一种采煤工作面末采回撤通道切顶卸压护巷方法

摘要

一种采煤工作面末采回撤通道切顶卸压护巷方法，属于采矿工程矿压控制与巷道维护技术领域，可解决现有工作面停采线和采区大巷之间保护煤柱尺寸大而导致采区采出率低的问题，本发明是一种通过深孔预裂煤层顶板切断工作面采动超前支撑压力的传播路径，并提供一种沿着停采线位置提前开掘工作面支架设备回撤通道并深孔预裂煤层顶板切断工作面采动超前支撑压力的传播路径，保护采区大巷不受两侧回采工作面采动影响和缩小工作面停采线与采区大巷之间保护煤柱的宽度以提高采区采出率的方法。本发明在保证采区大巷安全稳定的前提下，提高了不可再生煤炭资源的采区采出率。

说明书

技术领域

本发明属于采矿工程矿压控制与巷道维护技术领域，具体涉及一种沿着停采线位置提前开掘支架设备回撤通道并深孔预裂煤层顶板切断工作面采动超前支撑压力的传播路径，保护采区大巷不受两侧回采工作面采动影响和缩小停采线与采区大巷之间保护煤柱以提高采区采出率的方法。

背景技术

煤炭是保障我国国民经济快速发展的基础能源，为满足市场需求，我国煤炭生产企业的生产规模越来越大。在目前的生产技术条件下，我国井工矿井多采用采区式生产系统。采区是井田内具有独立运输和通风系统的开采块段，在采区走向中部位置布置采区运输上（下）山、采区轨道上（下）山，分别负责整个采区采掘工作面的运输和通风任务，简称采区大巷。采区大巷贯穿整个采区，一般布置在采区走向中央位置，在采区大巷两侧分别布置长壁工作面而形成双翼采区。采区大巷服务年限长，一旦失稳变形破坏严重，将会影响到整个采区的生产，所以要求采区大巷支护状况良好且围岩保持稳定。采区大巷位于采区走向中部位置，受到两侧回采工作面的采动影响，其维护状况除了受巷道所处位置的自然因素影响外，主要取决于两侧回采工作面的采动影响。

为了确保采区大巷的安全性，采区大巷两侧回采工作面一般都留设宽度较大的保护煤柱而确定停采线位置，有的保护煤柱宽度甚至超过100m。留设大宽度保护煤柱不仅浪费大量宝贵的不可再生煤炭资源，降低采区采出率，不符合当前我国高产高效矿井建设要求；而且采空区遗留煤体多，存在采空区遗煤自燃发火隐患，威胁整个矿井的长远发展。在工作面停采线与采区大巷之间留设较大宽度的保护煤柱减弱两侧工作面对采区大巷的采动影响与建设高产高效现代化矿井、提高采区采出率之间的矛盾是我国井工矿井目前面临的主要矛盾之一。

在公开文献中可以获得公开号为CN106321049 A的“利用水力压裂卸压优化停采线位置的方法及装置”专利，其优化停采线位置的方法是沿采区巷道长度方向间隔预设多个顺次排列的水力压裂卸压孔进行水力压裂卸压，形成切割裂缝而减少工作面超前支撑压力对采区巷道的影响。这种方法至少存在两个缺点或不足之处，其一是没有明确水力压裂卸压的时机，可能会对工作面正常回采等生产工作造成影响；其二是岩体中包含许多天然缺陷，例如孔隙、微裂缝等，由于水的渗透性很强，在高压水力作用下，这些天然孔隙、裂隙就会成为导水通道，使高压水渗流而降低压力，达不到致裂岩体所需的力度要求。水压致裂通过管路输送压力达50~60MPa的高压水，因此，管路连接处可能存在被冲破的危险，而一旦管路连接处被冲破，压力达到50~60MPa的高压水破坏力很大，会对周围的设备以及施工人员造成一定伤害，存在很大的安全隐患。

为了减弱两侧回采工作面对采区大巷的采动影响，缩小停采线与采区大巷之间的保护煤柱尺寸，在保证采区大巷安全稳定的前提下，为提高不可再生煤炭资源的采区采出率，迫切需要寻求一种沿着停采线位置提前开掘支架设备回撤通道并深孔预裂煤层顶板切断工作面采动超前支撑压力的传播路径，保护采区大巷不受两侧回采工作面采动影响和缩小工作面停采线与采区大巷之间保护煤柱的宽度以提高采区采出率的方法。

发明内容

本发明针对现有工作面停采线和采区大巷之间保护煤柱尺寸大而导致采区采出率低的问题，提供一种采煤工作面末采回撤通道切顶卸压护巷方法，本发明是一种通过深孔预裂煤层顶板切断工作面采动超前支撑压力的传播路径，并提供一种沿着停采线位置提前开掘工作面支架设备回撤通道并深孔预裂煤层顶板切断工作面采动超前支撑压力的传播路径，保护采区大巷不受两侧回采工作面采动影响和缩小工作面停采线与采区大巷之间保护煤柱的宽度以提高采区采出率的方法。

本发明采用如下技术方案：

一种采煤工作面末采回撤通道切顶卸压护巷方法，包括如下步骤：

第一步，计算确定回采工作面老顶的周期来压步距L，，式中，L为采区大巷两侧回采工作面老顶的周期来压步距；h₂为煤层老顶岩层的厚度；q为上覆岩层受重力作用而施加在煤层老顶岩层上的均布载荷；R_T为老顶岩层的极限抗拉强度；

第二步，在距离采区大巷S=2L的位置，确定工作面回采结束时，回采设备回撤通道的位置，即工作面停采线位置与采区大巷之间的保护煤柱宽度S=2L；

第三步，当工作面回采巷道掘进和开切眼支架等回采设备安装完成后，在确定的工作面停采线位置按照与采区大巷平行的方向沿煤层底板开掘一条工作面支架及其他回采设备的回撤通道，回撤通道宽度为2m，回撤通道高度为工作面液压支架的最低支撑高度，回撤通道顶板和靠近采区大巷的侧帮采用金属锚杆或锚索及金属网联合支护，回撤通道靠近回采工作面的侧帮采用可切割玻璃钢锚杆及阻燃塑料网联合支护；

第四步，从回撤通道一端距离该端头10m位置开始，在回撤通道内顶板中间位置打设深孔预裂钻孔，所有钻孔偏向回撤通道开始打孔端45°，即钻孔与竖直方向间的夹角为45°；钻孔直径Φ=75mm；钻孔深度H=（h₁+h₂）÷sin45°，h₁为回采煤层直接顶的厚度，h₂为回采煤层老顶的厚度；相邻钻孔之间的间隔距离l=5m，当最后一个钻孔与回撤通道另一端之间的距离不足10m时，停止打设钻孔，所有打设的钻孔沿回撤通道走向成一条直线，根据打设先后顺序按照从1开始依次给打设好的钻孔编号；

第五步，当所有钻孔都打设完成后，在回撤通道内洒水降尘，准备开始向钻孔内装填炸药，在编号为奇数的钻孔内装填炸药，作为爆破孔；在编号为偶数的钻孔内不装填炸药，作为导向孔提供自由面，引导顶板岩层沿着回撤通道走向开裂，即深孔爆破在顶板岩层内形成的预裂缝与采区大巷平行；

第六步，采用不耦合装药方式向爆破孔内装填炸药，采用双雷管、双导爆索引爆，2个雷管在爆破孔外采用并联方式连接，每3个爆破孔为一组并采用串联连接，若爆破孔不足3个时单独为一组，放炮母线绝缘良好，悬空吊挂；

第七步，采用炮棍将每个爆破孔所需的炸药逐卷装入孔内并推到孔底，装药量小的可以一次装入，装药长度为煤层老顶范围的钻孔长度，即装药长度为（h₂÷sin45°）；

装第一卷引药前，先把两根导爆索提前塞入药卷内，导爆索伸入药卷的长度为200mm，并用胶带缠好制成起爆药卷，再用炮棍将此药卷送入到爆破孔孔底；然后逐次装入剩余药卷，当装药长度达到设计要求后，再用炮棍把准备好的封孔炮泥装入爆破孔并振捣密实，封堵炮泥过程中不得损伤导爆索；

第八步，所有爆破孔装药封孔工作完成，由专职放炮员联线，线路连接好后，母线和脚线悬空，防止接地；

第九步，使用起爆器放炮，按组分次爆破。每组爆破孔之间采用“局部并联，总体串联”方式联线，每次起爆一组装药孔，按装药孔顺序从小到大依次起爆；

第十步，所有装药钻孔爆破完毕，待炮烟吹散，检查确认无拒爆情况后，在回撤通道两端施工密闭墙封闭回撤通道；

第十一步，工作面回采推进至回撤通道位置时，停止回采，拆除回撤通道两端的密闭墙，从回撤通道撤出工作面液压支架及其他回采设备。

所述深孔预裂钻孔由现有矿用钻孔设备按设计位置及参数打设，成孔直径为75mm。

所述炸药为三级煤矿许用乳化炸药，药卷尺寸规格为Φ60×500mm，重量规格为1.5 kg/卷。

所述雷管为煤矿许用8#瞬发电雷管，通电后可立即引发起爆。

所述导爆索为煤矿许用导爆索，以太安、黑索金炸药为药芯，用棉线和塑料编织丝等作包缠物，以塑料为防潮层组成，规格为Φ6.5±0.3mm，爆速≥6000m/s。

所述炮棍为Φ30 mm×2000 mm的套接胶木炮棍，相邻炮棍之间通过钢套连接；炮棍前端加工一个Φ50 mm×500 mm的木质炮棍头，增大炮棍与炸药卷及炮泥的接触面积；在炮棍前端的木质炮棍头上固定一根直径为3mm的细钢丝或尼龙绳，用于装药、封孔过程中从钻孔内退出炮棍时牵引炮棍头，防止炮棍在套接处脱落。

所述封孔炮泥为由矿用炮泥机用沙子与黄土制作的圆柱状长条形炮泥，封堵已装填好炸药的爆破孔，炮泥尺寸规格为Φ60mm×200m，炮泥质地均匀，软硬适中，表面光滑，用炮棍将炮泥送入已装填好炸药的爆破孔并振捣密实，防止爆破过程中产生明火。

所述爆破孔的封孔过程分两次进行，第一次先封孔至距孔口1m处；第二次封孔时，将雷管、导爆索捆绑牢固后塞入孔内空段再封孔，直到爆破孔全部封满捣实。

所述起爆器为煤矿许用起爆器，用于煤矿井下爆破中引发电雷管，适用于瓦斯及煤尘爆炸危险的矿井环境。

所述回撤通道两端头的密闭墙为砖石砌筑的临时密闭墙，墙体四周掏槽见硬帮硬底，砌筑的墙体竖缝错开，横缝水平，排列整齐，砂浆饱满，墙面用细灰砂浆勾缝或满抹。

本发明的有益效果如下：

上述本发明所提供的技术方案通过沿着停采线位置提前开掘工作面支架及其他回采设备回撤通道并深孔预裂煤层顶板切断工作面采动超前支撑压力的传播路径，减弱了两侧回采工作面对采区大巷的采动影响，缩小了停采线与采区大巷之间的保护煤柱尺寸，在保证采区大巷安全稳定的前提下，提高了不可再生煤炭资源的采区采出率。

与现有技术相比，本发明根据回采煤层顶底板岩层的结构及各岩层的物理力学性质计算确定回采工作面老顶的周期来压步距，并以两倍回采工作面煤层老顶的周期来压步距作为采区大巷与停采线之间的保护煤柱宽度尺寸，减小了因留设保护煤柱而损失的不可再生煤炭资源，提高了采区煤炭资源采出率，减少了采空区遗煤量。通过在确定的停采线位置提前开掘工作面支架及其他设备的回撤通道，在回撤通道顶板布置爆破孔和导向孔，并在爆破孔内装填炸药预裂煤层顶板，在回撤通道顶板岩层内形成一条与采区大巷平行的预裂缝，切断回采工作面超前支撑压力在顶板岩层中的传播路径，减弱了两侧回采工作面对采区大巷的采动影响，可实现在留设较小宽度保护煤柱的情况下实现采区大巷围岩的安全稳定。

附图说明

图1是本发明采区大巷及两侧回采工作面布置平面示意图；

图2是本发明停采线处回撤通道内钻孔布置示意图；

图3是本发明炮棍及相互套接示意图；

图4是本发明起爆药卷及导爆索连接示意图；

图5是本发明爆破孔内装填炸药及封孔示意图；

图6是本发明实施例综放工作面回撤通道内钻孔布置平面示意图。

其中：1-采区运输上（下）山；2-采区轨道上（下）山；3-回采工作面；4-采空区；5-左侧停采线；6-右侧停采线；7-回撤通道Ⅰ；8-回撤通道Ⅱ；9-煤层直接顶；10-煤层老顶；11-钻孔；12-木质炮棍头；13-钢丝绳；14-连接钢套；15-胶木炮棍；16-导爆索Ⅰ；17-起爆药卷；18-导爆索Ⅱ；19-炸药卷；20-封孔炮泥；21-雷管；22-脚线；23-综放工作面；24-回风巷道；25进风巷道。

具体实施方式

结合实施例，对本发明进一步说明。

某矿采用采区式布置走向长壁工作面，综采放顶煤工艺回采平均厚度为5.2m的15#煤层，煤层倾角平均为4°，在采区走向中央位置布置了一条采区运输巷道和一条采区回风巷道，分别负责采区两侧采掘工作面的运输和通风任务。

该采区以往综放工作面老顶周期来压步距平均为13m，停采线与采区大巷之间的保护煤柱宽度为80m，但采区大巷依然受两侧工作面采动影响严重，工作面回采接近停采线附近时，采区大巷道出现严重的变形，具体表现形式为顶板离层、局部塌落以及较大范围的冒顶，严重威胁该采区大巷的安全稳定。

该采区一侧某综放工作面倾向长度为190m，工作面走向长度为860m。根据地质钻孔资料显示，15#煤层直接顶为4.2m厚的砂质泥岩或泥岩，老顶为5.6m厚的K₂灰岩，计算确定老顶的周期来压步距L=16m。应用本发明提供的技术方案，确定该综放工作面停采线位置与采区大巷之间的保护煤柱尺寸S=2L=2×16=32m。

当该综放工作面回采巷道掘进和开切眼支架等回采设备安装完成后，在距离采区大巷32m的位置沿煤层底板开掘与采区大巷平行的支架设备回撤通道，回撤通道宽度为2m，高为工作面液压支架的最低高度3.2m，沿工作面倾向长190m。回撤通道顶板和靠近采区大巷的侧帮按照间排距900mm×900mm选用Φ22mm×2400mm的高强度螺纹钢锚杆及菱形金属网进行支护，每根锚杆使用K2335和Z2360树脂药卷锚固剂各一支，金属网为由10号铁丝编织的网孔尺寸为50×50mm的菱形金属网；回撤通道靠近回采工作面的侧帮按照间排距900mm×900mm选用Φ22mm×2000mm的玻璃钢锚杆和规格型号为PP180MS的矿用阻燃性塑料网进行支护。

当回撤通道掘进支护完成，在距该综放工作面回风巷道10m的回撤通道内顶板中央位置开始打设钻孔，钻孔倾向该综放工作面回风巷道45°角，钻孔直径为75mm，钻孔深度H=（h₁+h₂）÷sin45°=（4.2+5.6）÷sin45°=13.86m，相邻钻孔之间的间隔距离为5m，当回撤通道内最后一个钻孔与该综放工作面进风巷道之间的距离为10m时，停止打设钻孔。在回撤通道内共打设35个钻孔，编号依次为1#，2#，3#……，34#，35#。

当所有钻孔都打设完成后，在回撤通道内洒水降尘，准备开始向钻孔内装填炸药。在编号为奇数的钻孔（1#，3#，……，35#）内装填炸药，作为爆破孔，共18个装填炸药爆破孔；在编号为偶数的钻孔（2#，4#……，34#）内不装填炸药，作为导向孔提供自由面，共17个不装填炸药钻孔。

每个爆破孔的装药长度为（h₂÷sin45°）=5.6÷sin45°=7.92m，设计装填16节尺寸规格为Φ60×500mm的三级煤矿许用乳化炸药卷。装第一卷引药前，先把两根导爆索提前塞入药卷内，导爆索伸入药卷的长度为200mm，并用胶带缠好制成起爆药卷，再用炮棍将此药卷送入到爆破孔孔底；然后逐次装入剩余的15节药卷，当16节药卷都装入钻孔内后，再用炮棍把准备好的封孔炮泥装入爆破孔并振捣密实至距孔口1m位置，将2个雷管分别与2根导爆索连接捆绑牢固后塞入孔内空段再用炮泥封孔，直到爆破孔全部封满捣实。

所有共18个爆破孔装药封孔工作完成，由专职放炮员联线，线路连接好后，母线和脚线悬空，使用起爆器按3个爆破孔为一组分次爆破。所有装药钻孔爆破完毕，待炮烟吹散，检查确认没有拒爆情况，在回撤通道两端施工密闭墙封闭回撤通道。

工作面回采推进直至到达回撤通道位置过程中，在采区大巷设置巷道表面位移观测站，观测记录采区大巷顶底板及两帮的位移量。观测记录结果表面，在该综放工作面回采开始至回采推进到停采线位置的8个月时间内，采区大巷顶底板及两帮的位移量都小于2mm，没有出现局部塌落或冒顶的现象，几乎没有受到该工作面的采动影响而始终保持稳定状态。

该综放工作面使用本发明一种采煤工作面末采回撤通道切顶卸压护巷方法提供的具体技术方案确定停采线与采区大巷之间的保护煤柱为32m，在停采线位置提前开掘支架及其他设备回撤通道并实施深刻预裂爆破，与原来留设80m保护煤柱相比，不仅多回采了48m煤炭资源（实际多回采约47400吨原煤），提高了采区采出率；而且通过布置巷道表面位移观测站，监测表明采区大巷几乎没有受到该工作面的采动影响而始终保持稳定状态，保护采区大巷取得了良好的效果。