CN108252716A - 一种应用人工切割缝的工作面煤壁保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用工作面顶板人工切割缝的卸压保护煤壁方法，支架上方顶板与煤壁的交叉部位形成应力集中区，对该位置煤岩体进行切割，切割缝的尺寸为高度h≤0.2m，宽度b≤0.2m，长度l∈(5m‑8m)。充分利用人工切割缝释放交叉区域的集中应力，实现煤壁上方压力转移，减少应力对煤壁的压垮型破坏；利用液压支架与采空区充填层的支撑作用，在工作面走向上形成双重支撑结构，煤体不受或少受支架及采空区上方煤岩层的影响，保证煤壁的垂直方向为单向受压应力状态，充分减轻了煤壁的高覆压环境，实现煤壁的主动保护作用。利用预裂切割缝后，煤壁上方应力向支架上方及采空区后方转移，减少了工作面煤壁的塑性区域范围，保障了工作面的安全稳定生产。

Description

一种应用人工切割缝的工作面煤壁保护方法

技术领域

本发明涉及一种在高应力区的井下工作面煤壁应用卸压预裂切割缝转移应力实现煤壁保护的方法，主要适用于井下坚硬顶板垮落困难矿山的应力破坏型煤壁的保护，尤其是适用于高应力压垮型破坏煤壁的保护。

背景技术

在煤矿井下工作面回采过程中，由于受到原岩地应力和生产、爆破等采动影响，应力会重新分布，井下工作面的煤壁上形成大量的应力集中区和高应力区，出现大面积压应力类型的破坏区域，主要表现在高应力的压溃破坏（片帮）和剪切破坏（切顶）等破坏形式，这种破坏形式的产生将极大影响矿山的生产安全，降低井下工作面的安全系数，随着工作面回采，应力集中区和高应力区的表现愈加明显，会导致煤壁更大范围的整体破坏，产生灾害性的工作面垮塌矿难事故。因此，在井下工作面的煤壁必须采取主动措施进行进卸压保护，以确保煤矿井下的生产安全。

目前，工作面破碎煤壁的保护措施目前主要是依靠煤壁自承能力及借鉴外力的锚喷网支护技术进行，这种支护在一定程度上可以实现煤壁的安全稳定和减少片帮冒顶的危害。喷锚网支护的主要技术特点，即利用锚杆末端锚固作用进行煤壁碎裂块体的整体锚固支护，利用锚杆紧固作用和挂网实现煤壁表层的剥离控制。但这种保护措施存在的问题是采动和原岩应力共同作用的力学过程仍然存在，，是一种被动式的防护技术措施，并且在应力破坏下，难以采用锚杆形成锚固体进行加固（锚杆末端处于失稳状态）。同时，这种保护措施的施工成本高，工序多而且复杂，锚网喷工艺会极大程度妨碍采煤机推进速度，影响生产效率，不具备良好的现场施工条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种施工成本低，工序简单，控制难度小的应力转移型、主动卸压式的应用人工切割预裂缝的高应力煤壁主动保护方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供应用卸压预裂缝的高应力煤壁保护方法，工作面回采后，在工作面煤壁与支架上方顶板的交叉部位形成卸压预裂缝，所述的卸压预裂缝的尺寸参数为开缝高度 h≤0.2m，开缝宽度 b ≤0.2m，开缝数量依据工作面倾向长度L确定。

卸压预裂缝在支架上方顶板与工作面煤壁的交叉部位。

所述的工作面的长度L确定切割缝的数量，原则上每隔5架支架，施工长度l=5~8m，高度h≤0.2m，开缝宽度b≤0.2m的施工缝一条。根据工作面倾向长度L来确定切割缝的数量。

在所述的工作面形成独立受力结构条件包括煤壁横纵方向的两个方向，及其在所述的工作面煤壁与所述的支架上方顶板的交叉部位形成所述的卸压切割预裂缝。

对于所述的工作面煤壁，采用切割机进行切割拉缝形成所述的卸压预裂缝，由于煤矿井下赋存瓦斯、煤尘等危害因素，严禁进行井下工作面的爆破作业。所述的卸压预裂缝的实际长度与设计长度的比值应大于或等于 80％。

采用上述技术方案的应用卸压预裂缝的高应力煤壁保护方法，是一种应力转移型、主动卸压式的高应力煤壁保护方法，工作面回采后，在煤壁上形成的自由面进行卸压切割预裂缝的成型技术，实现煤壁的应力转移，有效降低煤壁上方煤岩层的压力作用，主动保护煤壁，避免顶板产生的剪切应力型的剥离破坏和高应力的压垮破坏，并减少煤壁中的塑性区范围，是一种新的主动性煤壁保护方法。这种方法的主要技术特点是。

第一，在煤壁形成自由面的同时进行煤壁卸压预裂缝的成型施工，及时利用卸压预裂缝实现采动应力的转移，形成采空区至煤壁方向的竖直方向上的双重支撑应力状态和减少塑性区作用范围，主动保护工作面煤壁。

第二，煤壁的结构尺寸参数与卸压预裂缝的参数关系，通过煤壁的结构参数可以选择不同的卸压预裂缝的参数，实现应力范围的工程可控，充分保障核心煤壁的稳定性。卸压预裂缝的开口宽度按照切割设计的参数确定。卸压预裂缝的成缝比例要达到 80％以上。

第三，这种利用卸压预裂缝的煤壁保护方法，可以有效的降低矿山企业安全生产的保障成本，提高矿山企业的安全经济效益。

在煤壁形成的自由面条件下，及时利用机械切割拉缝的技术，在工作面煤壁与支架上方顶板交叉部位形成卸压预裂缝，利用预裂缝的卸压作用实现回采过程的二次应力转移，保障煤壁的安全稳定。

以煤壁的结构参数为条件，利用核心煤壁的自承载能力和卸压预裂缝的应力转移，实施工作面煤壁体的高围压下的应力环境再造，减少煤壁中的塑性区间范围，提升煤壁的稳定性，保障煤壁的结构安全。

利用卸压预裂缝保护高应力煤壁结构，主要可以避免两种破坏形式，其一是高应力压垮型破坏，其二是工作面煤壁自由面位置处的顶板剪切应力剥离破坏。

在此方案中，卸压预裂缝主要的工作机理是，通过机械切割在工作面煤壁与支架上方顶板交叉部位形成卸压缝，实现高应力区域的转移，避免煤壁高应力区和拉应力区过度集中在工作面煤壁的自由面边缘位置上，从而降低了煤壁的压垮和剥离破坏，实现煤壁体的安全稳定，并有利于减少煤壁中的塑性区变形区间范围 ，在采空区充填层与工作面支架共同作用的体系中，工作面煤壁体的剪切应力状态得到大幅度削弱，减少了煤壁体的受顶板切应力产生的剥离破坏，实现了煤壁体的应力环境调控。

综上所述，本发明是一种应力转移型、主动自承载的高应力煤壁保护方法，利用工作面回采后，在煤壁壁上形成的自由面进行卸压预裂缝的成型技术，实现煤壁的应力转移，有效提高煤壁稳定性，主动保护煤壁，避免煤壁产生的煤壁边部拉应力型的剥离和高应力的压垮破坏，并减少了煤壁中的塑性区范围，是一种新的主动性煤壁自承载保护方法。

附图说明

图 1 是卸压预裂切割缝的结构示意图。

图 2 是沿图 1 中 A-A 线剖示图。

图1及图2中 ：1-支架上方顶板，2-煤壁上方顶板，3-工作面煤壁 ，4-卸压切割缝，5-液压支架，6-底板，7-支架护帮板；l -卸压缝的开口长度，h -卸压缝的开缝高度，b-工作面走向方向切割缝宽度。其中卸压预裂缝的尺寸参数为l =（5m，8m），h ≤ 0.2m，b ≤0.2m。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

参见图1和图2，工作面回采后，在煤壁（3）与支架上方顶板（1）的交叉部位形成卸压预裂切割缝（4），卸压预裂切割缝（4）的尺寸参数为开缝高度 h ≤ 0.2m，开缝宽度 b≤0.2m，开缝长度l=（5m，8m），开缝数量根据每间隔5架支架原则，由工作面倾向长度确定。

参见图1和图2，根据煤矿开采的实际情况和工作面煤壁（3）的结构尺寸参数，在具有自由面的工作面煤壁（3）中利用卸压预裂切割缝（4）进行煤壁的应力型的保护，并在以下的工艺结构参数和施工工艺顺序下进行煤壁的卸压预裂切割缝（4）保护方法作业。第一，利用工作面煤壁（3）的结构尺寸参数级别选择卸压预裂缝的参数，本申请结构尺寸参数规定如下，采用切割机进行切割拉缝，形成卸压预裂缝。尺寸规定见[0023] ；第二，确定施工作业在工作面煤壁（3）上的位置，按照说明书的示意图进行，确定卸压预裂切割缝（4）在支架上方顶板（1）与工作面煤壁（3）的交叉部位的工作面煤壁（3）中确定卸压预裂切割缝 （4）的成缝比，一般要求成缝比不小于 80％，预裂切割缝实际长度与设计长度的比值应大于或等于 80％。

Claims (5)

1.一种应用人工切割缝的工作面顶板卸压管理方法，其特征是：工作面回采后，在煤壁（3）与支架上方顶板（1）的接触部位人工施工切割缝（4），所述的卸压切割缝（4）的尺寸参数为开缝高度h≤0.2m，开缝宽度b≤0.2m，开缝长度l∈（5m，8m），根据工作面煤壁倾斜方向长度特征确定开缝数量。

2.权利要求1所述的应用人工切割缝的工作面顶板卸压管理方法，其特征是：所述的人工切割缝（4）位于所述的支架上方顶板（1）和所述的工作面煤壁（3）的接触部位。

3.权利要求1或2所述的应用人工切割缝的工作面顶板卸压管理方法，其特征是：1）预留权利要求1或2所述的应用人工切割缝的工作面顶板卸压管理方法，其特征是：在所述的工作面形成独立受力结构条件包括煤壁横纵方向的两个方向，及其在所述的工作面煤壁(3)与所述的支架上方顶板 (1) 的接触部位施工所述的卸压切割缝 (4)。

4.权利要求 1 或 2 所述的应用人工切割缝的工作面顶板卸压管理方法，其特征是：对于所述的工作面煤壁 (3) 倾向上的长度 L，采用井下切割机进行切割拉缝形成所述的卸压预裂缝 (4) ；根据工作面L长度确定切割缝的数量，原则上每隔5架支架，施工长度l=5-8m，高度h≤0.2m，开缝宽度b≤0.2m的施工缝一条。

5.权利要求 1或2 所述的应用人工切割缝的工作面顶板卸压管理方法，其特征是：所述的卸压预裂缝 (4) 的实际长度与设计长度的比值应大于或等于 80％。