綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法
2023-08-06 20:51:21
綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法
【專利摘要】本發明公開了一種綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法，將下區段的迴風巷道、上區段的運輸巷道布置在同一位置；先採工作面回採時，將巷道的頂板和實體煤一側的煤壁通過充煤袋維護起來，免受上覆巖層運動的破壞，保持其相對的完整性；將巷道採空區一側端頭支架上的頂煤下放下來，經注漿加固後用作為巷道採空區一側的煤幫；待先採工作面採完，上覆巖層運動穩定，同時巷道圍巖充分卸壓後，再對充煤袋和巷道鼓起的底板進行掘進，確保掘進工作在卸壓帶內進行。與現有技術相比，具有安全、高效、煤炭損失少、成本低、巷道工程質量高的優點。本發明由國家自然科學基金，編號為51374137項目研究完成。
【專利說明】綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤礦採煤巷道掘進方法，具體方法為，將上區段工作面開採時進入到採空區的運輸巷道充填起來，待上區段採空區上覆巖層運動穩定後，在上區段採空區原運輸巷道頂板下沿空掘進下區段迴風巷道的方法。
【背景技術】
[0002]目前，特厚煤層長壁工作面開採後，相鄰工作面沿採空區的回採巷道有沿空留巷、留窄煤柱沿空掘巷和留煤柱掘巷三種方法。
[0003]在特厚煤層長壁工作面沿空留巷需要在巷道的採空區一側構築混凝土牆。這種方法的缺點:首先是工程量很大，勞動強度大，成本很高；其次工作面下端頭是一個生產最繁忙的地方，在此構築混凝土牆，採煤工作將受到嚴重影響，工作面很難組織正規循環；第三，混凝土牆很快就受到頂板運動載荷的作用，來不及達到終凝強度，一旦達到強度極限受到破壞，頂板將隱藏著很大的不安全隱患。第四，由於混凝土牆受載較早，不能將載荷轉移到相鄰工作面煤體深處，要求該牆應具備很高的強度，在較高支承壓力作用下，巷道的頂、底板經常出現壓頂和底鼓現象，影響巷道正常的使用功能。第五，人工構築混凝土牆也增加了開採成本。
[0004]後採工作面的迴風巷道處於先採工作面採空區邊緣，對於留煤柱掘巷方式來說主要的缺點是:首先，當煤柱尺寸選擇不當時，可能使所掘巷道處於採空區邊緣支承壓力範圍內，導致巷道變形嚴重，維護困難，甚至產生危及生命安全的衝擊地壓。其次，為避開支承壓力峰值的影響，必須留較大尺寸的煤柱，增加煤炭損失，降低了煤炭的生產率。如何準確選擇出既不受支承壓力影響，又煤炭損失少的最優煤柱尺寸，還是一個難題。
[0005]留窄小煤柱沿空掘巷雖然理論上講巷道圍巖處於卸壓帶，避開了峰值支承壓力的影響，但巷道變形嚴重，巷道維修量巨大，需要開幫擴寬，臥底拉架，勞動強度大，工效低。現場實際要找出卸壓和支護的平衡點也是很難的，不僅如此，沿空巷道實體煤一側也經常受衝擊礦壓隱患的威脅。
【發明內容】
[0006]本發明的目的就是要提供一種綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法，與現有技術相比，具有安全、高效、煤炭損失少、成本低、巷道工程質量高的優點。
[0007]為達到上述目的，本發明採用如下技術方案:
一種綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法，包括以下步驟:在採、盤區內劃分區段，在區段的上部邊界布置工作面迴風巷道，在區段的下部邊界布置工作面運輸巷道，用開切眼聯結上部工作面迴風巷道和下部運輸巷道形成採煤系統，布置出長壁綜採放頂煤工作面；按照正常開採順序進行開採，上區段工作面為先採工作面，下去段工作面為後採工作面。先採工作面開採時，運輸巷道一側的端頭支架不放頂煤，支架向前推移後，端頭支架上方的頂煤自然垮落到採空區；同時，向進入到採空區內的運輸巷道內充填填充物，邊開採邊充填；上區段採完後，上區段的上覆巖層持續運動，上區段運輸巷道的頂板和下幫在垮落頂煤和充填體的支承下充分洩壓，同時也得到保護；待上覆巖層運動結束，形成力學平衡結構之後，在原運輸巷道頂板之下對充填物和運輸巷道鼓起的底板進行掘進，同時對上幫垮落的頂煤進行支護成為新的巷道上幫，所掘出巷道用作為下區段的工作面迴風巷道。
[0008]進一步的，在上區段開採前，加強上區段下運輸巷道頂板和實體煤幫的支護參數，使其能夠承受多次採動以及掘進的影響。
[0009]進一步的，端頭支架移走後，向該處運輸巷道上幫自然垮落並堆積的頂煤進行注漿，預防鬆散堆積的頂煤漏風和自燃。
[0010]進一步的，充填填充物時，每隔一定距離，在上區段的下運輸巷道內構建隔離牆，將填充物封閉到採空區。
[0011]進一步的，新掘進形成的下區段上迴風巷道的上幫進行錨注支護，頂板和下幫局部修復。
[0012]進一步的，用緻密防漏風材料薄噴新掘巷道的上幫，隔絕與一切可能與採空區導通的通道。
[0013]進一步的，用填充物保護上區段運輸巷道頂板時，既要確保充填體充實巷道，並具有一定的剛度，又要使頂底板和實體煤幫有足夠的卸壓空間，留有縮量。
[0014]進一步的，所述的填充物為充煤袋或煤堆的至少一種。
[0015]本發明的工作原理以及有益效果表現在:
本發明的精髓是將在上區段的運輸巷道進行了充填保留，然後待上區段開採完畢後，再在本巷道位置進行重新掘進，形成下區段的上迴風巷道。
[0016]在保護巷道中採用以下輔助手段:隨著開採的推進在原巷道內充填填充物(充煤袋或者堆煤)；位於巷道採空區側的端頭支架不放煤，其上頂煤自然垮落，形成對頂板的新的支撐。在此區域上覆巖層運動穩定後，形成力學平衡拱，對巷道圍巖提供掩護。
[0017]綜上，本發明的有益效果表現在:
1、不留煤柱，減少現有開採方法煤炭損失的問題:原來的採煤方式是在下區段一側，與上區段的運輸巷道一定距離位置重新開掘一個新的迴風巷道，也就是說須要在上區段的運輸巷道與下區段的迴風巷道之間設留一定的煤柱，才能獲得支撐強度，保證進一步的開採，此煤柱只能丟棄，不能回收；同時原有端頭支架上方的頂煤因支架與運輸機的結構問題也不能採出。但採用本方法之後，一是不用再預留煤柱，原來須要預留的煤柱能夠全部被開採出來，二是端頭支架的煤層得到了利用，自然垮塌後作為巷道頂板的支撐。
[0018]2、開採時間加快，原有的方法上區段開採後需要等待較長時間才能掘進相鄰的下區段巷道，接續時間長，一般超過六個月；採用本方法後，巷道掘進在採空區的邊緣地帶進行，在上覆巖層力學平衡結構的掩護下很快穩定，等待時間短。
[0019]3、下區段的上迴風巷道是在上區段採空區上覆巖層力學平衡結構(拱形結構)形成之後掘出的巷道，該巷道將在此平衡結構的掩護下使用，始終處於壓力降低區，不受支承壓力的影響，有利於巷道的維護，根除了衝擊地壓的不安全隱患。相應也減少了巷道維護對後採工作面採煤工藝的幹擾。
[0020]4、用端頭支架上方的頂煤作為沿空巷道採空區一側的煤幫，取材容易，不需運送和人工操作，有利於使用掘進機掘進和擴幫； 5、使用充煤袋或直接堆煤保護巷道的幫頂。既能使巷道的頂底板和實體煤幫充分卸壓，又能有效保護其穩定性，確保其再次使用，同時還有利於綜掘機的掘進。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本申請的技術方案，下面對技術描述中所使用的附圖作進一步說明，下面的附圖僅僅是本申請中的一種特例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得類似條件下其他的圖件；
圖1為本發明上、下區段結構示意圖；
圖2為上區段工作面開採過程中，上區段運輸巷充實，並且採空區頂板垮塌後形成的結構示意圖；
圖3為上區段工作面開採工程中，在進入到採空區的上區段運輸巷內構建隔離牆與封閉充煤袋的結構俯視示意圖；
圖4為在上區段採空區邊緣，沿著原上區段運輸巷道的頂板和下幫，重新掘進的下區段迴風巷道的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面未述及的相關技術內容均可採用或借鑑現有技術。
[0023]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本申請保護的範圍。
[0024]一種用於綜採放頂煤採空區原巷道頂板下完全沿空掘巷的方法，本發明由國家自然科學基金，編號為51374137項目研究完成。包括以下步驟:
首先在採、盤區內劃分區段。如圖1所示，在區段的上部邊界布置工作面迴風巷道，在區段的下部邊界布置工作面運輸巷道，用開切眼聯結上部工作面迴風巷道和下部運輸巷道形成採煤系統，布置出長壁綜採放頂煤工作面；按照正常開採順序進行開採，上區段工作面I為先採工作面，下去段工作面2為後採工作面。上區段下運輸巷道11位於上區段工作面的下部邊界。
[0025]上區段工作面開採前加強上區段下運輸巷道頂板和下幫的錨固支護參數，使之能承受多次採動和掘進的影響。
[0026]如圖2所示，上區段工作面採煤過程中:一方面用充煤袋3或煤堆保護進入到採空區的上區段運輸巷道頂板和下幫；另一方面讓下端頭支架不放頂煤，支架前移後，頂煤5自然垮落並堆積在運輸巷道的採空區一側(圖中為運輸巷道的右側)，作為新掘巷道(下區段上迴風巷道)的上幫。
用充煤袋3或煤堆保護巷道頂板時，要注意充實，但也要預留頂底板和實體煤幫的卸壓空間；每隔一定距離，在運輸巷道內構建隔離牆4，將充煤袋3或煤堆封閉到採空區內，防止自燃發火。
[0027]通過工作面下部支架的架間間隙，向垮落頂煤注漿和防滅火材料，封閉碎煤的空隙和裂縫。
[0028]待上區段工作面全部採完，並且上覆巖層運動穩定後，沿著原運輸巷道的頂板和下幫，開掘出充煤袋和鼓起的地板，新掘巷道的頂板和下幫只局部加以修復，上幫進行錨注支護。
[0029]用密實材料薄噴巷道表面，防止向採空區漏風。形成下區段的上迴風巷道，如圖4所示。
[0030]以上所述僅是本申請的優選實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現本申請。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本申請將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法，其特徵在於:包括以下步驟:在採、盤區內劃分區段，在區段的上部邊界布置工作面迴風巷道，在區段的下部邊界布置工作面運輸巷道，用開切眼聯結上部工作面迴風巷道和下部運輸巷道形成採煤系統，布置出長壁綜採放頂煤工作面；按照正常開採順序進行開採，上區段工作面為先採工作面，下去段工作面為後採工作面；先採工作面開採時，運輸巷道一側的端頭支架不放頂煤，支架向前推移後，端頭支架上方的頂煤自然垮落到採空區；同時，向進入到採空區內的運輸巷道內充填填充物，邊開採邊充填；上區段採完後，上區段的上覆巖層持續運動，上區段運輸巷道的頂板和下幫在垮落頂煤和充填體的支承下充分洩壓，同時也得到保護；待上覆巖層運動結束，形成力學平衡結構之後，在原運輸巷道頂板之下對充填物和運輸巷道鼓起的底板進行掘進，同時對上幫垮落的頂煤進行支護成為新的巷道上幫，所掘出巷道用作為下區段的工作面迴風巷道。
2.根據權利要求1所述的綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法，其特徵在於:在上區段開採前，加強上區段下運輸巷道頂板和實體煤幫的支護參數，使其能夠承受多次採動以及掘進的影響。
3.根據權利要求1所述的綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法，其特徵在於:端頭支架移走後，向該處運輸巷道上幫自然垮落並堆積的頂煤進行注漿，預防鬆散堆積的頂煤漏風和自燃。
4.根據權利要求1所述的綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法，其特徵在於:充填填充物時，每隔一定距離，在上區段的下運輸巷道內構建隔離牆，將填充物封閉到採空區。
5.根據權利要求1所述的綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法，其特徵在於:新掘進形成的下區段上迴風巷道的上幫進行錨注支護，頂板和下幫局部修復。
6.根據權利要求1所述的綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法，其特徵在於:用緻密防漏風材料薄噴新掘巷道的上幫，隔絕與一切可能與採空區導通的通道。
7.根據權利要求1所述的綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法，其特徵在於:用填充物保護上區段運輸巷道頂板時，既要確保充填體充實巷道，並具有一定的剛度，又要使頂底板和實體煤幫有足夠的卸壓空間。
8.根據權利要求1或4或7所述的綜採放頂煤採空區原巷道頂板下沿空掘巷的方法，其特徵在於:所述的填充物為充煤袋或煤堆的至少一種。
【文檔編號】E21C41/18GK103470261SQ201310457729
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】蔣金泉, 代進 申請人:山東科技大學