CN102778182B - 受动压影响的小煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种受动压影响的小煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压方法，包括如下步骤：采用巷道顶板深孔爆破作为切顶方法，在沿空掘进巷道的相邻工作面顺槽全长范围内布置切顶炮眼，并在工作面回采过程中实施分段爆破切顶作业；切顶炮眼位置应尽可能靠近小煤柱，切顶炮眼深度根据回采工作面采高和工作面顶板自由垮落高度确定；炮眼应超前工作面一定距离提前布置，并合理确定炮眼间距，然后进行装药及封孔工作；采取在工作面前方超前爆破或炮眼进入采空区后滞后爆破作业；相邻工作面回采完毕之后，基本消除相邻工作面动压对小煤柱沿空掘巷的本质不利影响，可立即进行沿空巷道掘进。本发明可保证回采工作面正常生产，并极大降低沿空巷道支护成本和难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种受动压影响下保证小煤柱沿空巷道安全掘进和巷道围岩控制效果的技术，具体地说是一种极大降低小煤柱沿空掘巷时和巷道使用过程中巷道围岩变形和支护难度的技术。
背景技术
区段内多个采煤工作面一般按顺序依次回采。相邻工作面之间需要留设煤柱隔离已采空间。传统的沿空掘巷一般在相邻工作面采完6个月以上开始施工，煤柱较小，沿空掘巷在工作面推进方向处于相邻采空区的后支承压力稳定带，侧向处于煤体塑性区，巷道维护相对容易。但由于采掘接替紧张，往往未等相邻工作面回采完毕或刚刚回采完毕便开始掘进沿空巷道，受相邻工作面采动动压影响，提前掘进的巷道围岩变形剧烈，锚杆等支护材料断裂严重，支护十分困难。为了解决这一难题，动压影响下的沿空掘巷多采用加大隔离煤柱宽度和掘巷后进行多次巷道修复和加强支护的方法来保证巷道围岩稳定性。
加大隔离煤柱宽度至小煤柱宽度的2倍以上，极大的浪费了有限的煤炭资源，缩短了矿井服务年限。多次巷道修复和加强支护的方法使巷道支护成本提高1倍以上，仍不能完全满足巷道安全生产之目标。因此，上述2种主要方法均不能满足受动压影响的沿空掘巷要求的提高资源回采率和确保巷道围岩稳定性之双重目标。
发明内容
本发明的任务在于解决现有受动压影响下的小煤柱沿空掘巷技术所存在的本质缺陷，提供一种全新的受动压影响的小煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压方法，该方法具有保证回采工作面正常生产及极大降低沿空巷道支护成本和难度的优点。
其技术解决方案是：
一种受动压影响的小煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压方法，其包括以下步骤：
a选择巷旁切顶的切顶方法、施工时间和地点
采取在工作面采动过程中，对工作面顺槽内顶板进行深孔爆破切顶卸压的方法。由于回采工作面采动后顶板及上覆岩层滞后运动的特征，沿空巷道的掘进一般要等工作面采毕6个月以上，否则巷道将会受到极强的采动影响导致作业环境不安全，巷道围岩变形不可控和支护成本急剧增加。采取在工作面采动过程中，对工作面全长顺槽内顶板爆破切顶使其冒落卸压的方法，可以及时消除动压对沿空掘巷的本质不利影响，确保巷道提前掘进。
b确定巷旁切顶卸压炮眼位置及深度
根据现场工作面情况合理确定巷旁切顶卸压炮眼位置，炮眼位置应尽可能靠近小煤柱；根据工作面采高和顶板自由垮落情况确定炮眼深度，以达到最好的切顶卸压效果，合理的炮眼深度为工作面采高的3～4倍。
c布置深孔爆破炮眼及装药封孔
上述巷旁切顶卸压炮眼位置及深度确定后，应超前工作面提前布置深孔爆破炮眼，炮眼沿工作面顺槽方向呈“一”字型布置，炮眼间距为4～8m；然后进行装药及导爆索布置工作，并完成炮眼封口；
d爆破切顶卸压
爆破工作可超前工作面或者待炮眼进入采空区滞后进行，若巷道顶板完整性较好，则提前进行放炮工作，若顶板爆破后容易垮落，则在炮眼进入采空区后起爆；
e沿空巷道掘进
沿空掘巷巷旁切顶卸压可以直接切断悬顶，并充填密实采空区，基本消除回采工作面对沿空掘进巷道的采动动压影响，因此相邻工作面回采完毕之后可立即进行安全条件下的沿空巷道掘进工作，并且支护相对容易。
进一步的，步骤c中，优选深孔爆破炮眼超前工作面30m布置。
更进一步的，步骤c中，优选采用双雷管、双导爆引爆，两根导爆索延伸至炮眼底部，每一根导爆索均采用一发雷管，两发雷管采用并联方式连接，采用连续耦合方式装药。
进一步的，步骤d中，对巷道顶板（即工作面直接顶）进行分析，若巷道顶板为Ⅰ~Ⅱ类顶板时，则在炮眼进入采空区后起爆，若巷道顶板为Ⅲ类或Ⅲ类以上顶板时，则提前进行放炮工作。
本发明提供了一种动压影响条件下基于有效减小沿空掘进巷道围岩变形和支护难度的顶板卸压技术，即受动压影响的小煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压技术。所谓“沿空掘巷巷旁切顶卸压”是指在沿空掘巷相邻回采工作面巷道内布置顶板炮眼，在工作面前方或后方对巷道顶板进行爆破切顶，极大减小顶板回转下沉量和运动时间，起到基本消除沿空掘进的巷道受开采动压作用之目的。因此，在相邻工作面巷道切顶卸压之后，在动压基本消除的采空区边缘煤体中掘进巷道，巷道变形将会大幅减小，支护成本将会大幅降低。本发明原理明了，技术完整，操作工艺简捷、劳动强度低、保证回采工作面正常生产、极大降低沿空掘进巷道支护难度，是一种受动压影响的小煤柱沿空掘巷有效的巷道顶板卸压技术，具有极大的推广应用前景。
本发明的有益技术效果具体表现在：
一、通过沿空掘巷巷旁切顶卸压，极大减少了小煤柱侧方采空区顶板的回转下沉持续作用时间，基本消除了采动动压对小煤柱的本质不利影响。切顶垮落岩体由于爆破后碎胀作用，对上覆岩体也可以起到很好的充填支撑作用，基本消除覆岩对小煤柱应力集中作用。采用切顶卸压后，相邻工作面采完后可立即进行小煤柱沿空掘巷施工，比传统的小煤柱沿空掘巷掘进时间提前6个月以上，大大缓解矿井采掘接替紧张的局面。同时，护巷煤柱宽度甚至可以留设的更小，可以更有效地节约资源。
二、巷旁切顶卸压之后，沿空巷道掘进时巷道围岩所受应力大幅度减小，巷道围岩变形和破坏程度也相应减小，采用简单的锚杆（索）联合1次支护方式便可以对巷道围岩起到很好的控制作用，极大减小巷道返修工程量。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为受动压影响的小煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压实施地点及炮眼布置图。
图2为受动压影响的小煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压炮眼深度确定图。
图3为炮眼装药结构图。
图4为导爆索和雷管连接方式图。
图5为电雷管连接示意图。
图1中F1．相邻工作面（侧方正回采工作面），R1．侧方工作面顺槽，P．小煤柱（区段煤柱），R2．沿空掘进巷道，F2．下一个工作面（准备工作面），B1~BN．切顶炮眼，d．“一”字型布置炮眼间距，h．炮眼斜长，w．炮眼最大垂深
图2中1．沿空掘巷小煤柱，2．沿空掘进巷道，3．切顶巷道（侧方工作面顺槽），4．切顶炮眼，d1．炮眼距切顶巷道小煤柱帮的距离，5．采空区，6．相邻工作面顶板自由垮落线，7．下一个待采工作面煤体。
具体实施方式
结合图1至图5，受动压影响的小煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压方法，包括以下步骤：
一、选择巷旁切顶的切顶方法、施工时间和地点
如图1所示，采用全长侧方工作面顺槽顶板深孔爆破方法强制切顶。施工地点选择在相邻侧方工作面顺槽R1内，工作面回采过程中实施分段爆破切顶作业。
二、确定巷旁切顶卸压炮眼位置及深度
巷旁切顶卸压炮眼位置应选择在侧方工作面顺槽顶板靠近小煤柱侧（与小煤柱采空区侧煤壁距离在切顶巷道宽度的1/3之内），炮眼至小煤柱边缘的距离用d1表示，如图2所示，根据岩体力学中关于悬臂梁的认识，d1越小切顶效果越显著，但具体实施切顶时应根据现场情况而定，如受钻机等的限制，d1不可能为零，因此在条件许可的情况下，炮眼位置应尽可能靠近小煤柱。炮眼最大垂深w应根据工作面采高和切顶巷道高度确定，炮眼垂深过大，增加切顶工作量和成本；炮眼垂深过小，切顶高度不够，切顶垮落岩石碎胀后不能充填满采出空间，不能完全或基本消除上覆岩层运动对小煤柱的采动动压影响。合理的炮眼深度为工作面采高的3~4倍。
三、布置深孔爆破炮眼和装药封孔
炮眼布置时应沿切顶巷道长轴方向呈“一”字形布置，，炮眼间距为4～8m，且炮眼应超前工作面30m提前布置，即布置炮眼时，最靠近工作面的炮眼与其相距30m。为了保证最大装药深度，炮孔应与切顶巷道顶板水平方向呈30°夹角，同时由于封口炮泥较长，为增强切顶效果，需3个炮眼一组，每个炮眼孔深相差6m，一组炮眼中按照孔深最大的炮眼的最大垂深w1为工作面采高的3~4倍进行布置；炮眼相关参数根据《爆破工程》一书中关于深孔爆破的介绍及现场实践经验确定，炮眼直径一般应≥78mm；炮眼装药系数一般取0.7，炮泥系数取0.3，如图3所示；炮眼采用简化的间隔方式装药，即采用连续耦合方式装药，并采用双雷管，双导爆引爆，两根导爆索延伸至炮眼底部，每一根导爆索均采用一发雷管，两发雷管采用并联方式连接，用胶带纸将雷管和导爆索绑扎牢固，注意雷管的聚能穴端应和导爆索的传爆方向相同，导爆索与雷管连接方式与每孔电雷管连接方式如图4和图5所示。
四、爆破切顶卸压
应准确分析切顶巷道顶板力学性能，确定采用工作面超前爆破或者采空区内滞后爆破的爆破切顶方法；若巷道顶板为Ⅰ~Ⅱ类顶板时，则必须在炮眼进入采空区后起爆，若巷道顶板为Ⅲ类或Ⅲ类以上顶板时，则可提前进行放炮工作。为了不影响生产，尽可能在检修班进行爆破切顶作业。为了观测切顶卸压效果，应在未切顶段和切顶段分别布置煤体侧向支承压力观测站等矿压观测站，对切顶效果进行对比分析，并进一步优化炮眼参数。
五、沿空巷道掘进
实施巷旁爆破切顶卸压后，小煤柱沿空巷道掘进可在相邻工作面回采完毕之后立即进行，此时，沿空掘巷施工时巷道已基本或完全不受相邻工作面动压影响，但巷道仍应采取相对简单但合理的支护方式和参数进行支护。
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
Claims (3)
1.一种受动压影响的小煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压方法，其特征在于包括以下步骤：
a选择巷旁切顶的切顶方法、施工时间和地点
采取在工作面采动过程中，对工作面顺槽内顶板进行深孔爆破切顶卸压的方法；
b确定巷旁切顶卸压炮眼位置及深度
炮眼位置应尽可能靠近小煤柱；炮眼深度为工作面采高的3～4倍；
c布置深孔爆破炮眼及装药封孔
上述巷旁切顶卸压炮眼位置及深度确定后，应超前工作面提前布置深孔爆破炮眼，炮眼沿工作面顺槽方向呈“一”字型布置，炮眼间距为4～8m；然后进行装药及导爆索布置工作，并完成炮眼封口；
d爆破切顶卸压
爆破工作可超前工作面或者待炮眼进入采空区滞后进行，若巷道顶板完整性较好，则提前进行放炮工作，若顶板爆破后容易垮落，则在炮眼进入采空区后起爆；
e沿空巷道掘进
相邻工作面回采完毕之后可立即进行安全条件下的沿空巷道掘进工作；
步骤d中，对巷道顶板进行分析，若巷道顶板为Ⅰ～Ⅱ类顶板时，则在炮眼进入采空区后起爆，若巷道顶板为Ⅲ类或Ⅲ类以上顶板时，则提前进行放炮工作。
2.根据权利要求1所述的一种受动压影响的小煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压方法，其特征在于：步骤c中，深孔爆破炮眼超前工作面30m布置。
3.根据权利要求1所述的一种受动压影响的小煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压方法，其特征在于：步骤c中，采用双雷管、双导爆引爆，两根导爆索延伸至炮眼底部，每一根导爆索均采用一发雷管，两发雷管采用并联方式连接，采用连续耦合方式装药。
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