进行沿空留巷的示例结构图；

图2是本发明提供的优选实施例中高水充填材料巷旁充填沿空留巷的方法的平面示意图；

图3是本发明提供的优选实施例的中高水充填材料巷旁充填沿空留巷的方法具体工艺及系统示意图；

图4是本发明提供的充填体加强支护结构示意图；

图5a-图5b是本发明提供的充填袋结构示意图，其中图5a为立体图，图5b为侧视图；

图6是本发明提供的制浆设备结构示意图。

图中：1为第一个工作面，2为第二个工作面，3为采空区，4为留巷巷道，5为巷旁充填体，6为菱形金属网或者聚酯纤维网，7为液压支架（位于第一个工作面的一侧与采空区的一侧之间），8为密集的单体液压支柱或两架挡矸支架，9为单体液压支柱（在布设巷旁充填体的充填区域打设），10为锚杆或锚索，11为护模单体，12为单体液压支柱（配合π型钢梁打设在留巷巷道段进行加强），13为钢筋网，14为对拉锚杆，15为钢筋梯子梁，16为用于吸浆的搅拌桶，17为用于制浆的搅拌桶，18为吸浆管，19为注浆泵，20为备用泵，21为浆液输送管，22为混料器，23为浆液混合管，24为充填袋。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在现有技术中，综采工作面巷道布置方式为留区段煤柱，图1所示是不进行沿空留巷的一个示意图，那么在下方的工作面就需要留区段煤柱重新进行顺槽，即重新挖掘工作面回采巷道，无论区段煤柱是宽区段煤柱还是窄区段煤柱，都不能实现无煤柱开采，那么某种程度上来说无法做到煤柱资源的全部回收，降低了采区资源的回收率；因此本申请旨在提供一种图3所示的高水充填材料巷旁充填沿空留巷的方法，可以做到高产高效的目的，具体包括以下步骤：

第一步，综采的第一个工作面1采用液压支架7支护，从图2和图3中可以看出，综采的第一个工作面以及采空区位于留巷巷道4的同侧，第一个工作面的一侧与采空区的一侧之间顺次架设若干液压支架，对第一个工作面进行割煤、推刮板输送机后，在靠近留巷巷道的3-4架液压支架架前顶板铺设菱形金属网或者聚酯纤维网6，推移第一工作面的液压支架。

第二步，采空区3相对第二个工作面2的一侧布设巷旁充填体5，液压支架后方的充填区域且靠近采空区的一侧布设密集的单体液压支柱或两架挡矸支架8，用于维护巷旁充填体靠采空区一侧的工作面煤层顶板；同时在布设巷旁充填体的充填区域打设若干单体液压支柱9，此处若干的单体液压支柱为临时打设，以确保充填区域工作面煤层顶板的稳定以及人员作业的安全；

这里需要阐述的是，单体液压支柱或挡矸支架两者不同时使用，当煤层采高较低，工作面煤层顶板容易维护，且矿压显现不明显时，采用密集的单体液压支柱维护充填区域靠近采空区一侧的工作面煤层顶板，相邻单体液压支柱之间的距离为400mm；

当煤层采高较高，工作面煤层顶板较难维护，矿压显现剧烈时，采用挡矸支架维护充填区域靠近采空区一侧的工作面煤层顶板，若使用挡矸支架，则挡矸支架需要随着工作面端部的液压支架进行前移。

另外，根据充填区域工作面煤层顶板岩性情况，决定是否需要进行顶板锚杆或锚索10支护，工作面煤层顶板条件不好、容易剧烈下沉甚至垮落时，在单体液压支柱支撑牢靠、确保人员作业安全的情况下打设锚杆或锚索进行顶板支护。

第三步，在液压支架后方形成足够的充填距离后，清理充填区域，将充填区域的浮煤、虚渣清理后露出煤层底板岩石，沿着巷旁充填体长度方向的两个侧面打设两排单体液压支柱形成护模单体11，且靠近第二个工作面的单体液压支柱的边缘至另一排单体液压支柱的内侧边缘之间的距离即为巷旁充填体的宽度，此处相邻单体液压支柱之间的距离小于或者等于500mm，确保了巷旁充填体在充填过程中成型效果较佳。

第四步，在充填区域进行第一班次的立模工序形成充填体加强支护结构（如图4所示），具体的先挂设钢筋网13，在整个钢筋网结构外部套设充填袋24（在充填袋顶部还开设一些灌注孔或者排气孔，直径为150mm，长度为600mm），图5a所示，充填袋的顶部挂设在工作面煤层顶板上，通过吊挂线吊设，在充填袋上开设若干对拉锚杆孔，对拉锚杆14穿过充填袋上预留的对拉锚杆孔，在对拉锚杆的两侧螺纹处安装托盘和螺母，图5b所示，对拉锚杆伸出充填袋的两端分别通过尼龙扎带或者细铁丝将对拉锚杆孔孔口扎紧，形成的扎紧处直径为60mm，长度为150mm；沿着钢筋网的长度方向布设若干钢筋梯子梁15，钢筋梯子梁将位于同一垂直线上的对拉锚杆连接形成整体；接着将位于充填区域端部的钢筋网固定，同时打设单体液压支柱进行加固。

第五步，完成一个班次的立模工序后，将浆液混合管23插入充填袋内。

第六步，启动制浆设备的注浆泵19，连续制浆，向充填袋内连续充填浆液，直至充填袋内充满浆液，浆液顶部与工作面煤层顶板接触；在实际操作时，采用充填的材料为依托中国矿业大学技术、江苏博厦矿山科技有限公司自主研发、生产的高水充填材料，其增阻速度快、支护阻力大、适量可缩。

第七步，每一个班次立模工序充填完成后，对制浆设备以及管路进行清洗。

第八步，6个小时后，拆除第三步中对应的完成立模工序的两排单体液压支柱，同时配合π型钢梁打设在留巷巷道段进行加强的单体液压支柱12。

第九步，重复上述步骤，随着工作面的推进，开始下一个循环的充填，直至工作面回采完毕，留巷施工完成。

图6所示，是本申请给出的制浆设备的优选实施例，包括注浆泵以及四个搅拌桶，注浆泵通过吸浆管18连接两个用于吸浆的搅拌桶16，同时注浆泵连接两个用于制浆的搅拌桶17，四个搅拌桶实现连续制浆、连续充填；注浆泵通过浆液输送管21与混料器22连通，混料器通过浆液混合管与充填袋连通，其中浆液输送管为双液输送，可以实现长距离输送浆液；还布设一个备用泵20。

通过上述采用沿空留巷无煤柱的开采技术，在工作面回采过程中，通过有效的巷旁支护以及巷内支护技术，将工作面的回采巷道保留下来，作为邻近工作面的一条回采巷道使用，获得了图2所示的留巷巷道示意图，实现一条巷道两次使用的目的，将每个工作面少挖掘了一条巷道，那么工作面的准备时间得到了较大的缩短，减免了工作面回采完后，相邻工作面无法及时准备造成的采掘接替紧张现象，同时矿上掘进队伍可以减少，使得矿井的产能得到提高。

从图2获取的留巷巷道示意图还可以发现，部分现有技术中，工作面采用的是图1所示的U型通风结构，其中一条顺槽进风、另一条顺槽回风，对于高瓦斯矿井工作面，工作面上隅角容易瓦斯积聚，影响工作面的推进速度，回风顺槽中粉尘比较大，工人劳动环境较差，对照图3的采用沿空留巷无煤柱开采技术，工作面两顺槽均为进风，留巷顺槽辅助进风，另一条顺槽主进风，工作面隅角为新鲜风，污风经已经留巷段巷道、相邻工作面切眼、顺槽回风，可以解决工作面隅角瓦斯积聚问题，大大提高综采工作面推进速度，同时回风顺槽由回风变进风改善了巷道工作环境。

当区段煤柱得到充分回收后，矿井的经济效益也得到了显著提高。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。