综采工作面预防处理方法与流程

1.本发明涉及煤矿相关技术领域，特别是一种综采工作面预防处理方法。


背景技术：

2.综采工作面有时在回采过程中会遇到地质构造，向斜就是其中的一种。向斜影响范围内的顶板较为破碎，尤其是向斜轴部范围处顶板更为破碎，很容易导致工作面冒顶。除此之外，工作面在通过向斜轴部爬坡过程中很容易留顶煤，导致后期采空区自燃发火。这两项因素给综采工作面过向斜轴部时带来了极大地困难。
3.当前普遍采取的做法是在工作面通过向斜轴部过程中及时带压擦顶移架，并在采煤机割煤后及时打出支架护帮板，保证对顶板和煤壁的及时有效支护。在工作面回采过程中调整好层位，尽量少留顶煤。
4.然而，即使提前对向斜轴部顶板补打锚索加固顶板，由于锚索支护范围有限，如果向斜轴部顶板破碎范围过大，锚索无法完全将破碎顶板锚固，工作面还是会发生小范围的冒顶事故。并且该种方法效率低下，导致工作面回采速度缓慢，并有可能造成已经冒顶的区域冒顶面积继续扩大的隐患。
5.另外，工作面在过向斜轴部爬坡过程中即使人为控制层位，还是无法完全避免留顶煤的情况，当这一部分顶煤进入采空区冒落后，很容易导致采空区自燃发火。一旦自燃发火后不得不对采空区注浆，但此时注浆无法直接作用到发火点，灭火效率低下。一旦无法有效灭火，不得不整体封闭工作面，但这种做法成本巨大。
6.最后，一旦工作面发生冒顶事故，顶板形成空腔，不得不对空腔先采取临时支护措施后，再由人员进入空腔后补打锚索。该种方法效率低下并且危险性高。


技术实现要素：

7.基于此，有必要针对现有技术工作面回采至向斜轴部爬坡时并不能很好地避免冒顶及自燃隐患的技术问题，提供一种综采工作面预防处理方法。
8.本发明提供一种综采工作面预防处理方法，包括：
9.当工作面回采至向斜轴部爬坡时，在回风巷下帮、运输巷上帮每隔预设距离打预注浆孔，对施工完毕的预注浆孔加注高分子材料；
10.在工作面倾向整体范围内布置多组注浆点，记录工作面在回采过程中留顶煤的厚度，对留顶煤厚度超过预设厚度阈值的区域，从该区域对应的注浆点注浆至该区域对应的采空区位置，直至该区域充填完毕为止；
11.当工作面在爬坡过程中发生冒顶，则建立止浆墙将冒顶所形成的空腔封闭并预留冒顶填充注浆孔，从所述冒顶填充注浆孔内注入高分子充填体进行填充，在所述空腔内的高分子充填体凝固后，采煤机通过该冒顶区域。
12.进一步地，所述当工作面回采至向斜轴部爬坡时，在回风巷下帮、运输巷上帮每隔预设距离打预注浆孔，对施工完毕的预注浆孔加注高分子材料，具体包括：
13.当工作面回采至向斜轴部爬坡时，在超前工作面预设距离走向范围内，回风巷下帮、运输巷上帮每隔预设距离打预注浆孔，所述预注浆孔与水平方向呈预设夹角，对施工完毕的预注浆孔加注高分子材料。
14.进一步地，所述在工作面倾向整体范围内布置多组注浆点，具体包括：
15.在工作面倾向整体范围内，以第一台支架为起点，每间隔预设数量的支架布置一组注浆点，直到工作面最后一台支架，每组注浆点以支架为起点向采空区布置一条注浆管路，所述注浆管路一端与所述支架连接，由支架拖拽伴随着工作面移动。
16.更进一步地，所述对留顶煤厚度超过预设厚度阈值的区域，从该区域对应的注浆点注浆至该区域对应的采空区位置，直至该区域充填完毕为止，具体包括：
17.对留顶煤厚度超过预设厚度阈值的区域，在注浆点通过注浆管路泵送黄泥浆至该区域对应的采空区位置，直至黄泥浆将该区域充填完毕为止。
18.进一步地，所述方法还包括：
19.检测每组注浆点的一氧化碳浓度；
20.如果一氧化碳浓度超过预设浓度阈值，则对一氧化碳浓度超过预设浓度阈值的注浆点所在区域的采空区加注黄泥浆，直到该区域对应的注浆点的一氧化碳浓度小于等于所述浓度阈值。
21.更进一步地，所述检测每组注浆点的一氧化碳浓度，具体包括：
22.在每组注浆点设置一氧化碳监测仪，通过一氧化碳监测仪监测每组注浆点的一氧化碳浓度。
23.进一步地，所述从所述冒顶填充注浆孔内注入高分子充填体进行填充，具体包括：
24.从所述冒顶填充注浆孔内注入多类高分子充填体进行填充。
25.更进一步地，所述从所述冒顶填充注浆孔内注入多类高分子充填体进行填充，具体包括：
26.从所述冒顶填充注浆孔内先注入第一类高分子充填体，直到第一类高分子充填体将所述空腔下部预设比例的下部空间充填完毕；
27.从所述冒顶填充注浆孔再次注入第二类高分子充填体，直到第二类高分子充填体将所述空腔的剩余上部空间充填完毕。
28.再进一步地，所述第一类高分子充填体的强度小于所述第二类高分子充填体的强度。
29.再进一步地，所述在所述空腔内的高分子充填体凝固后，采煤机通过该冒顶区域，具体包括：
30.拆除止浆墙；
31.采煤机截割下部第一类高分子充填体后通过该冒顶区域。
32.本发明采用预注浆加固的方法，通过加注高分子材料提前加固顶板，为工作面安全通过该向斜影响范围做好准备。当工作面在回采至向斜轴部爬坡过程中，通过预留注浆点对留顶煤厚度超过标准的区域注浆，消除了综采工作面在过向斜爬坡过程中采空区留煤导致自燃发火的隐患。最后，一旦工作面发生冒顶，采用高分子充填体进行充填，提高了工作面推进速度的同时，提高了工作面推进过程中的安全性。
附图说明
33.图1为本发明一种综采工作面预防处理方法的工作流程图；
34.图2为本发明一实施例中一种综采工作面预防处理方法的工作流程图；
35.图3为本发明一实施例向斜剖面图；
36.图4为本发明一实施例工作面平面布置图；
37.图5为本发明一实施例顶板预注高分子材料剖面图；
38.图6为本发明一实施例空腔充填平面图；
39.图7为本发明一实施例空腔充填剖面图。
40.标记说明
41.1-回风巷；11-回风巷上帮；12-回风巷下帮；2-运输巷；21-运输巷上帮；22-运输巷下帮；3-预注浆孔；31-预注浆孔注浆管路；32-注浆泵；4-顶板；5-支架；6-注浆点；7-注浆管路；8-一氧化碳监测仪；9-采空区；10-高分子填充体；101-第一类高分子填充体；102-第二类高分子填充体；11-空腔；12-止浆墙；13-采煤机。
具体实施方式
42.下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
43.实施例一
44.如图1所示为本发明一种综采工作面预防处理方法的工作流程图，包括：
45.步骤s101，当工作面回采至向斜轴部爬坡时，在回风巷下帮、运输巷上帮每隔预设距离打预注浆孔，对施工完毕的预注浆孔加注高分子材料；
46.步骤s102，在工作面倾向整体范围内布置多组注浆点，记录工作面在回采过程中留顶煤的厚度，对留顶煤厚度超过预设厚度阈值的区域，从该区域对应的注浆点注浆至该区域对应的采空区位置，直至该区域充填完毕为止；
47.步骤s103，当工作面在爬坡过程中发生冒顶，则建立止浆墙将冒顶所形成的空腔封闭并预留冒顶填充注浆孔，从所述冒顶填充注浆孔内注入高分子充填体进行填充，在所述空腔内的高分子充填体凝固后，采煤机通过该冒顶区域。
48.具体来说，在工作面过向斜爬坡过程中，执行步骤s101，采用预注浆加固的方法提前在回风巷下帮、运输巷上帮，100m走向范围内，工作面顶板较为破碎范围内每隔25m打预注浆孔。通过提前在工作面超前范围内预注高分子材料，达到加固顶板的目的，为工作面安全通过该向斜影响范围做好准备。
49.当工作面在回采至向斜轴部爬坡过程中，执行步骤s102，在工作面倾向整体范围内布置多组注浆点。人工记录工作面在回采过程中各区域留顶煤厚度，对留顶煤厚度超过1cm的区域通过预置的注浆管路泵送黄泥浆至对应的采空区区域进行充填。消除了综采工作面在过向斜爬坡过程中采空区留煤导致自燃发火的隐患。
50.一旦工作面发生冒顶，导致在工作面顶板形成空腔后，执行步骤s103，用单体、木板、金属网建立止浆墙将空腔封闭并预留注浆孔。然后利用管路泵送高分子材料对空腔进行充填，并保证将空腔完全充实。等待高分子材料凝固达到设计强度可以对空腔进行有效
支撑后工作面再继续推进。
51.本发明采用预注浆加固的方法，通过加注高分子材料提前加固顶板，为工作面安全通过该向斜影响范围做好准备。当工作面在回采至向斜轴部爬坡过程中，通过预留注浆点对留顶煤厚度超过标准的区域注浆，消除了综采工作面在过向斜爬坡过程中采空区留煤导致自燃发火的隐患。最后，一旦工作面发生冒顶，采用高分子充填体进行充填，提高了工作面推进速度的同时，提高了工作面推进过程中的安全性。
52.实施例二
53.如图2所示为本发明一实施例中一种综采工作面预防处理方法的工作流程图，包括：
54.步骤s201，当工作面回采至向斜轴部爬坡时，在超前工作面预设距离走向范围内，回风巷下帮、运输巷上帮每隔预设距离打预注浆孔，所述预注浆孔与水平方向呈预设夹角，对施工完毕的预注浆孔加注高分子材料。
55.步骤s202，在工作面倾向整体范围内，以第一台支架为起点，每间隔预设数量的支架布置一组注浆点，直到工作面最后一台支架，每组注浆点以支架为起点向采空区布置一条注浆管路，所述注浆管路一端与所述支架连接，由支架拖拽伴随着工作面移动。
56.步骤s203，记录工作面在回采过程中留顶煤的厚度，对留顶煤厚度超过预设厚度阈值的区域，在注浆点通过注浆管路泵送黄泥浆至该区域对应的采空区位置，直至黄泥浆将该区域充填完毕为止。
57.步骤s204，检测每组注浆点的一氧化碳浓度。
58.在其中一个实施例中，所述检测每组注浆点的一氧化碳浓度，具体包括：
59.在每组注浆点设置一氧化碳监测仪，通过一氧化碳监测仪监测每组注浆点的一氧化碳浓度。
60.步骤s205，如果一氧化碳浓度超过预设浓度阈值，则对一氧化碳浓度超过预设浓度阈值的注浆点所在区域的采空区加注黄泥浆，直到该区域对应的注浆点的一氧化碳浓度小于等于所述浓度阈值。
61.步骤s206，当工作面在爬坡过程中发生冒顶，则建立止浆墙将冒顶所形成的空腔封闭并预留冒顶填充注浆孔。
62.步骤s207，从所述冒顶填充注浆孔内注入多类高分子充填体进行填充。
63.在其中一个实施例中，所述从所述冒顶填充注浆孔内注入多类高分子充填体进行填充，具体包括：
64.从所述冒顶填充注浆孔内先注入第一类高分子充填体，直到第一类高分子充填体将所述空腔下部预设比例的下部空间充填完毕；
65.从所述冒顶填充注浆孔再次注入第二类高分子充填体，直到第二类高分子充填体将所述空腔的剩余上部空间充填完毕。
66.在其中一个实施例中，所述第一类高分子充填体的强度小于所述第二类高分子充填体的强度。
67.步骤s208，拆除止浆墙。
68.步骤s209，采煤机截割下部第一类高分子充填体后通过该冒顶区域。
69.具体来说，如图3所示为向斜剖面图。当工作面回采至向斜轴部开始爬坡时，针对
这一段走向范围内工作面顶板较为破碎的特点，执行步骤s201。如图4所示对超前工作面100m走向范围内，在综采工作面回风巷1的回风巷下帮12、综采工作面运输巷2的运输巷上帮21每隔25m打预注浆孔3。如图5所示，回风巷1包括回风巷上帮11和回风巷下帮12，运输巷2包括运输巷上帮21和运输巷下帮22。预注浆孔3与水平方向呈5
°
夹角，然后利用注浆泵32通过预注浆孔注浆管路31对施工完毕的预注浆孔3加注高分子材料提前加固顶板4。
70.同时执行步骤s202，在工作面倾向整体范围内以1#支架5作为起点布置第一组注浆点6，每隔10台支架布置一组注浆点6直至工作面最后一台支架5，每组注浆点6以支架5为起点向采空区布置一条5m长的注浆管路7深入到采空区9，伴随着工作面不断向前推进，由支架5拖拽注浆管路7向前移动。在此过程中执行步骤s203，安排专人记录工作面在回采过程中留顶煤的厚度，对留顶煤厚度超过1cm的区域通过预置的注浆管路7泵送黄泥浆至该区域对应的采空区位置，直至肉眼可见黄泥浆将该区域充填完毕为止。其中，对留顶煤厚度超过1cm的区域可以选择最近的注浆点6的注浆管路7对该区域泵送黄泥浆。同时执行步骤s204,在每组注浆点6位置各安装一台一氧化碳监测仪8，检测每组注浆点6的一氧化碳浓度。一旦一氧化碳监测仪8监测到一氧化碳浓度超过20ppm时，触发步骤s205，利用泥浆泵继续对该区域对应的采空区加注黄泥浆，直至该处一氧化碳监测仪8监测到的一氧化碳浓度下降至20ppm以下为止。具体来说，每一注浆点6对应一个区域的采空区，例如可以以注浆点6为中心，预设半径范围内的区域均作为该注浆点6对应的区域。支架5优选为液压支架。
71.当工作面在爬坡过程中发生冒顶，导致在工作面顶板形成空腔后，如图6和图7所示，执行步骤s206，用单体、木板、金属网建立止浆墙12将空腔11封闭并预留注浆孔。然后执行步骤s207，从所述冒顶填充注浆孔内注入多类高分子充填体10进行填充。具体先配制1:30的第一类高分子充填体101，使用注浆泵通过之前预留的注浆孔对空腔11加注高分子充填体，直至高分子材料将煤壁范围的空腔11下部空间充填完毕为止。1:30的第一类高分子充填体101发泡比例大，强度低，即节省材料使用量又可以支撑上部充填体，由于强度较低，便于后期采煤机13对其截割。然后再配制1：10的第二类高分子充填体102，使用注浆泵通过之前预留的注浆孔对空腔11加注高分子充填体，直至高分子材料将空腔11上部剩余空间充填完毕为止。可以在空腔11上部预留一个注浆孔依次注入第一类高分子充填体101和第二类高分子充填体102。也可以在空腔11上部预留一个注浆孔在下部也预留一个注浆孔。从下部注浆孔注入第一类高分子充填体101，在上部注浆孔注入第二类高分子充填体102。1:10的第二类高分子充填体102强度高，易于与空腔11上部结合形成人工假顶，为工作面顺利通过该处冒顶区域做好准备。当空腔11内的高分子充填体凝固并完全达到设计强度后，拆除止浆墙12，此时采煤机13在1:10的第二类高分子充填体102形成的人工假顶掩护下通过直接截割下部1:30的第一类高分子充填体101向前推进并最终顺利通过该冒顶区域。
72.本实施例通过预注高分子材料加固了工作面顶板，减小了工作面发生冒顶事故的风险。消除了工作面在过向斜爬坡过程中采空区自燃发火的隐患。解决了工作面在过向斜爬坡过程中工作面冒顶导致推进缓慢的难题，提高了安全性。
73.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。