CN104564072A - 近距离煤层群完全无煤柱连续卸压开采方法 - Google Patents
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Abstract
一种近距离煤层群完全无煤柱连续卸压开采方法，适用于煤炭开采工程。确定煤层群中各个煤层的开采顺序，在开采首采煤层的第一个采煤工作面时，沿着采空区的边缘砌筑内置有通气管路的充填墙体，形成沿空留巷，该巷道在开采第二个采煤工作面时成为运输巷，继续在轨道巷中实施沿空留巷，同时将位于工作面后方的上一个沿空留巷的表面柔性膜袋割破去除，第二个工作面回采结束时，向第一个工作面的充填墙体通气管路内注入二氧化碳，促使该充填墙体发生碳化反应并破碎分解。煤层开采完毕后，顶板没有煤岩柱的支撑，因而能够充分运动下沉，实现对邻近煤层的卸压开采，避免了因充填墙体遗留而产生的应力集中，利于采掘空间维护、瓦斯抽采以及动力灾害防治。
Description
技术领域
本发明涉及卸压开采技术领域，尤其是一种适应于煤炭开采工程领域的近距离煤层群完全无煤柱的连续卸压开采方法。
背景技术
煤系地层主要是由多个煤层构成的煤层群赋存条件。煤层群开采过程中多个煤层之间相互影响，使覆岩运动和采动应力场更趋复杂。当叠加扰动与深部高地应力、高瓦斯、软弱岩层或坚硬岩层等不利因素耦合作用时，往往会引发灾难性的事故，如煤与瓦斯突出、冲击地压、瓦斯爆炸等。研究表明，在近距离煤层群赋存条件下，合理规划煤层开采的先后顺序，优选开采时机可以消除一部分不利因素的影响。例如，先开采赋存条件较好的煤层，利用开采过程中产生的采动裂隙使临近难采煤层瓦斯溢出、应力降低，从而变难采煤层为易采煤层，显著提升开采的技术难度和工作效率，大大降低难采煤层的开采风险。
但是由于工作面之间需要留设一定宽度的煤柱，使卸压不够充分，煤柱上下的高度集中应力仍然给邻近煤层带来安全隐患。近年来，为避免这种煤柱应力的不利影响，煤炭开采领域正不断推广应用无煤柱沿空留巷技术，该技术实现了工作面之间不留设煤柱的效果，然而却留下了一条人工充填的岩柱，尽管岩柱的宽度仅有几米宽，却仍然在上下邻近煤层中形成较大的集中应力区，采掘工作面经过这一区域时仍然面临着空间维护和安全开采的重大难题。
由此可见，近距离煤层群卸压开采的技术思路已经形成，但目前尚不能通过率先开采一个易采煤层，完全实现邻近难采煤层的充分卸压。数米宽的岩柱替代了数十米宽的煤柱之后，仍然是临近煤层开采的安全隐患。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种完全无煤柱的卸压开采方法，利用开采过程中的围岩运动和裂隙发育，促成对上下邻近煤层的卸压，减小复杂煤层的地应力，促使瓦斯溢出、变难采煤层为易采煤层，从而显著降低了复杂煤层的开采风险、提高了矿井作业的安全性。
技术方案：本发明近距离煤层群完全无煤柱连续卸压开采方法，包括如下步骤：
a.在煤层群中确定各个煤层的开采顺序，在首采煤层中按照常规方法划分开采水平和采区，开展首采煤层的开拓和准备工作；
b.在采区内划分区段，区段之间不留煤柱，自首采区的上边界或下边界区段开始，开掘第一个采煤工作面的运输巷、第一轨道巷、第一切眼以及与其相邻的第二个采煤工作面的第二轨道巷及第二切眼，构成工作面生产系统；
c.开采第一个采煤工作面，并在采空区的边缘实施沿空留巷，具体步骤如下：
(1-1)在靠近第二个采煤工作面一侧，沿着采空区的边缘、紧跟采煤工作面，安置柔性模袋，向该柔性模袋内泵入高水材料，砌筑内置有通风管的充填墙体，形成沿空留巷，本工作面的新鲜风流由第一运输巷和第一轨道巷进入，并经过沿空留巷、第二切眼和第二轨道巷流出，使第一个采煤工作面构成Y型通风系统；
(1-2)随着第一个采煤工作面向前推进并在其后方留出1.2～3.0m长度的充填空间时，继续砌筑内置有通风管的充填墙体，并将本次充填墙体内的通风管与之前充填墙体内的通风管螺纹联接在一起，构成通气管路；
(1-3)随着第一个采煤工作面的不断推进，重复步骤(1-2)，直至第一个采煤工作面回采结束；
d.第二个采煤工作面回采前，开掘与其相邻的第三个采煤工作面的轨道巷及切眼，并在第二个采煤工作面回采前完成开掘工作；
e.将第一个采煤工作面的沿空留巷作为第二个采煤工作面的运输巷，与第二个采煤工作面的第二轨道巷和第二切眼、以及第三个采煤工作面的轨道巷和切眼构成第二个采煤工作面的通风系统，开采第二个采煤工作面，并在第二个采煤工作面的轨道巷实施沿空留巷，具体步骤如下：
(2-1)在靠近第三个采煤工作面一侧，沿着第二个采煤工作面采空区边缘、紧跟第二个采煤工作面，安置柔性模袋，向该柔性模袋内泵入高水材料，砌筑内置有通气管路的巷旁充填墙体；
(2-2)第二个采煤工作面向前推进并在其后方留出1.2～3.0m长度的空间时，继续砌筑内置有通气管的巷旁充填墙体，并将本次充填墙体内的通气管与前一次充填墙体内的通气管连接旋紧，构成通气管路，同时将第一个采煤工作面的充填墙体表面的柔性模袋去除；
(2-3)随着第二个采煤工作面的不断推进，重复步骤(2-2)直至回采结束；
(2-4)向运输巷充填墙体的通气管路泵送二氧化碳气体，使该充填墙体碳化分解，实现完全无煤岩柱卸压开采；
f.重复步骤d和e，直至采区内所有的工作面都回采完毕；
g.重复步骤b～f，直至本开采水平的所有采区都回采完毕；
h.重复步骤a～g，直至煤层群中的所有煤层开采完毕。
所述煤层群的开采顺序是在考察煤层的瓦斯含量、煤层赋存的稳定性、水文地质条件后，按照先易后难的顺序开采；
所述的充填墙体宽度为工作面平均采高的0.5～1.5倍，高度与采高相等，长度为1.2～3.0m；
所述的通风管包括通气管，通气管的前端为螺纹管，后端为可与前端配合的螺纹套管，通气管上间隔套装有多个交叉布置的通气支管，通气管和通气支管的表面分别开有多个通气孔。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明下现有技术相比具有如下优点：
(1)先采条件简单的煤层，利用开采过程中的围岩运动和裂隙发育，促成对上下邻近煤层的卸压，减小复杂煤层的地应力，促使瓦斯溢出、煤层瓦斯含量降低，变难采煤层为易采煤层，显著降低了复杂煤层的开采风险，提高了矿井作业的安全性；
(2)沿空留巷服务期间，柔性模袋可使充填墙体避免受到风化，从而充分发挥巷旁墙体的支撑性能；沿空留巷报废后，立刻将柔性模袋去除，在井下空气的风化作用下，充填墙体由表及里发生崩解，利于顶板垮落；
(3)工作面回采结束后，向通风管路内注入二氧化碳，促使充填墙体自内部迅速碳化分解、充填墙体消除，避免了因充填墙体遗留而产生的应力集中，实现对上下邻近煤层的充分卸压，有利于采掘空间维护、瓦斯抽采以及动力灾害防治；
(4)回采完成后，工作面之间既遗留煤柱又不遗留岩柱，因而上下邻近煤层开采时不需留设保安煤柱，从而显著提高了煤炭的采出率。
附图说明
图1是本发明的无煤柱连续开采的平面示意图；
图2是本发明的近距离煤层群卸压开采的立面示意图；
图3是本发明的通气管结构示意图。
图中：1-第一个采煤工作面；2-第二个采煤工作面；3-第三个采煤工作面；4-运输巷；5-第一轨道巷；6-第二轨道巷；7-第一切眼；8-第二切眼；9-采空区；10-通气管路；10-1-通气管；10-2-螺纹管；10-3螺纹套管；10-4-通气管分支；10-5-通气孔；11-充填墙体；12-沿空留巷；13-柔性模袋。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如图1所示，本发明近距离煤层群完全无煤柱连续卸压开采方法，首先确定煤层群中各个煤层的开采顺序，在开采首采煤层的第一个采煤工作面1时，开掘第二个采煤工作面2的第二轨道巷6和第二切眼8，连同第一个采煤工作面1的运输巷4、第一轨道巷5和第一切眼7，构成第一个采煤工作面1的通风系统；开采采煤工作面1时，沿着采空区9的边缘砌筑外设有柔性模袋13、内置有通气管路10的充填墙体，形成沿空留巷12；开采第二个采煤工作面2时沿空留巷12成为运输巷，开采期间在第二轨道巷6中实施沿空留巷，同时将位于工作面后方的沿空留巷12的表面柔性膜袋13割破去除，第二个工作面回采结束时，向第一个工作面1的充填墙体通气管路10内注入二氧化碳，促使该充填墙体发生碳化反应并破碎分解，实现完全无煤柱开采，依次类推；首采煤层开采完毕后，顶板没有任何煤岩柱的支撑，因而能够充分运动下沉，裂隙大量发育，从而实现对邻近煤层的卸压开采。具体实施步骤如下：
a.在煤层群中确定各个煤层的开采顺序，在首采煤层中按照常规方法划分开采水平和采区，开展首采煤层的开拓和准备工作，构成开拓及准备巷道系统；所述煤层群的开采顺序是在考察煤层的瓦斯含量、煤层赋存的稳定性、水文地质条件后，按照先易后难的顺序开采。
b.在采区内划分区段，区段之间不留煤柱，自首采区的上边界或下边界区段开始，开掘第一个采煤工作面1的运输巷4、第一轨道巷5、第一切眼7以及与其相邻的第二个采煤工作面的第二轨道巷6及第二切眼8，构成工作面生产系统；
c.开采第一个采煤工作面1，并在采空区9的边缘实施沿空留巷，具体步骤如下：
(1-1)在靠近第二个采煤工作面2一侧，沿着采空区9的边缘、紧跟第一个采煤工作面1，安置柔性模袋13，向该柔性模袋13内泵入高水材料，砌筑内置有通风管10的充填墙体11，形成沿空留巷12，本工作面的新鲜风流由运输巷4和第一轨道巷5进入，并经过沿空留巷12、第二切眼8和第二轨道巷6流出，使第一个采煤工作面1构成Y型通风系统；所述的充填墙体11宽度为工作面平均采高的0.5～1.5倍，高度与采高相等，长度为1.2～3.0m；所述的通风管10包括通气管10-1，通气管10-1的前端为螺纹管10-2，后端为可与前端配合的螺纹套管10-3，通气管10-1上间隔套装有多个交叉布置的通气支管10-4，通气管10-1和通气支管10-4的表面分别开有多个通气孔10-5。
(1-2)随着第一个采煤工作面1向前推进，并在其后方留出1.2～3.0m长度的充填空间时，继续砌筑内置有通风管10的充填墙体11，并将本次充填墙体内的通风管与之前充填墙体内的通风管螺纹联接在一起，构成通气管路；
(1-3)随着第一个采煤工作面1的不断推进，重复步骤(1-2)，直至第一个采煤工作面1回采结束；
d.第二个采煤工作面2回采前，开掘与其相邻的第三个采煤工作面3的轨道巷及切眼，并在第二个采煤工作面2回采前完成开掘工作；
e.将第一个采煤工作面1的沿空留巷12作为第二个采煤工作面2的运输巷，与第二个采煤工作面的第二轨道巷6和第二切眼8、以及第三个采煤工作面的轨道巷和切眼构成第二个采煤工作面2的通风系统，开采第二个采煤工作面2，并在第二个采煤工作面2的轨道巷实施沿空留巷，具体步骤如下：
(2-1)在靠近第三个采煤工作面3一侧，沿着第二个采煤工作面2采空区边缘、紧跟第二个采煤工作面2，砌筑外设有柔性模袋、内置有通气管路的巷旁充填墙体；
(2-2)第二个采煤工作面2向前推进并在其后方留出1.2～3.0m长度的空间时，继续砌筑内置有通气管的巷旁充填墙体，并将本次充填墙体内的通气管与前一次充填墙体内的通气管连接旋紧，构成通气管路，同时将第二个采煤工作面2端头支架后方的充填墙体表面的柔性模袋去除；
(2-3)随着第二个采煤工作面2的不断推进，重复步骤(2-2)直至回采结束；
(2-4)向运输巷充填墙体的通气管路10泵送二氧化碳气体，使该充填墙体11碳化分解，实现完全无煤岩柱卸压开采；
f.重复步骤d和e，直至采区内所有的工作面都回采完毕；
g.重复步骤b～f，直至本开采水平的所有采区都回采完毕；
h.重复步骤a～g，直至煤层群中的所有煤层开采完毕。
Claims (4)
1.一种近距离煤层群完全无煤柱连续卸压开采方法，其特征是包括如下步骤：
a．在煤层群中确定各个煤层的开采顺序，在首采煤层中按照常规方法划分开采水平和采区，开展首采煤层的开拓和准备工作；
b．在采区内划分区段，区段之间不留煤柱，自首采区的上边界或下边界区段开始，开掘第一个采煤工作面（1）的运输巷（4）、第一轨道巷（5）、第一切眼（7）以及与其相邻的第二个采煤工作面的第二轨道巷（6）及第二切眼（8），构成工作面生产系统；
c．开采第一个采煤工作面（1），并在采空区（9）的边缘实施沿空留巷，具体步骤如下：
（1-1）在靠近第二个采煤工作面（2）一侧，沿着采空区（8）的边缘、紧跟采煤工作面（9）安置柔性模袋（13），向该柔性模袋（13）内泵入高水材料，构筑成内置有通风管（10）的充填墙体（11），形成沿空留巷（12），本工作面的新鲜风流由运输巷（4）和第一轨道巷（5）进入，并经过沿空留巷（12）、第二切眼（8）和第二轨道巷（6）流出，使第一个采煤工作面（1）构成Y型通风系统；
（1-2）随着第一个采煤工作面（1）向前推进并在其后方留出1.2~3.0m长度的充填空间时，继续构筑内置有通风管（10）的充填墙体（11），并将本次充填墙体内的通风管与之前充填墙体内的通风管螺纹联接在一起，构成通气管路；
（1-3）随着第一个采煤工作面（1）的不断推进，重复步骤（1-2），直至第一个采煤工作面（1）回采结束；
d．第二个采煤工作面（2）回采前，开掘与其相邻的第三个采煤工作面（3）的轨道巷及切眼，并在第二个采煤工作面（2）回采前完成开掘工作；
e．将第一个采煤工作面（1）的沿空留巷（12）作为第二个采煤工作面（2）的运输巷，与第二个采煤工作面的第二轨道巷（6）和第二切眼（8）、以及第三个采煤工作面的轨道巷和切眼构成第二个采煤工作面（2）的通风系统，开采第二个采煤工作面（2），并在第二个采煤工作面（2）的轨道巷实施沿空留巷，具体步骤如下：
（2-1）在靠近第三个采煤工作面（3）一侧，沿着第二个采煤工作面（2）采空区边缘、紧跟第二个采煤工作面（2），安置柔性模袋并向该柔性模袋内泵入高水材料，构筑内置有通气管路的巷旁充填墙体；
（2-2）第二个采煤工作面（2）向前推进并在其后方留出1.2~3.0m长度的空间时，继续砌筑内置有通气管的巷旁充填墙体，并将本次充填墙体内的通气管与前一次充填墙体内的通气管连接旋紧，构成通气管路，同时将第一个采煤工作面（1）的充填墙体表面的柔性模袋（13）去除；
（2-3）随着第二个采煤工作面（2）的不断推进，重复步骤（2-2）直至回采结束；
（2-4）向运输巷充填墙体的通气管路(10)泵送二氧化碳气体，使该充填墙体(11)碳化分解，实现完全无煤岩柱卸压开采；
f．重复步骤d和e，直至采区内所有的工作面都回采完毕；
g．重复步骤b～f，直至本开采水平的所有采区都回采完毕；
h．重复步骤a～g，直至煤层群中的所有煤层开采完毕。
2.根据权利要求1所述的近距离煤层群完全无煤柱连续卸压开采方法，其特征是：所述煤层群的开采顺序是在考察煤层的瓦斯含量、煤层赋存的稳定性、水文地质条件后，按照先易后难的顺序开采。
3.根据权利要求1所述的近距离煤层群完全无煤柱连续卸压开采方法，其特征是：所述的充填墙体（11）宽度为工作面平均采高的0.5~1.5倍，高度与采高相等，长度为1.2~3.0m。
4.根据权利要求1所述的近距离煤层群完全无煤柱连续卸压开采方法，其特征是：所述的通风管（10）包括通气管（10-1），通气管（10-1）的前端为螺纹管（10-2），后端为可与前端配合的螺纹套管（10-3），通气管（10-1）上间隔套装有多个交叉布置的通气支管（10-4），通气管（10-1）和通气支管（10-4）的表面分别开有多个通气孔（10-5）。
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