本發(fā)明涉及煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種沿空掘巷煤柱雙向加固方法。

背景技術(shù)：

隨著煤礦進(jìn)入深部開采，原巖應(yīng)力升高，護(hù)巷煤柱留設(shè)寬度越來越大，造成大量的煤炭資源浪費(fèi)，國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者從巷道圍巖所處的應(yīng)力環(huán)境及節(jié)約煤炭資源的角度出發(fā)，開展了包括沿空留巷和沿空掘巷的無煤柱護(hù)巷開采技術(shù)。沿空掘巷技術(shù)由于可有效避開了上工作面回采對(duì)煤柱的應(yīng)力擾動(dòng)，并且巷道維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低而應(yīng)用廣泛。由于沿空掘巷依靠窄煤柱支撐巷道頂板，所以需要加強(qiáng)對(duì)窄煤柱的強(qiáng)化支護(hù)。現(xiàn)有的常用的支護(hù)方法有對(duì)穿錨索加固方法，但該技術(shù)必須是巖體兩側(cè)同時(shí)施工，考慮到沿空掘巷護(hù)巷煤柱采空區(qū)側(cè)封閉，只能在新掘一側(cè)施工，因此無法完成對(duì)穿。還有一種對(duì)穿錨索技術(shù)需要在前一個(gè)工作面預(yù)埋入，等進(jìn)入下一個(gè)工作面順槽掘進(jìn)時(shí)接長(zhǎng)錨索或拉出預(yù)埋可縮段錨索實(shí)現(xiàn)對(duì)穿，但護(hù)巷煤柱存在寬度預(yù)留不準(zhǔn)確，寬度誤差超過±0.5m將導(dǎo)致對(duì)穿施工無法進(jìn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而設(shè)計(jì)了一種沿空掘巷煤柱雙向加固方法，能快速有效地在新掘巷道一側(cè)完成煤柱的雙向加固，實(shí)現(xiàn)煤柱側(cè)向圍壓的加固，從而提高煤柱承載力，也突破了傳統(tǒng)沿空掘巷技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)單向施工雙向加固的難題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種沿空掘巷煤柱雙向加固方法，包括以下步驟，

a、在靠近采空區(qū)一側(cè)新掘巷道，在采空區(qū)與新掘巷道之間預(yù)留煤柱，在下區(qū)段回采工作面順槽內(nèi)鉆孔，所述鉆孔用以安置脹鎖式對(duì)穿錨索，所述鉆孔的深度為鉆透預(yù)留煤柱；

b、在所述鉆孔內(nèi)放入脹鎖式對(duì)穿錨索，所述脹鎖式對(duì)穿錨索穿透預(yù)留煤柱,并使對(duì)穿錨索錨固段恰好安置在采空區(qū)側(cè)；

c、通過注漿內(nèi)管向脹鎖式對(duì)穿錨索的前端注入漿體，通過注漿外管對(duì)鉆孔內(nèi)注入封堵漿料，所述漿體在采空區(qū)內(nèi)起脹、凝固形成穩(wěn)定錨固體后，在新掘巷道一側(cè)對(duì)脹鎖式對(duì)穿錨索施加預(yù)應(yīng)力并錨固，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)留煤柱的雙向加固；

d、沿巷道掘進(jìn)方向，依次施工脹鎖式對(duì)穿錨索，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作面的預(yù)留煤柱對(duì)穿加固，完成該個(gè)采面的沿空掘巷。

在鉆孔后，利用高壓噴射注漿或機(jī)械擴(kuò)孔工藝對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔處理，期間需不斷注入水泥漿排渣。

上述脹鎖式對(duì)穿錨索呈網(wǎng)格型或梅花形排列。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，通過該設(shè)計(jì)，上述脹鎖式對(duì)穿錨索可提供＞40噸的抗拉力，預(yù)留煤柱將增加＞80噸的豎向承載力，進(jìn)而有效提高預(yù)留煤柱的承載力。

上述錨索間排距設(shè)置為1.0~1.5m×1.0~1.5m。

上述脹鎖式對(duì)穿錨索包括錨固段和自由段，所述錨固段包括引導(dǎo)帽、中空的鋼管、擴(kuò)脹囊袋以及位于擴(kuò)脹囊袋前后兩端的鎖具，所述擴(kuò)脹囊袋包覆在所述鋼管的外周面上，并通過所述鎖具在鋼管的前后兩端進(jìn)行固定，所述鋼管的側(cè)壁上設(shè)置有至少一個(gè)注漿孔，所述注漿孔與擴(kuò)脹囊袋內(nèi)部相連通；所述自由段包括至少一根錨筋、注漿內(nèi)管、注漿外管和排氣管，所述注漿內(nèi)管、排氣管端部設(shè)置有逆流閥，且兩管均延伸入所述鋼管內(nèi)部，所述注漿外管設(shè)置在所述擴(kuò)脹囊袋的后側(cè)，所述錨筋貫穿所述鋼管內(nèi)部并與所述引導(dǎo)帽相連接。

上述鋼管的前后兩端分別安裝有前端板和后端板，所述前端板和后端板上分別設(shè)置有用以固定錨筋的錨筋孔，所述后端板上還設(shè)置有注漿內(nèi)管孔和排氣管孔。

上述鉆孔位于新掘巷道一側(cè)的端口處設(shè)置有鎖緊環(huán)和錨盤。鎖緊環(huán)用于封堵鉆孔，防止采空區(qū)漏風(fēng)，錨盤用于阻止鉆孔內(nèi)漿液流出。

上述擴(kuò)脹囊袋設(shè)置為梨形，所述梨形擴(kuò)脹囊袋沿鋼管的長(zhǎng)度方向設(shè)置。由于雙向加固的預(yù)留煤柱讓壓變形后可能導(dǎo)致采空區(qū)一側(cè)的鉆孔增大，通過將擴(kuò)脹囊袋設(shè)置為梨形，在注漿后擴(kuò)脹囊袋起脹，該梨形擴(kuò)脹囊袋的梨尾處可以有效封閉鉆孔，既能提升預(yù)留煤柱的承載力，也能防止采空區(qū)內(nèi)的有害氣體溢出。

上述封堵材料采用泡沫封堵劑或炮泥或高濃度快硬水泥漿，以防止采空區(qū)內(nèi)瓦斯等有害氣體溢出，同時(shí)封堵材料強(qiáng)度低，不影響錨索自由段發(fā)揮拉應(yīng)力。

上述漿體采用速凝快硬注漿料或化學(xué)漿液。

本發(fā)明的有益效果可通過上述方案得出：本發(fā)明提出了一種全新的沿空掘巷煤柱雙向加固方法，不同于傳統(tǒng)沿空掘巷只能在一側(cè)加固護(hù)巷煤柱的方法，而是采用脹鎖式對(duì)穿錨索實(shí)現(xiàn)預(yù)留煤柱的雙向加固，同時(shí)只在預(yù)留煤柱的一側(cè)進(jìn)行施工就能完成。本發(fā)明解決了煤柱雙向加固時(shí)采空區(qū)封閉的困擾，突破了傳統(tǒng)沿空掘巷技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)單向施工雙向加固的難題，也解決了巖體雙側(cè)同時(shí)施工造成預(yù)留煤柱不穩(wěn)定的困擾。本發(fā)明中，預(yù)留煤柱雙向加固后對(duì)頂板的承載力大幅度提高，大大增強(qiáng)了護(hù)巷煤柱承載力和穩(wěn)定性，沿空掘巷更容易實(shí)現(xiàn)，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。

由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見的。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中脹鎖式對(duì)穿錨索的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中A向的剖視示意圖；

圖4為脹鎖式對(duì)穿錨索呈網(wǎng)格形排列的示意圖；

圖5為脹鎖式對(duì)穿錨索呈梅花形排列的示意圖；；

其中，1為采空區(qū)，2為預(yù)留煤柱，3為脹鎖式對(duì)穿錨索，4巷道掘進(jìn)方向，5為擴(kuò)脹囊袋，6為錨網(wǎng)噴支護(hù)，7為錨盤，8為逆流閥，9為錨筋，10為排氣管，11為注漿內(nèi)管，12為注漿外管，13為鎖緊環(huán)，14-1為后端板，14-2為前端板，15為鎖具，16為引導(dǎo)帽，17為緊固頭，18為注漿孔，19為中空的鋼管，20為自由段，21為錨固段。

具體實(shí)施方式：

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖來詳細(xì)解釋本發(fā)明的實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式：沿空掘巷工作中，上區(qū)段回采工作面采煤工作結(jié)束后，即開展下區(qū)段回采工作面沿空掘巷施工，巷道掘進(jìn)后，在掘進(jìn)擾動(dòng)作用下，圍巖應(yīng)力重新分布，上區(qū)段采空區(qū)1煤矸石被不斷壓縮，采空區(qū)變形、垮落，應(yīng)力逐漸恢復(fù)至原巖應(yīng)力，預(yù)留煤柱2兩側(cè)有一定范圍的破碎區(qū)，對(duì)頂板的承載能力下降。本發(fā)明提供了一種沿空掘巷煤柱雙向加固方法，包括以下步驟，

本發(fā)明提供了一種沿空掘巷煤柱雙向加固方法，包括以下步驟，

a、在靠近采空區(qū)一側(cè)新掘巷道，在采空區(qū)1與新掘巷道之間設(shè)置預(yù)留煤柱2，在下區(qū)段回采工作面順槽內(nèi)鉆孔，所述鉆孔用以安置脹鎖式對(duì)穿錨索3，所述鉆孔的深度為鉆透預(yù)留煤柱2；預(yù)留煤柱2的寬度一般設(shè)計(jì)為3~6m，預(yù)留煤柱2的寬度設(shè)計(jì)太窄容易整體受壓破碎，達(dá)不到加固效果；預(yù)留煤柱2設(shè)計(jì)太寬將導(dǎo)致錨索雙向加固力難以發(fā)揮，同時(shí)造成資源浪費(fèi)，也會(huì)引起下層的應(yīng)力集中過大。一般隨開采煤層的厚度增加適度增加預(yù)留煤柱2的寬度。

b、在鉆孔后，利用高壓噴射注漿或機(jī)械擴(kuò)孔工藝對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔處理，期間需不斷注入水泥漿排渣。

c、在所述鉆孔內(nèi)放入脹鎖式對(duì)穿錨索3，所述脹鎖式對(duì)穿錨索3穿透預(yù)留煤柱2。

d、通過注漿內(nèi)管11向脹鎖式對(duì)穿錨索3的前端注入漿體，通過注漿外管12對(duì)鉆孔內(nèi)注入封堵漿料，所述漿體在采空區(qū)1內(nèi)起脹、凝固形成穩(wěn)定錨固體后，在新掘巷道一側(cè)對(duì)脹鎖式對(duì)穿錨索3施加預(yù)應(yīng)力并錨固，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)留煤柱2的雙向加固；上述封堵材料采用泡沫封堵劑或炮泥或高濃度快硬水泥漿。漿體采用速凝快硬注漿料或化學(xué)漿液。通常情況下，漿體的凝固時(shí)間不高于2小時(shí)，一般注漿3~5小時(shí)后，即可在新掘巷道一側(cè)對(duì)脹鎖式對(duì)穿錨索3施加預(yù)應(yīng)力并錨固，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)留煤柱2的雙向加固。

e、沿巷道掘進(jìn)方向，依次施工脹鎖式對(duì)穿錨索3，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作面的預(yù)留煤柱2的對(duì)穿加固，完成該個(gè)采面的沿空掘巷。在施工過程中，脹鎖式對(duì)穿錨索3呈網(wǎng)格型或梅花形排列，錨索3間排距設(shè)置為1.0~1.5m×1.0~1.5m。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，通過該設(shè)計(jì)，上述脹鎖式對(duì)穿錨索3可提供＞40噸的抗拉力，預(yù)留煤柱2將增加＞80噸的豎向承載力，進(jìn)而有效提高預(yù)留煤柱2的承載力。

在上述對(duì)穿錨索3雙向加固施工作業(yè)中，為防止采空區(qū)漏風(fēng)，鉆孔必須及時(shí)封堵。本發(fā)明提出兩種封堵技術(shù)：一是高瓦斯采面，本發(fā)明提出使用樹脂發(fā)泡劑快速密封鉆孔，所述發(fā)泡劑包括樹脂劑和催化劑，按比例混合后可膨脹為原體積的數(shù)十倍，由預(yù)先綁定在錨筋9上的注漿外管12完成發(fā)泡劑注漿，邊注漿邊拔出該注漿外管12，形成長(zhǎng)條形密封發(fā)泡體。二是低瓦斯采面，本發(fā)明提出采用炮泥或高濃度快硬水泥漿或橡膠封孔塞封孔。

在本實(shí)施例中，上述加固方法所采用的脹鎖式對(duì)穿錨索3包括錨固段21和自由段20，其中，自由段20包括至少一個(gè)錨筋9、注漿內(nèi)管11、注漿外管12和排氣管10，錨固段包括引導(dǎo)帽16、中空的鋼管19、擴(kuò)脹囊袋5以及位于擴(kuò)脹囊袋5前后兩端的鎖具15。注漿內(nèi)管11、排氣管10端部分別設(shè)置有逆流閥8，以阻止?jié){液倒流和外部氣體進(jìn)入，兩管均延伸入所述鋼管19內(nèi)部，注漿外管12設(shè)置在擴(kuò)脹囊袋5的后側(cè)，錨筋9貫穿所述鋼管19內(nèi)部并與所述引導(dǎo)帽16相連接。該對(duì)穿錨索3還包括鎖緊環(huán)13和錨盤7，鎖緊環(huán)13和錨盤7位于下區(qū)段回采工作面順槽一端端口一側(cè)。鎖緊環(huán)13、錨盤7由非金屬材料制成，鎖緊環(huán)13用于封堵鉆孔，防止采空區(qū)1漏風(fēng)，錨盤7用于阻止鉆孔內(nèi)漿液流出。

在上述錨固段中，擴(kuò)脹囊袋5包覆在所述鋼管19的外周面上，并通過鎖具15在鋼管19的前后兩端進(jìn)行固定，保證接口部位的密封性能。鋼管19的側(cè)壁上設(shè)置有至少一個(gè)注漿孔18，注漿孔18與擴(kuò)脹囊袋5的內(nèi)部相連通；上述鋼管19的前后兩端分別設(shè)置有前端板14-2和后端板14-1，鋼管19分別與前端板14-2和后端板14-1螺紋連接，前端板14-2和后端板14-1上分別設(shè)置有用以固定錨筋9的錨筋孔，后端板14-1的中部還設(shè)置有注漿內(nèi)管孔和排氣管孔，在本實(shí)施例中，錨筋孔設(shè)置在注漿內(nèi)管孔和排氣管孔的外側(cè)。通過設(shè)置前端板14-2和后端板14-1，能夠用以固定和隔離錨筋9、注漿內(nèi)管11、注漿外管12和排氣管10。另外，在前后端板處可使用緊固頭17將錨筋9固定鎖住，以增強(qiáng)錨筋9的緊固性。

上述擴(kuò)脹囊袋5設(shè)置為梨形，梨形擴(kuò)脹囊袋5沿鋼管19的長(zhǎng)度方向設(shè)置。由于雙向加固的預(yù)留煤柱2讓壓變形后可能導(dǎo)致采空區(qū)1一側(cè)的鉆孔增大，通過將擴(kuò)脹囊袋5設(shè)置為梨形，在注漿時(shí)，漿體由注漿內(nèi)管11進(jìn)入鋼管19并通過鋼管19側(cè)壁的注漿孔18進(jìn)入擴(kuò)脹囊袋5內(nèi)，擴(kuò)脹囊袋5起脹，擠壓采空區(qū)側(cè)周圍碎塊巖體形成如圖2所示的膨脹性囊袋承載體，該梨形擴(kuò)脹囊袋5的梨尾處可以有效封閉鉆孔，既能提升預(yù)留煤柱2的承載力，也能防止采空區(qū)1內(nèi)的有害氣體溢出。所述擴(kuò)脹囊袋5采用帆布等高強(qiáng)度反滲透材料制成，可承受1~2MPa的壓力。根據(jù)工期長(zhǎng)短以及漿液的凝固時(shí)間特性，選擇擴(kuò)脹囊袋5內(nèi)的漿液類型如水泥漿、水泥砂漿以及水玻璃漿液等。

在加固過程中，可通過觀察漿體是否從排氣管10流出來判斷擴(kuò)脹囊袋5內(nèi)漿體是否注漿完成。當(dāng)排氣管10有穩(wěn)定的漿體流出后，可停止注漿，并將各管口封閉。

本發(fā)明提出的沿空掘巷技術(shù)方法，不同于傳統(tǒng)沿空掘巷只能在一側(cè)加固護(hù)巷煤柱的方法，而是采用脹鎖式對(duì)穿錨索實(shí)現(xiàn)預(yù)留煤柱的雙向加固，同時(shí)只在預(yù)留煤柱的一側(cè)進(jìn)行施工就能完成。本發(fā)明解決了煤柱雙向加固時(shí)采空區(qū)封閉的困擾，也解決了巖體雙側(cè)同時(shí)施工造成預(yù)留煤柱不穩(wěn)定的困擾。預(yù)留煤柱雙向加固后對(duì)頂板的承載力大幅度提高，大大增強(qiáng)了護(hù)巷煤柱承載力和穩(wěn)定性，沿空掘巷更容易實(shí)現(xiàn)，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。

上述說明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。