本發(fā)明涉及煤礦開采技術領域，具體是一種沿空掘巷煤柱雙向加固方法。

背景技術：

隨著煤礦進入深部開采，原巖應力升高，護巷煤柱留設寬度越來越大，造成大量的煤炭資源浪費，國內(nèi)外有關學者從巷道圍巖所處的應力環(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巷開采技術。沿空掘巷技術由于可有效避開了上工作面回采對煤柱的應力擾動，并且巷道維護相對簡單，維護成本低而應用廣泛。由于沿空掘巷依靠窄煤柱支撐巷道頂板，所以需要加強對窄煤柱的強化支護?，F(xiàn)有的常用的支護方法有對穿錨索加固方法，但該技術必須是巖體兩側同時施工，考慮到沿空掘巷護巷煤柱采空區(qū)側封閉，只能在新掘一側施工，因此無法完成對穿。還有一種對穿錨索技術需要在前一個工作面預埋入，等進入下一個工作面順槽掘進時接長錨索或拉出預埋可縮段錨索實現(xiàn)對穿，但護巷煤柱存在寬度預留不準確，寬度誤差超過±0.5m將導致對穿施工無法進行。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是為解決現(xiàn)有技術存在的問題，而設計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完成煤柱的雙向加固，實現(xiàn)煤柱側向圍壓的加固，從而提高煤柱承載力，也突破了傳統(tǒng)沿空掘巷技術無法實現(xiàn)單向施工雙向加固的難題。

本發(fā)明的技術方案為：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)一側新掘巷道，在采空區(qū)與新掘巷道之間預留煤柱，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穿錨索，所述鉆孔的深度為鉆透預留煤柱；

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

c、通過注漿內(nèi)管向脹鎖式對穿錨索的前端注入漿體，通過注漿外管對鉆孔內(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，在新掘巷道一側對脹鎖式對穿錨索施加預應力并錨固，進而實現(xiàn)預留煤柱的雙向加固；

d、沿巷道掘進方向，依次施工脹鎖式對穿錨索，從而實現(xiàn)整個工作面的預留煤柱對穿加固，完成該個采面的沿空掘巷。

在鉆孔后，利用高壓噴射注漿或機械擴孔工藝對鉆孔進行擴孔處理，期間需不斷注入水泥漿排渣。

上述脹鎖式對穿錨索呈網(wǎng)格型或梅花形排列。根據(jù)實驗測試結果顯示，通過該設計，上述脹鎖式對穿錨索可提供＞40噸的抗拉力，預留煤柱將增加＞80噸的豎向承載力，進而有效提高預留煤柱的承載力。

上述錨索間排距設置為1.0~1.5m×1.0~1.5m。

上述脹鎖式對穿錨索包括錨固段和自由段，所述錨固段包括引導帽、中空的鋼管、擴脹囊袋以及位于擴脹囊袋前后兩端的鎖具，所述擴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行固定，所述鋼管的側壁上設置有至少一個注漿孔，所述注漿孔與擴脹囊袋內(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，所述注漿外管設置在所述擴脹囊袋的后側，所述錨筋貫穿所述鋼管內(nèi)部并與所述引導帽相連接。

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置有用以固定錨筋的錨筋孔，所述后端板上還設置有注漿內(nèi)管孔和排氣管孔。

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

上述擴脹囊袋設置為梨形，所述梨形擴脹囊袋沿鋼管的長度方向設置。由于雙向加固的預留煤柱讓壓變形后可能導致采空區(qū)一側的鉆孔增大，通過將擴脹囊袋設置為梨形，在注漿后擴脹囊袋起脹，該梨形擴脹囊袋的梨尾處可以有效封閉鉆孔，既能提升預留煤柱的承載力，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，同時封堵材料強度低，不影響錨索自由段發(fā)揮拉應力。

上述漿體采用速凝快硬注漿料或化學漿液。

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加固護巷煤柱的方法，而是采用脹鎖式對穿錨索實現(xiàn)預留煤柱的雙向加固，同時只在預留煤柱的一側進行施工就能完成。本發(fā)明解決了煤柱雙向加固時采空區(qū)封閉的困擾，突破了傳統(tǒng)沿空掘巷技術無法實現(xiàn)單向施工雙向加固的難題，也解決了巖體雙側同時施工造成預留煤柱不穩(wěn)定的困擾。本發(fā)明中，預留煤柱雙向加固后對頂板的承載力大幅度提高，大大增強了護巷煤柱承載力和穩(wěn)定性，沿空掘巷更容易實現(xiàn)，具有廣泛的實用價值。

由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有突出的實質性特點和顯著的進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明中脹鎖式對穿錨索的結構示意圖；

圖3為圖2中A向的剖視示意圖；

圖4為脹鎖式對穿錨索呈網(wǎng)格形排列的示意圖；

圖5為脹鎖式對穿錨索呈梅花形排列的示意圖；；

其中，1為采空區(qū)，2為預留煤柱，3為脹鎖式對穿錨索，4巷道掘進方向，5為擴脹囊袋，6為錨網(wǎng)噴支護，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。

具體實施方式：

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

具體實施方式：沿空掘巷工作中，上區(qū)段回采工作面采煤工作結束后，即開展下區(qū)段回采工作面沿空掘巷施工，巷道掘進后，在掘進擾動作用下，圍巖應力重新分布，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，應力逐漸恢復至原巖應力，預留煤柱2兩側有一定范圍的破碎區(qū)，對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)一側新掘巷道，在采空區(qū)1與新掘巷道之間設置預留煤柱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穿錨索3，所述鉆孔的深度為鉆透預留煤柱2；預留煤柱2的寬度一般設計為3~6m，預留煤柱2的寬度設計太窄容易整體受壓破碎，達不到加固效果；預留煤柱2設計太寬將導致錨索雙向加固力難以發(fā)揮，同時造成資源浪費，也會引起下層的應力集中過大。一般隨開采煤層的厚度增加適度增加預留煤柱2的寬度。

b、在鉆孔后，利用高壓噴射注漿或機械擴孔工藝對鉆孔進行擴孔處理，期間需不斷注入水泥漿排渣。

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

d、通過注漿內(nèi)管11向脹鎖式對穿錨索3的前端注入漿體，通過注漿外管12對鉆孔內(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，在新掘巷道一側對脹鎖式對穿錨索3施加預應力并錨固，進而實現(xiàn)預留煤柱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漿液。通常情況下，漿體的凝固時間不高于2小時，一般注漿3~5小時后，即可在新掘巷道一側對脹鎖式對穿錨索3施加預應力并錨固，進而實現(xiàn)預留煤柱2的雙向加固。

e、沿巷道掘進方向，依次施工脹鎖式對穿錨索3，從而實現(xiàn)整個工作面的預留煤柱2的對穿加固，完成該個采面的沿空掘巷。在施工過程中，脹鎖式對穿錨索3呈網(wǎng)格型或梅花形排列，錨索3間排距設置為1.0~1.5m×1.0~1.5m。根據(jù)實驗測試結果顯示，通過該設計，上述脹鎖式對穿錨索3可提供＞40噸的抗拉力，預留煤柱2將增加＞80噸的豎向承載力，進而有效提高預留煤柱2的承載力。

在上述對穿錨索3雙向加固施工作業(yè)中，為防止采空區(qū)漏風，鉆孔必須及時封堵。本發(fā)明提出兩種封堵技術：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。

在本實施例中，上述加固方法所采用的脹鎖式對穿錨索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，錨固段包括引導帽16、中空的鋼管19、擴脹囊袋5以及位于擴脹囊袋5前后兩端的鎖具15。注漿內(nèi)管11、排氣管10端部分別設置有逆流閥8，以阻止?jié){液倒流和外部氣體進入，兩管均延伸入所述鋼管19內(nèi)部，注漿外管12設置在擴脹囊袋5的后側，錨筋9貫穿所述鋼管19內(nèi)部并與所述引導帽16相連接。該對穿錨索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。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，錨盤7用于阻止鉆孔內(nèi)漿液流出。

在上述錨固段中，擴脹囊袋5包覆在所述鋼管19的外周面上，并通過鎖具15在鋼管19的前后兩端進行固定，保證接口部位的密封性能。鋼管19的側壁上設置有至少一個注漿孔18，注漿孔18與擴脹囊袋5的內(nèi)部相連通；上述鋼管19的前后兩端分別設置有前端板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上分別設置有用以固定錨筋9的錨筋孔，后端板14-1的中部還設置有注漿內(nèi)管孔和排氣管孔，在本實施例中，錨筋孔設置在注漿內(nèi)管孔和排氣管孔的外側。通過設置前端板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，以增強錨筋9的緊固性。

上述擴脹囊袋5設置為梨形，梨形擴脹囊袋5沿鋼管19的長度方向設置。由于雙向加固的預留煤柱2讓壓變形后可能導致采空區(qū)1一側的鉆孔增大，通過將擴脹囊袋5設置為梨形，在注漿時，漿體由注漿內(nèi)管11進入鋼管19并通過鋼管19側壁的注漿孔18進入擴脹囊袋5內(nèi)，擴脹囊袋5起脹，擠壓采空區(qū)側周圍碎塊巖體形成如圖2所示的膨脹性囊袋承載體，該梨形擴脹囊袋5的梨尾處可以有效封閉鉆孔，既能提升預留煤柱2的承載力，也能防止采空區(qū)1內(nèi)的有害氣體溢出。所述擴脹囊袋5采用帆布等高強度反滲透材料制成，可承受1~2MPa的壓力。根據(jù)工期長短以及漿液的凝固時間特性，選擇擴脹囊袋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流出來判斷擴脹囊袋5內(nèi)漿體是否注漿完成。當排氣管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方法，不同于傳統(tǒng)沿空掘巷只能在一側加固護巷煤柱的方法，而是采用脹鎖式對穿錨索實現(xiàn)預留煤柱的雙向加固，同時只在預留煤柱的一側進行施工就能完成。本發(fā)明解決了煤柱雙向加固時采空區(qū)封閉的困擾，也解決了巖體雙側同時施工造成預留煤柱不穩(wěn)定的困擾。預留煤柱雙向加固后對頂板的承載力大幅度提高，大大增強了護巷煤柱承載力和穩(wěn)定性，沿空掘巷更容易實現(xiàn)，具有廣泛的實用價值。

上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發(fā)明的實質范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發(fā)明的保護范圍。