[发明专利]一种煤层巷道过空区的支护方法

说明书

技术领域

本发明属于煤系地层矿井开拓或准备巷道二次支护的技术范畴，具体涉及一种煤层巷道过空区的二次支护方法。

背景技术

随着煤炭资源的开采，在掘进煤层巷道常会遇到空区，当采煤工艺为以掘代采时，在巷道断面的基础上形成空区，该空区断面积较小，为采空巷道；当采煤工艺为机械化或顶板条件较好时，形成空区，该空区断面积较大，为采空区。现有的煤层巷道过空区时的二次支护方法主要为充填、混凝土跺和木垛。

充填法按照充填材料性质、制备工艺和输送方式的不同，分为干式充填和胶结充填两种。干式充填多采用料石、煤矸石等固体材料，用人力、重力或机械设备运到待充空区，其缺点主要为充填体空隙大，不密实，沉降量大，聚合力小，充填效率低，劳动强度大。胶结充填多采用骨料、胶凝剂和水作为充填材料，按照一定比例配制成水泥浆体，沿钻孔向空区注浆，形成具有一定强度和整体自立性的充填体，其优点为充填体凝固后强度较大，料浆收缩性小，工艺简单，有利于控制空区巷道围岩的稳定性；由于水泥浆体具有流动性，会发生跑浆现象，可操控性不强。高水材料充填也是胶结充填的一种，多采用化学材料作为甲料，该材料具有膨胀性，其优点为能够主动接顶支护顶板，充填体凝结后强度高，充填性能好；但化学材料具有时效性，且充填成本高，在煤层巷道过空区时使用较少。充填方法多用于回采工作面顶板管理，为充填法管理顶板，与全部跨落法管理顶板相对应。对于掘进工作面，以水泥作为浆体的胶结充填法存在跑浆现象严重、可操控性不强等缺陷，以高水材料作为浆体的胶结充填法存在化学材料时效性、充填成本高，以及在煤层巷道不能使用等缺陷，使得胶结充填法在煤层巷道过空区时难以推广应用。

混凝土跺和木垛是一种类型，只是支护材料不同，接顶方式多为井字型。井字型混凝土垛采用背板接顶，垛间排距5~6m，垛间悬顶面积一般不大于30m²，混凝土背板规格1200×200×50mm，混凝土强度C30，背板加筋处理，加筋直径为10或12mm的圆钢，按此间排距对采空区全部进行支护处理。木垛接顶采用直径15~20mm原木，多为红松，长度4~5m，垛间排距4~5m。混凝土跺和木垛处理空区是一种传统过空区二次支护方法，应用广泛，但也存在着安全系数较低等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种能够有效控制巷道围岩稳定性的煤层巷道过空区的支护方法。

为达到上述目的，本发明采用如下解决方案：一种煤层巷道过空区的支护方法，其特征在于：包括以下步骤：

Ⅰ、在空区的煤层巷道两侧搭建二次支护构件，该二次支护构件包括钢筋混凝土边墙、钢筋混凝土柱墙、矿工钢顶梁、钢筋网、混凝土背板、混凝土喷层和缓冲层；

Ⅱ、在空区的煤层巷道两侧浇筑钢筋混凝土边墙，厚度不小于500mm，高度为煤层巷道设计高度，钢筋混凝土边墙与矿工钢顶梁整体浇筑，矿工钢顶梁上铺钢筋网、混凝土背板、混凝土喷层、缓冲层，混凝土背板加筋处理，密背，矿工钢顶梁下面用混凝土喷层对煤层巷道表面进行密闭；

Ш、在空区内砌筑钢筋混凝土柱墙，要求接实顶实底，第一排钢筋混凝土柱墙与钢筋混凝土边墙整体浇注，钢筋混凝土柱墙的长度和宽度不小于1m，间排距分别不小于长度、宽度的2倍距，按此间排距对空区全部砌筑钢筋混凝土柱墙进行支护处理。

本发明是在煤层巷道掘进过程中，在现有巷道过空区一次支护的基础上，采用钢筋混凝土边墙+钢筋混凝土柱墙+矿工钢顶梁组合作为二次支护，控制过空区时的煤层围岩稳定性，有效解决煤层巷道过空区时的二次支护问题。其原理为：1) 钢筋混凝土边墙+钢筋混凝土柱墙+矿工钢顶梁组合作为二次支护能够使巷道围岩的应力状态发生改变，呈三向应力状态，自承载能力增加，可达30MPa，以提供巷道围岩的稳定性；2) 按照一定间排距布置的钢筋混凝土柱墙所产生的顶板覆岩沉降量远小于充填法，钢筋混凝土柱墙起到局部二次支护，产生较高的局部应力梯度，钢筋混凝土边墙+钢筋混凝土柱墙+矿工钢顶梁组合可以起到总体支护构件的作用，形成“钢筋混凝土边墙+钢筋混凝土柱墙+矿工钢顶梁组合-上覆岩层-关键层”支撑体系，使得围岩稳定性得以控制。

本发明与现有煤层巷道过空区时的二次支护方法相比较，具有以下突出的实质性特点和显著的效果：