一种松散煤层沿空掘巷窄煤柱的加固方法技术

本发明专利技术公开了一种松散煤层沿空掘巷窄煤柱的加固方法。根据回采巷道地质条件与施工现场窄煤柱宽度、旋喷桩参数等工程条件确定旋喷桩咬合量、旋喷桩组宽度和间距；在上工作面机巷掘进过程中，确定旋喷桩桩位和旋喷桩组布置，钻孔至旋喷桩设计深度，施工旋喷桩；旋喷桩施工结束后顶入锚杆，固结后施加预应力。本发明专利技术利用相互咬合的旋喷桩组承载上覆岩层重量，预应力形成的锚固稳定区控制旋喷桩组之间的松散煤体，实现上工作面机巷开挖过程中机巷单侧煤帮高强支护，下工作面风巷开挖后煤柱的稳定性控制；本发明专利技术有效解决了可锚可注性差的松散煤柱加固问题，可以一次同时控制上、下工作面巷道的围岩稳定性，效果显著。

A reinforcement method for narrow coal pillar driving along goaf in loose seam

The invention discloses a reinforcing method for narrow coal pillar driving along goaf in loose coal seam. According to the geological conditions of mining roadway, the width of narrow coal pillar and parameters of jet grouting pile in construction site, the occlusion quantity, width and spacing of jet grouting pile group are determined. After the completion of the work, the anchor bolts are inserted into the anchors and prestressed after consolidation. The invention utilizes the interlocking rotating jet grouting pile group to bear the weight of the overlying strata, and the anchorage stable area formed by prestressing to control the loose coal body between the rotating jet grouting pile groups, realizes the high-strength support of the unilateral coal seam of the machine roadway during the excavation of the machine roadway of the upper working face, and the stability control of the coal pillar after the air roadway excavation of the lower working face. The reinforcement of loose coal pillars with poor anchoring and injectability can control the stability of surrounding rock in both upper and lower working faces at the same time, and the effect is remarkable.

【技术实现步骤摘要】
一种松散煤层沿空掘巷窄煤柱的加固方法
本专利技术涉及一种加固方法，具体是一种松散煤层沿空掘巷窄煤柱的加固方法，属于矿下支护领域。
技术介绍
在留窄煤柱的沿空掘巷中，巷道位于应力降低区，也避开了邻近工作面回采后上覆岩层强烈活的影响；同时留窄煤柱提高了煤炭采出率，因此窄煤柱沿空掘巷优势明显。在窄煤柱的稳定性控制技术方面，中国专利技术专利CN106050282A公布了一种沿空留巷窄煤柱的锚固结构及加固方法，在注浆过程中虽然使用了防跑浆袋，但是浆液还是极易外流，造成浪费和污染；专利CN105804776A公布了一种用于沿空掘巷小煤柱的对拉式锚杆及其支护方法，在施工中锚杆需要在前一个工作面预埋入,等进入下一个工作面顺槽掘进时拉出预埋锚杆实现对穿,但护巷煤柱存在宽度预留不准确的问题，如果宽度误差超过±0.5m将导致对穿施工无法进行；专利CN102146794A公布了注浆固结沿空掘巷工艺方法，采用注浆加固煤柱，但是对于可注性差岩层，这种固结方法效果不明显。对于松散煤层沿空掘巷，窄煤柱极不稳定，而且松散体可锚可注性差，传统的注浆、锚杆及其联合支护形式不能实现煤柱的稳定性控制，窄煤柱极易出现破损、片帮等问题，因此，急需提出一种能够实现松散煤层沿空掘巷窄煤柱稳定性控制的方法，实现对松散煤层的安全开采。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是克服当前注浆、锚杆等支护技术在松散煤柱加固中应用的不足，提供一种松散煤层沿空掘巷窄煤柱的加固方法，能够快速的在上区段回采工作面巷道一侧完成窄煤柱的加固，有效防止松散窄煤柱的破损、片帮等问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种松散煤层沿空掘巷窄煤柱的加固方法，包括以下步骤：步骤一：在松散煤层巷道帮部试验在注浆压力P下形成的试验旋喷桩直径D、旋喷固结体平均单轴抗压强度σC1，松散煤体单轴抗压强度σC2，作为旋喷施工设计依据；步骤二：在窄煤柱与上工作面之间的机巷掘进期间，根据现场测量的地应力σ1、窄煤柱的宽度L和步骤一确定的旋喷桩参数设计钻孔布局及参数，确定旋喷桩相互咬合距离为0.15D、旋喷桩组的宽度S在0.50～0.55D之间，旋喷桩组的间距C依据以下公式计算得出：步骤三：随着上工作面的掘进工作面从已掘机巷向未掘机巷推进，滞后掘进工作面30m在窄煤柱朝向已掘机巷的侧面施工旋喷桩，具体操作时，先调整钻机位置与窄煤柱煤层保持相同的倾角钻孔，钻孔孔深为窄煤柱的宽度L，钻孔至孔底后进行水泥浆旋喷注浆，注浆压力为P，同时钻杆以恒定速度倒退提升，提升距离孔口1m时停止旋喷，将水泥浆与散煤强制搅拌混合，居中顶入长度为L+100mm的锚杆，锚杆外露出窄煤柱侧面100mm，然后对钻孔孔口用编织袋加速凝剂进行封口、补浆管置于中央进行补浆形成旋喷桩，旋喷桩起强后在锚杆露出旋喷桩外端的部分套上托盘和螺母固定，施加50kN预应力，形成全长锚固结构；步骤四：一个旋喷桩形成后，从上向下间隔旋喷得到多个旋喷桩，相邻的旋喷桩之间相互咬合形成旋喷桩组，一个旋喷桩组形成后，在窄煤柱朝向已掘机巷一侧的侧面沿着掘进方向间隔施工多个旋喷桩组，预应力在相邻旋喷桩组之间形成锚固稳定区，直到巷道掘进完成或需要加固的煤柱段施工完毕。优选的，所述旋喷桩组的宽度S为0.53D，经试验，采用该参数的锚固结构最稳定，效果最好。优选的，所述注浆压力P为20～25MPa，形成的旋喷桩直径D为500～700mm。优选的，所述步骤三中的钻杆倒退速度设定为0.25m/min。优选的，所述水泥浆采用高强水泥，高强水泥中加入高性能速凝剂。高强水泥提升了锚固强度，加入高性能速凝剂使得凝固更快，加快了施工效率。优选的，所述锚杆的粘锚段有增阻螺纹，并焊接有分叉。增阻螺纹和分叉避免了锚杆在锚固过程中意外松脱，增强了稳定性。相对于现有技术，本专利技术具有如下优势：(1)煤柱加固在上工作面巷道掘进期间完成，不影响窄煤柱本身的力学结构和完整性，承载能力高；随着掘进工作面的推进在上工作面已掘机巷一侧帮部随时进行支护，实现上工作面机巷开挖过程中机巷单侧煤帮高强支护，下工作面风巷开挖后煤柱的稳定性控制，从而利用一个控制步骤实现已掘机巷和另一侧未掘风巷两条巷道帮部的稳定性控制，效果显著；(2)本专利技术通过施工旋喷桩配合锚杆形成全长锚固结构，相邻设置的旋喷桩组之间可以形成锚固稳定区，整体加固了松散窄煤柱，全长锚固结构可以承载上覆岩层重量，预应力形成的锚固稳定区可以控制旋喷桩组之间的松散煤体，从而针对松散煤层可锚可注性差的问题，提供了新的注浆锚固思路；(3)本专利技术在旋喷桩未起强时就顶入锚杆，旋喷桩固结达到强度要求后直接形成完整的全长锚固结构，全长锚固和旋喷桩组之间形成的锚固稳定区是通过旋喷桩固结起强实现，在这一施工过程中没有对窄煤柱本身或旋喷桩施加额外的冲击力，最大程度上保留了窄煤柱本身自然的承载能力，确保达到最大的支护强度。附图说明图1是本专利技术加固松散煤层沿空掘巷窄煤柱的俯视图；图2是本专利技术中窄煤柱朝向已掘机巷一侧的旋喷桩组示意图；图3是本专利技术全长锚固结构形成的锚固稳定区示意图。图中，1、上工作面；2、下工作面；3、已掘机巷；4、掘进工作面；5、未掘机巷；6、窄煤柱；7、未掘风巷；8、旋喷桩组；8-1、旋喷桩；8-2、锚杆；8-3、托盘；8-4、螺母；9、直接顶；10、直接底；Ⅰ、全长锚固结构；Ⅱ、锚固稳定区。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图所示，某矿8煤为松散煤层，煤质松软破碎，胶结程度差，散煤呈粉状，可注性差，传统锚杆、注浆支护难以实现煤柱的稳定性控制，窄煤柱6顶部为直接顶9，底部为直接底10；窄煤柱6宽度L为6m，帮部变形严重，在已掘机巷3后侧的煤柱帮出现垮塌，受后期在上工作面1回采和下工作面2未掘风巷7掘进的影响，窄煤柱6后期变形更加剧烈。以该矿煤柱为例对松散煤层沿空掘巷窄煤柱的加固方法说明如下：步骤一：在松散煤层巷道帮部试验注浆压力P：25MPa下形成的旋喷桩直径D为700mm、旋喷固结体平均单轴抗压强度σC1为12MPa，松散煤体即窄煤柱6的单轴抗压强度σC2为3MPa，作为旋喷施工设计依据；步骤二：在窄煤柱6与上工作面1之间的机巷掘进期间，根据现场测量的应力降低区窄煤柱6的应力σ1：6MPa、窄煤柱6的宽度L：6000mm和步骤一确定的旋喷桩参数设计钻孔布局及参数，确定旋喷桩8-1相互咬合距离为105mm、宽度S为371mm，旋喷桩组8的间距C依据以下公式计算得出：经计算得到C为1113mm，需进行高密度旋喷；步骤三：随着上工作面1的掘进工作面4从已掘机巷3向未掘机巷5推进，滞后掘进工作面4三十米在窄煤柱6朝向已掘机巷3的侧面施工旋喷桩8-1，具体操作时，先调整钻机位置与窄煤柱6煤层保持相同的倾角钻孔，钻孔孔深为窄煤柱6的宽度6000mm，钻孔至孔底后进行水泥浆旋喷注浆，注浆压力为25MPa，同时钻杆以0.25m/min的速度倒退提升，提升距离孔口1m时停止旋喷，将水泥浆与散煤强制搅拌混合，居中顶入长度为6100mm、直径24mm的锚杆8-2，锚杆8-2外露出窄煤柱6侧面100mm，然后对钻孔孔口用编织袋加速凝剂进行封口、补浆管置于中央进行补浆形成旋喷桩8-1，旋喷桩8-1起强后在锚杆8-2露出旋喷桩8-1外端的部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种松散煤层沿空掘巷窄煤柱的加固方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在松散煤层巷道帮部试验在注浆压力P下形成的试验旋喷桩直径D、旋喷固结体平均单轴抗压强度σC1，松散煤体单轴抗压强度σC2，作为旋喷施工设计依据；步骤二：在窄煤柱(6)与上工作面(1)之间的机巷掘进期间，根据现场测量的地应力σ1、窄煤柱(6)的宽度L和步骤一确定的旋喷桩参数设计钻孔布局及参数，确定旋喷桩相互咬合距离为0.15D、旋喷桩组(8)的宽度S在0.50～0.55D之间，旋喷桩组(8)的间距C依据以下公式计算得出：

【技术特征摘要】
1.一种松散煤层沿空掘巷窄煤柱的加固方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在松散煤层巷道帮部试验在注浆压力P下形成的试验旋喷桩直径D、旋喷固结体平均单轴抗压强度σC1，松散煤体单轴抗压强度σC2，作为旋喷施工设计依据；步骤二：在窄煤柱(6)与上工作面(1)之间的机巷掘进期间，根据现场测量的地应力σ1、窄煤柱(6)的宽度L和步骤一确定的旋喷桩参数设计钻孔布局及参数，确定旋喷桩相互咬合距离为0.15D、旋喷桩组(8)的宽度S在0.50～0.55D之间，旋喷桩组(8)的间距C依据以下公式计算得出：步骤三：随着上工作面(1)的掘进工作面(4)从已掘机巷(3)向未掘机巷(5)推进，滞后掘进工作面(4)30m在窄煤柱(6)朝向已掘机巷(3)的侧面施工旋喷桩(8-1)，具体操作时，先调整钻机位置与窄煤柱(6)煤层保持相同的倾角钻孔，钻孔孔深为窄煤柱(6)的宽度L，钻孔至孔底后进行水泥浆旋喷注浆，注浆压力为P，同时钻杆以恒定速度倒退提升，提升距离孔口1m时停止旋喷，将水泥浆与散煤强制搅拌混合，居中顶入长度为L+100mm的锚杆(8-2)，锚杆(8-2)外露出窄煤柱(6)侧面100mm，然后对钻孔孔口用编织袋加速凝剂进行封口、补浆管置于中央进行补浆形成旋喷桩(8-1)，旋喷桩(8-1)起...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂臣，郝文军，张农，孙长伦，贾斌义，何锦涛，董玉玺，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32