[发明专利]倾斜中厚煤层无人工巷旁充填及无煤柱沿空留巷方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采煤技术，尤其是一种在倾斜的中厚煤层中进行无人工充填及无煤柱的沿空留巷方法。

背景技术

在采煤过程中，需要在采煤工作面两侧掘巷道用于运输及通风。为了保证巷道围岩稳定，巷道掘进后一般都要进行支护。

沿空留巷是为了让掘进巷道在这一工段采煤完成后，在相邻工段的采煤工作中可以继续使用该巷道，为了让留巷稳定，在采煤过程中，传统的办法为留设煤柱，即每隔一段距离留下一部分煤矿不开采，让它形成煤柱支撑，保持留巷稳定。

将煤矿全部开采，不留设煤柱为无煤柱沿空留巷，其优势为：1.提高煤炭资源回收率，延长矿井服务年限。2.消除煤柱护巷时煤柱上、下方应力集中对开采的不利影响。

无煤柱沿空留巷需要更好地支护方式。支护方式主要分为三种类型：被动支护方式，主要为支架支护。主动支护方式，能改善巷道围岩力学性能，以锚杆支护为主，包括锚喷、锚网等。以锚杆和注浆加固为主的积极主动加固形式，如锚注支护等。

(1)、普通支架支护：巷道支护中普通支架支护常用金属支架等。金属支架一般用16～20号工字钢或矿用工字钢制作，成本较高。

(2)、锚杆支护是一种主动支护方式，能在保持较大支护阻力的基础上控制围岩发生较大变形。锚杆是一种杆状构件，安设在井巷工程的围岩中，形成承受荷载、阻止变形的围岩拱结构或其他复合结构的锚杆支护。

(3)、锚网梁索联合支护：利用锚固剂、托板及各种构件，与围岩共同组成支护体系，承受各种围岩应力和采动应力达到支护目的。具有成本低、操作方便、省时省力等特点，而且它的作用力不但作用于围岩表面，且能作用于围岩内部，每根锚杆都在其周围形成一锚固体，改变了锚固体内岩体的受力，提高了围岩自身的强度。在沿空留巷中采用锚网索支护，可克服金属支架被动支护的缺点，能够充分适应顶板的下沉运动，保持巷道顶板的稳定。

(4)、传统巷旁支护有木垛、密集支柱、矸石带、混凝土砌块等。

关于沿空留巷：

沿空留巷的下帮为未开采的煤体而上帮为采空区，巷道顶板的支撑条件发生了很大变化，因此沿空留巷的顶板往往以下帮煤壁为支点向采空区方向回转下沉。对于全部陷落法处理采空区的工作来说，沿空留巷上帮的下沉量往往与采高成正比。因此控制沿空留巷的顶板下沉量是一大技术难题，国内外解决这一难题的关键技术大致分为两类：第一类是采空区充填承载技术，将煤层采空后对采空区进行物体充填使其不垮落，其成本非常高。第二类是切顶卸载技术。

切顶卸载技术：将沿空留巷靠采空区一侧的顶板切落下来，消除采空区内的悬顶，将顶板断裂线推移到巷道外侧的采空区内，而巷内顶板一端以煤璧为支撑，而另一端则按岩层断裂角由下往上断裂跨落，形成组合式的“悬臂梁”结构，巷道就处于该结构的保护下，巷内支护的主要作用是维持直接顶的完整性，尽量减小直接顶之间和直接顶与老顶之间的离层。切顶卸载技术可分为两类：1、采用爆破手段主动切顶，沿走向将巷道采空区一侧的顶板切落。2、被动切顶，就是利用刚度高、承载力大的巷旁支护体对巷旁顶板提供一个较大的切顶阻力，使采空区侧的顶板产生拉剪式破坏并切落下来。

被动切顶的主要方法有：紧密支柱巷旁支撑和切顶技术，料石墙支撑和切顶技术，混凝土预制块巷旁砌碹墙支撑和切顶技术，膏体墙巷旁支护和切顶技术，高水速凝材料墙体巷旁支撑和切顶技术，切顶敦柱或切顶支架巷旁支撑和切顶技术等。

被动切顶效果不好，原因如下：一是切顶支护体的安放滞后工作面，这时直接顶乃至老顶已经离层和下沉，使巷道变形量增大。二是切顶支护体是被动受力。首先是直接顶的离层和下沉并将直接顶载荷作用在切顶支护体上，但初期仅直接顶的载荷还难于切落顶板，因此往往初期直接顶在采空区后方还悬露较长时间和范围。后期随着老顶的断裂和回转下沉并将载荷作用在直接顶上，随着顶板压力的增大，直接顶在采空区切落下来，这时老顶的第一断口并不在切顶支护体上方，而在下帮煤璧附近或在巷道控顶区上方，老顶以煤璧为支撑点向下回转，而巷旁切顶支护物类似于杠杆原理的一个支点，将受到很大压力作用，往往造成巷旁支护体的大变形和破坏，因此许多学者提出巷旁支护物应适应顶板下沉量，又有较大刚度和切顶阻力，实际上这样的支护体是很难寻找的，因此这类沿空留巷的效果很差，应该说这是一类比较失败的切顶技术。

沿空留巷国内外沿空留巷均有大量的研究，英国南威尔斯大学斯麦脱于1982年提出的岩梁倾斜理论。该理论认为巷旁支护对巷道老顶起控制作用，主张用控制巷道煤柱侧和巷旁支护侧的顶板下沉量，即控制顶板倾斜度的方法作为设计巷旁支护工作阻力和可缩量的依据。