專利名稱：一種煤礦井下采空區(qū)頂板的支護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于采礦技術(shù)與環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種煤礦井下采空區(qū)頂板的支護(hù)方法。
背景技術(shù)：
目前煤礦采空區(qū)防止頂板(包括直接頂、老頂)垮落的采煤方法一般根據(jù)頂板性質(zhì)和厚度等條件基本有充填法、煤柱支撐法兩種采煤方法。充填法主要包括隨工作面的推進(jìn)一定距離后，采空區(qū)巖層由開切眼開始懸露時(shí)，把充填材料送到采空區(qū)，對采空區(qū)域進(jìn)行填充，以支撐頂板，使直接頂、老頂不完全跨落；現(xiàn)行充填法在一定程度上解決了減少采空區(qū)頂板的變形與破壞，但采空區(qū)充填存在的問題是充填同時(shí)可能發(fā)生頂板跨落，充填體與頂板接觸密實(shí)度控制困難，控制不當(dāng)頂板還是會破·壞與垮落，同時(shí)采煤與充填同時(shí)進(jìn)行，兩種工藝相互干擾，影響正常生產(chǎn)。煤柱支撐法主要包括，隨工作面的推進(jìn)一定距離后，采空區(qū)巖層由開切眼開始懸露，在采空區(qū)留下煤柱支撐頂板，使直接頂、老頂不跨落。但這種方法損失煤炭資源，減少了開采量，造成資源浪費(fèi)。同時(shí)影響正常生產(chǎn)。中國現(xiàn)行大多煤礦，為了降低成本，采用垮落法采煤方法，即煤礦開采后對形成的采空區(qū)不作任何處理，使采空區(qū)的直接頂板、老頂板自然垮落，形成頂板垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶和彎曲帶(或整體移動帶)，地表移動和變形。如果采用垮落法采煤方法開采地面建筑物下煤炭資源，其后果導(dǎo)致礦井上的地面下沉，地面建筑物破壞。為了不破壞地面建筑物，煤礦為建筑物留煤柱，不開采，但形成壓煤。目前建筑物、水體、鐵路下(簡稱“三下”)壓煤量大面廣，已成為嚴(yán)重制約礦井生產(chǎn)的技術(shù)難題。因此即要解決采空區(qū)頂板不垮落，地面不下沉，又能釋放“三下”大量的煤炭資源已成為煤炭行業(yè)一項(xiàng)十分緊迫的戰(zhàn)略任務(wù)。國內(nèi)煤炭礦壓理論主要研究采用垮落法采煤方法時(shí)頂板下沉、初次垮落、周期垮落活動和礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律，以解決采煤工作面頂板支護(hù)方法，對煤礦開采后對形成的采空區(qū)不作支護(hù)處理，采空區(qū)自然垮落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服采用垮落法采煤方法采空區(qū)頂板不支護(hù)的不足之處，提出一種煤礦井下采空區(qū)頂板的支護(hù)方法，本方法利用礦壓理論，對采空區(qū)頂板進(jìn)行支護(hù)，具有方法簡單、易操作、效果好的特點(diǎn)，尤其適用一次采高為全煤厚的煤礦井下采空區(qū)頂板支護(hù)。本發(fā)明提出的一種煤礦井下采空區(qū)頂板的支護(hù)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟I)利用礦壓理論計(jì)算或?qū)嵉乜睖y獲得煤礦井下工作面直接頂?shù)某醮慰迓洳骄?、老頂?shù)某醮螖嗔巡骄啵约爸苯禹?、老頂?shù)膸r性、厚度；2)隨采煤工作面推進(jìn)的同時(shí)，根據(jù)直接頂?shù)某醮慰迓洳骄嘤?jì)算結(jié)果，對采空區(qū)逐漸形成的過程中采用錨桿、錨梁和錨索對采空區(qū)直接頂板同步進(jìn)行支護(hù)；根據(jù)直接頂?shù)膸r性、厚度，確定構(gòu)成支護(hù)結(jié)構(gòu)的錨梁、錨索和錨桿的型號、長度，以及錨梁、錨索和錨桿之間的間排距；3)隨采煤工作面的繼續(xù)推進(jìn)，在采空區(qū)空頂距小于老頂?shù)某醮螖嗔巡骄喾秶鷥?nèi)，采用鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱，通過采空區(qū)直接頂板對老頂進(jìn)行支護(hù)；根據(jù)老頂?shù)膸r性及厚度，確定鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱的型號、長度及間排距；4)重復(fù)步驟2) -3)周而復(fù)始，直到工作面的推進(jìn)工作完成。本發(fā)明的特點(diǎn)和效果本發(fā)明提供一種全新的煤礦井下采空區(qū)頂板的支護(hù)方法，利用礦壓理論計(jì)算得到的直接頂?shù)某醮慰迓洳骄?、老頂?shù)某醮螖嗔巡骄?，在采煤不間斷的情況下，選擇時(shí)機(jī)對采空區(qū)進(jìn)行支護(hù)；避免了采空區(qū)初期來壓和周期來壓，控制頂板不垮落。維護(hù)完整的煤礦 采煤后的采空區(qū)，既可克服充填法、煤柱支撐法兩種采煤方法的缺點(diǎn)，又可采出煤炭資源，地面不變形破壞。實(shí)施本發(fā)明后可使礦井上的地面沉陷變形小，解決地面建筑物、村莊、水體、鐵路、公路、高壓線和植被破壞搬遷的難題，可實(shí)現(xiàn)不搬遷開采。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)無煤柱開采、可釋放“三下”(建筑物、水體、鐵路)大量的煤炭資源節(jié)約寶貴的煤炭資源，且降低采煤成本。本發(fā)明可邊采邊支護(hù)，并實(shí)現(xiàn)采煤、支護(hù)相互獨(dú)立，解決采煤與采空區(qū)支護(hù)相互牽制問題，實(shí)現(xiàn)“三下”開采工作面常規(guī)布置，正規(guī)化、常態(tài)化生產(chǎn)；解決相鄰采準(zhǔn)工作面采動影響大的難題，實(shí)現(xiàn)沿空留巷開采，采區(qū)內(nèi)順采；解決采煤工作面采動影響大的難題，還使工作面礦壓減小，使工作面選擇強(qiáng)度小和重量輕的支架，降低投資，提高工作環(huán)境安全性。


圖I是采用本發(fā)明的采空區(qū)及工作區(qū)的縱向剖面(圖2中的A-A剖面)示意圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的采空區(qū)的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置水平剖面示意圖。圖中I-錨桿，2-錨梁(網(wǎng))，3-錨索，4-預(yù)制混凝土梁柱或鋼梁柱，5-未開采的煤層，6-直接頂，7-老頂,8-底板；9_米空區(qū)，10-米煤工作面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述本發(fā)明的煤礦井下采空區(qū)頂板的支護(hù)方法，如圖1、2所示，包括如下步驟I)利用礦壓理論計(jì)算或?qū)嵉乜睖y獲得煤礦井下工作面直接頂?shù)某醮慰迓洳骄?、老頂?shù)某醮螖嗔巡骄?，以及直接頂、老頂?shù)膸r性、厚度；2)隨采煤工作面10推進(jìn)的同時(shí)，根據(jù)直接頂?shù)某醮慰迓洳骄嘤?jì)算結(jié)果，對采空區(qū)逐漸形成的過程中采用錨桿I、錨梁(網(wǎng))2和錨索3對采空區(qū)9直接頂6板同步進(jìn)行支護(hù)；根據(jù)直接頂?shù)膸r性、厚度，確定構(gòu)成支護(hù)結(jié)構(gòu)的錨梁(網(wǎng))、錨索和錨桿的型號、長度，以及錨梁、錨索和錨桿之間的間排距；3)隨采煤工作面10的繼續(xù)推進(jìn)，在采空區(qū)9空頂距小于老頂7的初次斷裂步距范圍內(nèi)，采用鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱4，通過采空區(qū)直接頂6板對老頂7進(jìn)行支護(hù)；根據(jù)老頂7的巖性及厚度，確定鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱的型號、長度及間排距；4)重復(fù)步驟2) -3)周而復(fù)始，直到工作面的推進(jìn)工作完成。上述支護(hù)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)錨梁(網(wǎng))、錨索和錨桿之間的間距或排距為零，或幾個(gè)錨梁(網(wǎng))、錨索和錨桿之間的間距或排距為零，或每個(gè)錨梁(網(wǎng))、錨索和錨桿之間的間距或排距均不為零；還可使每個(gè)間距或排距相等或不相等多種不同形式的結(jié)構(gòu)；鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱布置與錨梁(網(wǎng))、錨索和錨桿之間的間距或排距布置和確定同理。
本方法實(shí)施過程中采煤工作面的推進(jìn)與采空區(qū)頂板支護(hù)工作可相對獨(dú)立進(jìn)行，互不干擾。實(shí)施例本實(shí)施例的采空區(qū)頂板支護(hù)方法，如圖1、2所示，包括以下步驟I)實(shí)測煤礦井下工作面直接頂6為頁巖及粉砂巖，厚度2. 4m,初次垮落步距為3m，老頂7為中及粉砂巖，厚度8. 5m,初次斷裂步距30m ；2)隨采煤工作面10的推進(jìn)的同時(shí)，選擇直徑22mm、長3000mm螺紋鋼錨桿I和IOOmmX 2600mm鋼筋托梁2，按800mmX 800mm間排距，使用錨桿鉆機(jī)對采空區(qū)直接頂6板進(jìn)行錨桿I、鋼筋托梁2支護(hù)，錨桿I和鋼筋托梁2貼緊直接頂6 ;選擇直徑34mm，長8300mm錨索3，按2400mmX 2400mm間排距，使用錨索鉆機(jī)對采空區(qū)直接頂6進(jìn)行錨索3支護(hù)，錨索3貼緊直接頂6 ；3)隨采煤工作面10的繼續(xù)推進(jìn)，在采空區(qū)9空頂距小于老頂7的初次斷裂步距范圍內(nèi)，選擇Q345900mmX300mm和Q345400mmX400mm型鋼作梁和柱鋼結(jié)構(gòu)，按25mX6m間排距架設(shè)鋼梁柱結(jié)構(gòu)4，鋼梁柱結(jié)構(gòu)貼緊直接頂6和底板8。完成一次錨桿、錨索和鋼梁柱結(jié)構(gòu)安裝，4)重復(fù)上述步驟2)、3)過程，進(jìn)行下一次錨桿、錨索和鋼結(jié)構(gòu)安裝，周而復(fù)始，直至完成采空區(qū)頂板的支護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種煤礦井下采空區(qū)頂板的支護(hù)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 1)利用礦壓理論計(jì)算或?qū)嵉乜睖y獲得煤礦井下工作面直接頂?shù)某醮慰迓洳骄?、老頂?shù)某醮螖嗔巡骄啵约爸苯禹?、老頂?shù)膸r性、厚度； 2)隨采煤工作面推進(jìn)的同時(shí)，根據(jù)直接頂?shù)某醮慰迓洳骄嘤?jì)算結(jié)果，對采空區(qū)逐漸形成的過程中采用錨桿、錨梁和錨索對采空區(qū)直接頂板同步進(jìn)行支護(hù)；根據(jù)直接頂?shù)膸r性、厚度，確定構(gòu)成支護(hù)結(jié)構(gòu)的錨梁、錨索和錨桿的型號、長度，以及錨梁、錨索和錨桿之間的間排距； 3)隨采煤工作面的繼續(xù)推進(jìn)，在采空區(qū)空頂距小于老頂?shù)某醮螖嗔巡骄喾秶鷥?nèi)，采用鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱，通過采空區(qū)直接頂板對老頂進(jìn)行支護(hù)；根據(jù)老頂?shù)膸r性及厚度，確定鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱的型號、長度及間排距； 4)重復(fù)步驟2)-3)周而復(fù)始，直到工作面的推進(jìn)工作完成。
2.如權(quán)利要求I所述方法，其特征在于，所述支護(hù)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)錨梁、錨索和錨桿之間的間距或排距為零，或幾個(gè)錨梁、錨索和錨桿之間的間距或排距為零，或每個(gè)錨梁(網(wǎng))、錨索和錨桿之間的間距或排距均不為零。
3.如權(quán)利要求I所述方法，其特征在于，所述支護(hù)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)錨梁、錨索和錨桿之間的間距或排距相等或不相等。
4.如權(quán)利要求I所述方法，其特征在于，所述支護(hù)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱之間的間距或排距為零，或幾個(gè)鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱之間的間距或排距為零，或每個(gè)鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱之間的間距或排距均不為零。
5.如權(quán)利要求I所述方法，其特征在于，所述支護(hù)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱之間的間距或排距相等或不相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤礦井下采空區(qū)頂板的支護(hù)方法，屬于采礦技術(shù)與環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括獲得煤礦井下工作面直接頂?shù)某醮慰迓洳骄?、老頂?shù)某醮螖嗔巡骄啵约爸苯禹?、老頂?shù)膸r性、厚度；根據(jù)直接頂?shù)某醮慰迓洳骄?，對采空區(qū)形成的過程中采用錨桿、錨梁和錨索對采空區(qū)直接頂板同步進(jìn)行支護(hù)；確定構(gòu)成支護(hù)結(jié)構(gòu)的錨梁、錨索和錨桿的型號、長度，以及錨梁、錨索和錨桿之間的間排距；在采空區(qū)空頂距小于老頂?shù)某醮螖嗔巡骄喾秶鷥?nèi)，采用鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱，通過采空區(qū)直接頂板對老頂進(jìn)行支護(hù)；確定鋼梁柱或預(yù)制鋼筋混凝土梁柱的型號、長度及間排距；直到工作面的推進(jìn)工作完成。本方法具有方法簡單、易操作、控制頂板不垮落的特點(diǎn)。
文檔編號E21D21/00GK102900449SQ201210384558
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者李明武 申請人:北京圓之翰煤炭工程設(shè)計(jì)有限公司