一种深部孤岛工作面沿空掘巷围岩稳定性控制方法

摘要

本发明公开了一种深部孤岛工作面沿空掘巷围岩控制方法，包括如下步骤：在孤岛工作面的相邻两工作面回采前进行预裂断顶，使其在工作面端头不能够形成铰接结构，避免关键层铰接岩梁将相邻工作面覆岩采动应力向本工作面传递；沿空掘巷支护系统中选择恒阻大变形锚杆，同时增加实体煤壁侧和顶板侧锚索长度，使得锚杆能够通过变形来卸压，锚索能够将围岩集中应力向更远的实体煤壁侧转移；在孤岛工作面超前3‑4周期来压步距向实体煤壁侧倾斜向下布置卸压钻孔；在窄煤柱侧进行喷浆处理。本发明有效的减小深部工作面应力集中程度，达到减小支架、支柱和支护阻力，提高了煤炭资源的回采率，同时提高了工作面安全高效回采效率，具有重大的技术和经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及深部孤岛工作面沿空掘巷围岩领域，具体涉及一种深部孤岛工作面沿空掘巷围岩稳定性控制方法。

背景技术

井工开采在我国煤矿中占有重要的比例，当工作面单翼条带式布置时，为了便于采掘接替和避免集中生产等原因，一般采用跳采，从而形成众多的孤岛工作面。由于孤岛工作面相对于普通工作面应力集中程度大，造成工作面支架阻力大、巷道支护困难。传统的区段煤柱宽度为30-50m，回采过程中巷道围岩变形量大，直接危险着工作面安全高效回采。目前沿空留巷技术日趋成熟，该技术通过留设窄煤柱提高煤炭资源的回采率，同时将沿空掘巷布置在围岩应力降低区域，能够有效的控制巷道围岩变形。但是随着浅部煤炭资源的日益枯竭，国内外都陆续进入深部资源的开采，矿井开采达到一定深度，工作面经常出现压架等问题，巷道围岩表现出高地应力、大变形(严重底臌等)、分区破裂化、冲击地压、煤与瓦斯突出等非线性物理现象时，即使采用沿空掘巷技术，巷道围岩也很难进行有效控制，严重的阻扰着工作面安全高效回采。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种深部孤岛工作面沿空掘巷围岩稳定性控制方法。主要的技术措施从沿空掘巷的围岩稳定性的“大、小”结构入手进行综合控制，其中大结构指在孤岛工作面的相邻两工作面回采前进行预裂断顶，小结构指沿空掘巷后的支护系统中选择恒阻大变形锚杆、加长锚索，在孤岛工作面超前3-4周期来压步距向实体煤壁侧倾斜向下布置卸压钻孔，最后对窄煤柱侧进行喷浆处理。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种深部孤岛工作面沿空掘巷围岩控制方法，包括如下步骤：

第一阶段、回采相邻工作面时，在靠近孤岛工作面侧巷道内超前工作面3-4个周期距离处倾斜向基本顶打一排密集钻孔，利用超前集中应力进行欲裂断顶，待相邻工作面上覆岩层稳定后进行沿空掘巷，相同的方法在相邻工作面使用；

第二阶段、在回采孤岛工作面中，实体煤壁侧可以通过适当的变形达到卸压目的，此时就要求实体煤壁侧支护系统中的锚杆是恒阻大变形锚杆，实体煤壁侧和顶板侧锚索的长度增加。

第三阶段：在孤岛工作面回采前超前3-4周期来压步距向实体煤壁方向侧斜着向下布置卸压钻孔，钻孔深度为3-4倍的巷道宽度，直径一般为53-75mm，距离巷道底板侧为1m，间隔距离为2m。

第四阶段：为防止相邻采空区有害气体通过窄煤柱涌出或者沿空掘巷空气进入到相邻采空区引起遗煤自燃等安全问题，在窄煤柱侧进行喷浆处理。

本发明具有以下有益效果：

(1)由于相邻工作面超前工作面3-4个周期通过钻孔欲裂断顶来减弱超前支撑应力的影响，减小了相邻工作面的支架阻力、支护阻力，达到了相邻工作面安全高效回采。

(2)能够有效减小孤岛工作面应力集中程度，减少了回采过程中工作面支架阻力、超前支撑单体液压支柱强度以及支护强度，减轻了工作人员的劳动量，保障了支架、支柱和锚杆(索)的安全性。

(3)能够有效的减小沿空巷道围岩变形，由于基本顶形不成铰接结构，巷道围岩应力集中程度减小，恒阻大变形锚杆能够通过变形来达到卸压的效果，并且增长锚索能够将围岩集中应力向实体煤壁侧更深处转移，同时超前工作面向煤层打钻孔进一步确保了卸压效果，整体上减小了巷道的支护强度，达到了减少支护费用的目的，增加了工作面安全高效回采。

(4)由于采用留设窄煤柱沿空掘巷，相比于传统煤柱能够明显的提高煤炭资源的回采率，同时便于工作面快速顺利衔接。

综上可以看出，这种深部孤岛工作面沿空掘巷围岩稳定性控制方法能够达到“两高两减两效益”。即有效的减小深部工作面应力集中程度，达到了减小支架、支柱和支护阻力，提高了煤炭资源的回采率，提高了工作面安全高效回采效率，具有一定的技术和经济效益。

附图说明

图1为深部孤岛工作面沿空掘巷围岩稳定性控制布置剖面示意图

图中：1-相邻工作面1；2-相邻工作面2；3-孤岛工作面；4-靠近孤岛工作面侧巷道；5-基本顶；6-密集钻孔；7-窄煤柱；8-沿空掘巷；9-沿空掘巷实体煤壁侧；10-沿空掘巷底板侧；11-沿空掘巷顶板侧；12-卸压钻孔；13-沿空掘巷窄煤柱侧。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种深部孤岛工作面沿空掘巷围岩稳定性控制方法，包括如下步骤：

第一阶段、回采相邻工作面1时，在靠近孤岛工作面侧巷道4内超前工作面3-4个周期距离处倾斜向基本顶6打一排密集钻7孔，利用超前集中应力进行欲裂断顶，待相邻工作面上覆岩层稳定后进行沿空掘巷8。相同的方法在相邻工作面2使用。

第二阶段、在回采孤岛工作面3中，实体煤壁侧9可以通过适当的变形达到卸压目的，此时就要求实体煤壁侧9支护系统中的锚杆是恒阻大变形锚杆，实体煤壁侧9和顶板侧11锚索的长度增加。

第三阶段：在孤岛工作面3回采前超前3-4周期来压步距向实体煤壁9方向侧斜着向下布置卸压钻孔12，钻孔深度为3-4倍的巷道宽度，直径一般为53-75mm，距离巷道底板侧10为1m，间隔距离为2m。

第四阶段：为防止相邻1、2采空区有害气体通过窄煤柱涌出或者沿空掘巷8空气进入到相邻1、2采空区引起遗煤自燃等安全问题，在窄煤柱侧13进行喷浆处理。

具体的，包括如下步骤：

S1、为了减小相邻工作面1、2上覆岩层应力传递到孤岛工作面3，在回采相邻工作面1、2时，因为孤岛工作面两侧采取的措施一样，本申请中只说明工作面(1)采取措施，当工作面1回采结束后工作面2采取相同的措施。在靠近孤岛工作面侧巷道4内超前工作面3-4个周期距离处向基本顶5打一排密集钻孔6，随着工作面推进，超前应力将会使弱化的基本顶5提前发生垮落，减小工作面1支架阻力，同时使工作面1和孤岛工作面3上覆岩层中不能够形成铰接结构，避免铰接岩梁将相邻工作面1覆岩采动应力向孤岛工作面3传递，待相邻工作面1上覆岩层活动稳定后进行留设窄煤柱7沿空掘巷8。

S2、由于沿空掘巷8布置在围岩应力降低区，靠近采空区的煤柱7应力相对于实体煤壁侧9围岩应力较小，而受孤岛工作面3的影响，巷道实体煤壁侧9应力集中程度较大，在孤岛工作面3回采的过程中，超前应力范围内沿空掘巷巷道8围岩应力集中程度将显著增加，造成实体煤壁侧9变形量较大，同时也增加了巷道底板侧10的变形量。实体煤壁侧9可以通过适当的变形达到卸压目的，此时就要求支护系统中的锚杆具恒定阻力且有一定的可伸长性，即恒阻大变形锚杆专利号201010196197.2，确保超出变形量后不影响其支护的整体强度。在实体煤壁侧9和顶板侧11锚索适当增长，这样就可以能够将围岩集中应力向实体煤壁侧9的更远距离转移，同时还能有效的保证顶板侧覆岩组合梁模式和同步运移，减小了巷道顶板11、实体煤壁侧9、底板侧变形量10。

S3、为了减小孤岛工作面3超前应力范围内的应力集中现象，同时在工作面回采前超前3-4周期来压步距向实体煤壁9侧倾斜着向下布置卸压钻孔12，钻孔深度为3-4倍的巷道宽度，直径一般为53-75mm，距离巷道底板侧10为1m，间隔距离为2m，钻孔一定程度上能将工作面3采前支撑压力进行卸压，避免实体煤壁侧9集中应力向沿空巷道底板侧10传递，保证实体煤壁侧9、底板侧10变形量在允许的范围内。

S4、虽然沿空掘巷窄煤柱侧13变形范围小，但是窄煤柱在沿空掘巷布置前处于实体煤壁塑性区，掘巷后窄煤柱受到关键岩块B的旋转下沉挤压，造成窄煤柱7煤体中有裂隙产生，为防止相邻采空区1、2有害气体通过窄煤柱涌出或者沿空掘巷8空气进入到相邻采空区1、2引起遗煤自燃等安全问题，在窄煤柱侧13需进行喷浆处理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。