煤層開採避開動壓影響的沿空留巷方法
2023-10-05 03:48:14 2
煤層開採避開動壓影響的沿空留巷方法
【專利摘要】煤層開採避開動壓影響的沿空留巷方法，包括以下步驟：對煤層進行劃分開採區，並將開採區劃分若干個區段；第一區段迴風平巷和第一區段運輸平巷的前端進行開切眼作業，對開切眼向前進行開採作業形成工作面，開採後的工作面後方形成採空區；在採空區內距離工作面後方 L 米的位置，從此位置開始對第一區段運輸平巷重新進行返修，在這小於L米範圍即為沿空留巷臨時支護段，該段採用鋼架臨時支護結構，並輔以單體柱加強支護。本發明降低了留巷成本、減低了留巷的難度，並且留巷工作與工作面間隔一定距離，施工互不影響，返修後的巷道和隔離帶再次使用前不再經受大的動壓影響，巷道更加穩固，維護容易。
【專利說明】煤層開採避開動壓影響的沿空留巷方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤礦安全生產【技術領域】，具體涉及一種煤層開採避開動壓影響的沿空留巷方法。
【背景技術】
[0002]沿空留巷技術在我國煤礦開採中是一種較為成熟技術，其基本原理是把採煤工作面兩端的一條巷道在開採過程中維護住而不廢棄，巷道和採空區之間人為構築隔離帶，隔離帶一般在工作面後方開始構築，主要有固體物堆砌和膏體充填式兩種方式，留下的巷道為相鄰區段服務，因此實現了區段間的無煤柱護巷，提高了煤炭資源回收率，降低礦井掘進率，緩解採掘接替緊張，並且可以實現工作面Y型通風，解決了隅角瓦斯積聚，對預抽煤層瓦斯，降低工作面溫度，改善作業環境等也有益處。
[0003]但是，沿空留巷需要經歷多次採動應力作用，尤其是第一個工作面回採後，沿空留巷位於採空區邊緣，上覆巖層的垮落、下沉會對巷道兩幫(人工隔離牆和煤體)產生巨大影響，導致巷道圍巖變形量大，維護十分困難。雖然近年來，我國的沿空留巷技術在一些礦區逐漸推廣應用，巷旁充填及巷道支護技術也有了巨大發展，但由於採空區邊緣頂板下沉運動的趨勢仍然沒有改變，在大多數應用的礦井中，沿空留巷在採空區後方變形量仍然很大，在下一個工作面使用時，重新維修的工作量和難度也很大。
[0004]沿空留巷(gob-side entry retaining)煤礦在開採作業時,開採面兩側各有一條巷道構成完善的生產系統，這兩條巷道分別稱為運輸平巷和迴風平巷。採用一定的技術手段將上一區段的平巷重新支護留給下一個區段(相鄰的)使用。這種留巷的做法是沿著採空區邊緣在原平巷位置保留就稱為沿空留巷。沿空留巷可以最大限度回收資源，避免煤體損失，但由於留下的巷道要經受採空區動壓影響，往往變形較大，維護較為困難。
[0005]動壓的具體解釋為:因煤層開挖引起採空區周圍應力升高，由於應力升高大小和範圍往往隨採空工作面的位置改變而發生變化，所以又稱採動支承壓力。
[0006]目前，國內很多煤礦也一致對巷道局部變形較為嚴重的地段進行了針對性的修復，但巷道始終處於一種被動修復狀態，修復後的巷道仍出現變形，造成了工字鋼的反覆投入，投入了大量的材料及人工費用，同時修棚的安全管理難度也增大。
【發明內容】
[0007]本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種便於操作、工程量小、巷道維修徹底、安全可靠、不影響採掘作業的的煤層開採避開動壓影響的沿空留巷方法。
[0008]為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案:煤層開採避開動壓影響的沿空留巷方法，包括以下步驟:
1)、對煤層進行劃分開採區，並將開採區劃分若干個區段，在開採區內布置為各個區段服務的準備巷道，準備巷道後側的最左邊為第一區段，第一區段右側為第二區段，第二區段右側為第三區段，依次類推，準備巷道後側最右邊為第N區段； 2)、第一區段左側開設有與準備巷道垂直並連通的第一區段迴風平巷，第一區段和第二區段之間開設有與準備巷道垂直並連通的第一區段運輸平巷，第二區段和第三區段之間開設有與準備巷道垂直並連通的第二區段運輸平巷，第三區段和第四區段之間開設有與準備巷道垂直並連通的第三區段運輸平巷，依次類推，第N-1區段和第N區段之間開設有與準備巷道垂直並連通的第N-1區段運輸平巷；
3)、第一區段迴風平巷和第一區段運輸平巷的前端進行開切眼作業，對開切眼向前進行開採作業形成工作面，工作面即為採煤場所，開採後的工作面後方形成採空區；
4)、在採空區內距離工作面後方L米的位置，從此位置開始對第一區段運輸平巷重新進行返修，該範圍內的第一區段運輸平巷即為沿空留巷返修段，沿空留巷返修段的上覆巖層已經垮落穩定，動壓活動已結束，把第一區段運輸平巷斷面擴大，對煤壁進行加固，在第一區段運輸平巷靠近採空區一側構築隔離帶，第一區段運輸平巷的支護方式使用鋼架、使用錨固或錨固加注漿的加固方式，隔離帶採用固體堆砌、膏體充填或者簡單封閉後向採空區充填注漿形成一定寬度的隔離帶；對於埋藏淺、產量不大、煤層不存在發火危險、頂厚而鬆軟、垮落充分的工作面，對採空區一側的背幫密實輔以噴漿即可可；由於在距離工作面後方L米的第一區段運輸平巷要經受上覆巖層垮落、下沉運動的動壓影響，變形較大，在這小於L米範圍即為沿空留巷臨時支護段，該段採用鋼架臨時支護結構，並輔以單體柱加強支護，以適應頂板運動所帶來的第一區段運輸平巷大變形；
5)、隨著工作面的向前掘進，將工作面後方L米的位置的臨時支護結構及單體柱支護拆除，對該段的第一區段迴風平巷進行返修，返修方式同步驟4)，同時對距離工作面後方L米的第一區段運輸平巷的範圍內進行臨時支護，支護方式與步驟4)中的臨時支護方式相同，按此步驟直到第一區段採煤結束；
6)、對第二區段進行開採作業，返修及臨時支護方式與第一區段相同，依次類推，直到第N區段的煤層開採完畢。
[0009]對採空區處的第一區段運輸平巷重新進行返修和支護之前，即在步驟4)之前，將第一區段運輸平巷與開採區後方的邊界準備巷道連通，邊界準備巷道與準備巷道平行布置；若煤礦沒有邊界準備巷道，提前將第二區段的開切眼和右側的第二區段運輸平巷掘好，通過第二區段的開切眼和第二區段運輸平巷向第一區段運輸平巷的沿空留巷返修段進出人員和設備。
[0010]採用上述技術方案，避開動壓影響的沿空留巷，其中避開動壓影響就是在工作面後方一定距離，上覆巖層垮落、下沉運動基本趨於穩定後，通過對巷道進行擴刷修復後，必要時砌築隔離牆，並及時進行支護，這樣二次支護的巷道就避開了動壓的影響。
[0011]工作面後方一定距離L，這個距離的確定是根據對巷道變形和礦壓影響的基礎上，確定修復的最佳距離和返修方案。
[0012]對於從工作面後方至二次修復(返修)之間的巷道，需要採用臨時支護方式，此種支護方式要成本低並能夠適應大變形，一般採用礦用鋼架進行支護，並輔以加強支護，加強支護可以用單體柱、密集柱或移動式加強支護支架等方式。
[0013]巷道進行擴容修復(返修),就是在巷道避開動壓影響後，進行臥底、擴幫，使巷道斷面能夠達到使用要求。巷道的採空區側可以使用固體堆砌、膏體充填等方式，或者向採空區側注漿，加固採空區側破碎的巖塊做為隔離。巷道支護方式可以仍然使用鋼架支護，也可以使用錨固支護方式。如果工作面產量小、推進速度慢，煤層無自然發火傾向，可以直接使用鋼架支護，在採空區側背板密實並輔以巷道噴漿，可以不用再人為構築隔離帶。
[0014]本發明提出避開動壓影響的軟煤層沿空留巷道的方法進行研究與開發。本發明的基本構思是:在軟煤層中進行沿空留巷，由於圍巖極不穩定，導致巷道的支護非常困難，特別在受到採動的影響下，巷道支護後不久就會發生很大的變形，對於這樣的沿空留巷的維修將會帶來巨大困難，不合理的維修時機將會導致事半功倍，因此，確定合理的維修時機，避免了巷道的反覆修復，避開動壓的影響是勢在必行。本發明要實現的目標是:避開動壓影響到沿空留巷、減少巷道的變形，減小維修工作，增加巷道的使用壽命。
[0015]避開動壓影響的巷道支護是本申請的關鍵技術之一。首先要保證在不受到工作面採動影響，就不會出現了工字鋼支架棚梁彎曲、棚腿蹬出、梁腿脫口等現象，也不會影響運輸及行人安全。本發明提出在巷道不受動壓影響的情況下對巷道進行擴刷修復，即在工作面回採後對不受動壓影響巷道進行修復，使修復巷道出現最小的變形，達到控制圍巖穩定的目的，減少巷道的反覆修復，從而保證巷道的運輸及行人安全。
[0016]與傳統沿空留巷方法相比，避開動壓沿空留巷技術成本低、勞動效率高、巷道維護效果好、現場施工方便、與採面工序互不幹擾、對人工構築隔離牆的強度等參數要求較低，因而，此項技術在煤層自然發火傾向不高的中深及以淺礦井具有推廣價值。
[0017]本發明中沿空留巷在工作面採煤過程中，第一區段運輸平巷不廢棄，採取措施留下來做為第二區段的迴風平巷使用，同樣，第二區段採煤完成後，第二區段運輸平巷採取措施留下來做為第三區段的迴風平巷使用，第N-1區段採煤完成後，第N-1區段運輸平巷採取措施留下來做為第N區段的迴風平巷使用。
[0018]本發明中沿空留巷臨時支護段採用鋼架及單體柱進行支護，是由於鋼架等臨時支護方式成本低，架設方便，並且能夠重複利用，所以成本低、勞動量小。
[0019]沿空留巷返修段的巷道已經避開上覆巖層垮落的採動壓力，因此對人工隔離帶及巷道的支護強度要求均有所降低，施工工藝簡單，成本低。
[0020]若煤層瓦斯含量大，工作面推進速度快，需要沿空留巷返修段和沿空留巷臨時支護段承擔主要進風功能時，由於沿空留巷臨時支護段變形較大，巷道斷面變小，可能會影響通風，此時所述的避開動壓沿空留巷方法將不在適用。
[0021]本發明由於具有上述優點，所以近年來應用越來越廣泛，但由於其經受多次動壓影響，對人工隔離帶強度和支護時間有較高要求，造成留巷成本高，並且很難避免巷道在採空區動壓影響下不出現大的變形，第二區段使用時仍需要進行大工程量的返修，又進一步增加了成本和工程量。本發明的成果可以先利用臨時支護的方式避開動壓影響，然後對巷道進行返修，降低了留巷成本、減低了留巷的難度，並且留巷工作與工作面間隔一定距離，施工互不影響，返修後的巷道和隔離帶再次使用前不再經受大的動壓影響，巷道更加穩固，維護容易。因此，本發明在全國煤礦具有較高的推廣價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明的的結構示意圖；
圖2是圖1中A處的放大圖。
【具體實施方式】
[0023]如圖1和圖2所示，本發明的煤層開採避開動壓影響的沿空留巷方法，包括以下步驟:
1)、對煤層進行劃分開採區，並將開採區劃分若干個區段，在開採區內布置為各個區段服務的準備巷道1，準備巷道1後側的最左邊為第一區段2，第一區段2右側為第二區段3，第二區段3右側為第三區段4，依次類推，準備巷道1後側最右邊為第N區段；
2)、第一區段2左側開設有與準備巷道1垂直並連通的第一區段迴風平巷5，第一區段2和第二區段3之間開設有與準備巷道1垂直並連通的第一區段運輸平巷6，第二區段3和第三區段4之間開設有與準備巷道1垂直並連通的第二區段運輸平巷7，第三區段4和第四區段之間開設有與準備巷道1垂直並連通的第三區段運輸平巷，依次類推，第N-1區段和第N區段之間開設有與準備巷道1垂直並連通的第N-1區段運輸平巷；
3)、第一區段迴風平巷5和第一區段運輸平巷6的前端進行開切眼作業，對開切眼8向前進行開採作業形成工作面9，工作面9即為採煤場所，開採後的工作面9後方形成採空區10 ；
4)、在採空區10內距離工作面9後方L米的位置，從此位置開始對第一區段運輸平巷6重新進行返修，該範圍內的第一區段運輸平巷6即為沿空留巷返修段12，沿空留巷返修段12的上覆巖層已經垮落穩定，動壓活動已結束，把第一區段運輸平巷6斷面擴大，對煤壁進行加固，在第一區段運輸平巷6靠近採空區10 —側構築隔離帶11，第一區段運輸平巷6的支護方式使用鋼架、使用錨固或錨固加注漿的加固方式，隔離帶11採用固體堆砌、膏體充填或者簡單封閉後向採空區10充填注漿形成一定寬度的隔離帶11 ;對於埋藏淺、產量不大、煤層不存在發火危險、頂厚而鬆軟、垮落充分的工作面9，可以對採空區10—側的背幫密實輔以噴漿即可；由於在距離工作面9後方L米的第一區段運輸平巷6要經受上覆巖層垮落、下沉運動的動壓影響，變形較大，在這小於L米範圍即為沿空留巷臨時支護段13，該段採用鋼架臨時支護結構14，並輔以單體柱15加強支護，以適應頂板運動所帶來的第一區段運輸平巷6大變形；
5)、隨著工作面9的向前掘進，將工作面9後方L米的位置的臨時支護結構及單體柱支護拆除，對該段的第一區段迴風平巷5進行返修，返修方式同步驟4)，同時對距離工作面9後方L米的第一區段運輸平巷6的範圍內進行臨時支護，支護方式與步驟4)中的臨時支護方式相同，按此步驟直到第一區段2採煤結束；
6)、對第二區段3進行開採作業，返修及臨時支護方式與第一區段2相同，依次類推，直到第N區段的煤層開採完畢。
[0024]對採空區10處的第一區段運輸平巷6重新進行返修和支護之前，即在步驟4)之前，將第一區段運輸平巷6與開採區後方的邊界準備巷道16連通，邊界準備巷道16與準備巷道1平行布置；若煤礦沒有邊界準備巷道16，提前將第二區段3的開切眼8和右側的第二區段運輸平巷7掘好，通過第二區段3的開切眼8和第二區段運輸平巷7向第一區段運輸平巷6的沿空留巷返修段12進出人員和設備。
[0025]避開動壓影響的沿空留巷，其中避開動壓影響就是在工作面9後方一定距離，上覆巖層垮落、下沉運動基本趨於穩定後，通過對巷道進行擴刷修復後，必要時砌築隔離牆，並及時進行支護，這樣二次支護的巷道就避開了動壓的影響。
[0026]工作面9後方一定距離L，這個距離的確定是根據對巷道變形和礦壓影響的基礎上，確定修復的最佳距離和返修方案。
[0027]對於從工作面9後方至二次修復(返修)之間的巷道，需要採用臨時支護方式，此種支護方式要成本低並能夠適應大變形，一般採用礦用鋼架進行支護，並輔以加強支護，加強支護可以用單體柱、密集柱或移動式加強支護支架等方式。
[0028]巷道進行擴容修復(返修),就是在巷道避開動壓影響後，進行臥底、擴幫，使巷道斷面能夠達到使用要求。巷道的採空區10側可以使用固體堆砌、膏體充填等方式，或者向採空區10側注漿，加固採空區10側破碎的巖塊做為隔離。巷道支護方式可以仍然使用鋼架支護，也可以使用錨固支護方式。如果工作面9產量小、推進速度慢，煤層無自然發火傾向，可以直接使用鋼架支護，在採空區10側背板密實並輔以巷道噴漿，可以不用再人為構築隔離帶11。
[0029]本發明提出避開動壓影響的軟煤層沿空留巷道的方法進行研究與開發。本發明的基本構思是:在軟煤層中進行沿空留巷，由於圍巖極不穩定，導致巷道的支護非常困難，特別在受到採動的影響下，巷道支護後不久就會發生很大的變形，對於這樣的沿空留巷的維修將會帶來巨大困難，不合理的維修時機將會導致事半功倍，因此，確定合理的維修時機，避免了巷道的反覆修復，避開動壓的影響是勢在必行。本發明要實現的目標是:避開動壓影響到沿空留巷、減少巷道的變形，減小維修工作，增加巷道的使用壽命。
[0030]避開動壓影響的巷道支護是本申請的關鍵技術之一。首先要保證在不受到工作面9採動影響，就不會出現了工字鋼支架棚梁彎曲、棚腿蹬出、梁腿脫口等現象，也不會影響運輸及行人安全。本發明提出在巷道不受動壓影響的情況下對巷道進行擴刷修復，即在工作面9回採後對不受動壓影響巷道進行修復，使修復巷道出現最小的變形，達到控制圍巖穩定的目的，減少巷道的反覆修復，從而保證巷道的運輸及行人安全。
[0031]與傳統沿空留巷方法相比，避開動壓沿空留巷技術成本低、勞動效率高、巷道維護效果好、現場施工方便、與採面工序互不幹擾、對人工構築隔離牆的強度等參數要求較低，因而，此項技術在煤層自然發火傾向不高的中深及以淺礦井具有推廣價值。
[0032]本發明中沿空留巷在工作面9採煤過程中，第一區段運輸平巷6不廢棄，採取措施留下來做為第二區段3的迴風平巷使用，同樣，第二區段3採煤完成後，第二區段運輸平巷7採取措施留下來做為第三區段4的迴風平巷使用，第N-1區段採煤完成後，第N-1區段運輸平巷採取措施留下來做為第N區段的迴風平巷使用。
[0033]本發明中沿空留巷臨時支護段13採用鋼架及單體柱進行支護，是由於鋼架等臨時支護方式成本低，架設方便，並且能夠重複利用，所以成本低、勞動量小。
[0034]沿空留巷返修段12的巷道已經避開上覆巖層垮落的採動壓力，因此對人工隔離帶11及巷道的支護強度要求均有所降低，施工工藝簡單，成本低。
[0035]若煤層瓦斯含量大，工作面9推進速度快，需要沿空留巷返修段12和沿空留巷臨時支護段13承擔主要進風功能時，由於沿空留巷臨時支護段13變形較大，巷道斷面變小，可能會影響通風，此時所述的避開動壓沿空留巷方法將不在適用。
[0036]以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和範圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.煤層開採避開動壓影響的沿空留巷方法，其特徵在於:包括以下步驟: 1)、對煤層進行劃分開採區，並將開採區劃分若干個區段，在開採區內布置為各個區段服務的準備巷道，準備巷道後側的最左邊為第一區段，第一區段右側為第二區段，第二區段右側為第三區段，依次類推，準備巷道後側最右邊為第N區段； 2)、第一區段左側開設有與準備巷道垂直並連通的第一區段迴風平巷，第一區段和第二區段之間開設有與準備巷道垂直並連通的第一區段運輸平巷，第二區段和第三區段之間開設有與準備巷道垂直並連通的第二區段運輸平巷，第三區段和第四區段之間開設有與準備巷道垂直並連通的第三區段運輸平巷，依次類推，第N-1區段和第N區段之間開設有與準備巷道垂直並連通的第N-1區段運輸平巷； 3)、第一區段迴風平巷和第一區段運輸平巷的前端進行開切眼作業，對開切眼向前進行開採作業形成工作面，工作面即為採煤場所，開採後的工作面後方形成採空區； 4)、在採空區內距離工作面後方L米的位置，從此位置開始對第一區段運輸平巷重新進行返修，該範圍內的第一區段運輸平巷即為沿空留巷返修段，沿空留巷返修段的上覆巖層已經垮落穩定，動壓活動已結束，把第一區段運輸平巷斷面擴大，對煤壁進行加固，在第一區段運輸平巷靠近採空區一側構築隔離帶，第一區段運輸平巷的支護方式使用鋼架、使用錨固或錨固加注漿的加固方式，隔離帶採用固體堆砌、膏體充填或者簡單封閉後向採空區充填注漿形成一定寬度的隔離帶；對於埋藏淺、產量不大、煤層不存在發火危險、頂厚而鬆軟、垮落充分的工作面，對採空區一側的背幫密實輔以噴漿即可可；由於在距離工作面後方L米的第一區段運輸平巷要經受上覆巖層垮落、下沉運動的動壓影響，變形較大，在這小於L米範圍即為沿空留巷臨時支護段，該段採用鋼架臨時支護結構，並輔以單體柱加強支護，以適應頂板運動所帶來的第一區段運輸平巷大變形； 5)、隨著工作面的向前掘進，將工作面後方L米的位置的臨時支護結構及單體柱支護拆除，對該段的第一區段迴風平巷進行返修，返修方式同步驟4)，同時對距離工作面後方L米的第一區段運輸平巷的範圍內進行臨時支護，支護方式與步驟4)中的臨時支護方式相同，按此步驟直到第一區段採煤結束； 6)、對第二區段進行開採作業，返修及臨時支護方式與第一區段相同，依次類推，直到第N區段的煤層開採完畢。
2.根據權利要求1所述的煤層開採避開動壓影響的沿空留巷方法，其特徵在於:對採空區處的第一區段運輸平巷重新進行返修和支護之前，即在步驟4)之前，將第一區段運輸平巷與開採區後方的邊界準備巷道連通，邊界準備巷道與準備巷道平行布置；若煤礦沒有邊界準備巷道，提前將第二區段的開切眼和右側的第二區段運輸平巷掘好，通過第二區段的開切眼和第二區段運輸平巷向第一區段運輸平巷的沿空留巷返修段進出人員和設備。
【文檔編號】E21D11/00GK104500071SQ201410774360
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月16日 優先權日:2014年12月16日
【發明者】袁瑞甫, 李春傑, 喬卿付, 楊明, 劉銀先 申請人:河南理工大學