CN109763822A - 大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷及段间煤柱充填方法 - Google Patents

大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷及段间煤柱充填方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷及段间煤柱充填方法，包括在多区段煤层中底板、煤层和直接顶和基本顶，底板设置在煤层下方，在底板与直接顶之间的区段中设有液压支架，在各区段的左右两侧分别设有回风巷和运输巷，各区段中的回风巷通过工作面与运输巷相连通，下一区段的回风巷与上一区段的运输巷采用无煤柱错层布置。将破碎煤体运移至第二区段采空区上方，第一区段采空区垮落矸石向第二区段采空区运动，与破碎煤体一起充填至第二区段采空区倾斜上方，第二区段采空区倾斜上、中下部被破坏岩层充填。该发明设计合理，实现了大倾角长壁工作面厚煤层无煤柱或小煤柱开采，保证了下区段工作面安全开采。

Description

大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷及段间煤柱充填方法
技术领域
本发明涉及一种地下煤炭开采工作面巷道布置及充填方法，尤其是大倾角厚煤层条件下，长壁工作面无煤柱错层成巷-护巷及垮落矸石自然充填采空区的方法。
背景技术
大倾角煤层是指埋藏倾角在35～55°的煤层，在我国新疆、四川、甘肃、宁夏、贵州等各大矿区均有赋存，其中，大倾角厚煤层占有较大比重，在部分矿区达到60％(新疆、宁夏等)。众所周知，现有的大倾角煤层长壁综合机械化开采技术正逐渐趋于成熟。然而，在大倾角煤层多区段开采过程中，倾斜上区段采场对下区段采场的作用机理与近水平煤层开采明显不同，多区段采场围岩运移与应力叠加效应不仅严重影响了区段煤柱和回采巷道稳定性，同时也改变了下区段采场顶板受载特征。特别是大倾角厚煤层开采时，区段煤柱具有更大的空间尺寸，其变形、破坏和运移特征更复杂，严重影响了回采巷道和下区段采场围岩的稳定性。因此，亟需一种可行的方法有效缓解和解决区段间相互作用问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大倾角厚煤层长壁工作面无煤柱错层成巷-护巷及垮落矸石自然充填采空区的方法，其设计合理，不仅可以有效缓解采场应力叠加所致的区段间巷道和煤柱变形破坏难题，同时，还实现了大倾角长壁工作面厚煤层无煤柱或小煤柱开采，提升了上、下区段间煤炭资源回收率，改善了下区段采场顶板非均衡受载，保证了下区段工作面安全开采，解决了现有技术中存在的问题。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷，包括在多区段煤层中底板、煤层和直接顶和基本顶，所述底板设置在煤层下方，在所述底板与直接顶之间的区段中设有液压支架，在各区段的左右两侧分别设有回风巷和运输巷，所述各区段中的回风巷通过工作面与运输巷相连通，下一区段的回风巷与上一区段的运输巷采用无煤柱错层布置。
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：
进一步，采用无煤柱错层布置应满足下一区段的回风巷与上一区段运输巷间煤层的厚度，即巷道间垂直距离大于2m。
进一步，当区段煤层厚度在3.5～4.0m时，下一区段的回风巷与上一区段的运输巷采用下错型布置方式，即下一区段的回风巷置于上一区段的运输巷右下侧。
进一步，当区段煤层厚度在4.0～5.5m时，下一区段的回风巷与上一区段的运输巷采用叠加型布置方式，即下一区段的回风巷置于上一区段的运输巷正下方。
进一步，当区段煤层厚度大于5.5m时，下一区段的回风巷与上一区段的运输巷采用上错型布置方式，即下一区段的回风巷置于上一区段的运输巷左下侧。
进一步，各区段的回风巷采用锚网索柔性支护方式。
本发明给出了一种上述大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷的段间煤柱充填方法，包括如下步骤：
1)在大倾角厚煤层长壁开采过程中，第一区段工作面采过后，随着第二区段工作面采过，第二区段回风巷倾斜下方一侧煤体被采空，依次撤离液压支架放入下一区段工作面，巷道发生失稳，其倾斜上方一侧的第一区段裂隙煤体随即发生破坏，形成破碎煤体，并将破碎煤体运移至第二区段采空区上方；
2)同时，第一区段采空区垮落矸石也沿着该通道向第二区段采空区运动，并与破碎煤体一起充填至第二区段采空区倾斜上方范围，使得第二区段采空区倾斜上部、中部和下部均被破坏岩层充填；
3)以此类推，第三、第四、……第N区段工作面的巷道布置和开采和充填采用与第二区段相同方法进行。
进一步，所有回采巷道采用锚网索柔性支护方式，以保证上区段采空区矸石及时有效的运移至下区段采空区。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
本发明提出了一种大倾角厚煤层长壁工作面无煤柱错层成巷-护巷及垮落矸石自然充填采空区的方法，其设计合理，不仅可以有效缓解采场应力叠加所致的区段间巷道和煤柱变形破坏难题；同时，还实现了大倾角长壁工作面厚煤层无煤柱或小煤柱开采，提升了上、下区段间煤炭资源回收率，改善了下区段采场顶板非均衡受载，保证了下区段工作面安全开采。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1(a)是多区段巷道和工作面布置图；
图1(b)是第一区段工作面开采第二区段巷道布置图；
图1(c)是第二区段开采和采空区矸石运移充填特征图；
图2(a)-(c)是错层巷道位置图：图2(a)是上错型布置方式；图2(b)是叠加型布置方式；图2(c)是下错型布置方式。
图中：1—底板；2—煤层；3—直接顶；4—基本顶；5—第一区段回风巷；6—第一区段运输巷；7—第二区段回风巷；8—第二区段运输巷；9—第一区段工作面；10—第二区段；11—液压支架；12—第一区段采空区；13—第二区段工作面；14—裂隙煤体；15—第三区段回风巷；16—第二区段采空区；17—破碎煤体。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明整体结构可以参见图1(a)、(b)所示，本发明提出了一种大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷，包括在多区段煤层2中底板1、煤层2和直接顶3和基本顶4，其中，底板1设置在煤层2下方，在底板1与直接顶3之间的区段中设有液压支架11，在区段的左右两侧设有回风巷和运输巷，各区段中的回风巷通过工作面与运输巷相连通，下一区段的回风巷与上一区段的运输巷采用无煤柱错层布置。
如图1(a)所示，在大倾角厚煤层长壁开采过程中，将第一区段工作面9布置于煤层2中，其中，第一区段回风巷5沿煤层底板1布置，第一区段运输巷6沿直接顶3布置，工作面的倾斜下部区域采用逐渐降低采高的方法将第一区段工作面9与第一区段运输巷6连接。第二区段10开采过程中，采用与第一区段相同的布置方式布置第二区段回风巷7和第二区段运输巷8，其中第二区段回风巷7的位置主要取决于煤层、顶底板的厚度和强度等因素，可结合理论计算、物理模拟和数值研究来完成具体参数确定。
选择第二区段回风巷7位置的原则有：
(1)尽可能的缩小或者取消区段煤柱，以达到无煤柱开采的目的；(2)尽量将第二区段回风巷7布置在区段间顶板应力集中作用的范围之外或者边缘，避免第二区段回风巷7受集中应力的作用；(3)在客观条件允许的情况下，尽可能采用第二区段回风巷7上错型布置方式，使其处于煤层裂隙带内，利用裂隙煤层的缓冲作用减少巷道变形量，同时也可使该巷道处于第一区段采空区12内的倾斜砌体结构的保护之下，保证第二区段回风巷7稳定性，降低维护费用。
如图1(b)所示，第二区段开采过程中，采用与第一区段相同的布置方式布置第二区段回风巷7和第二区段运输巷8，其中第二区段回风巷7的位置主要取决于煤层、顶底板的厚度和强度等因素，可结合理论计算、物理模拟和数值研究来完成具体参数确定。
在煤层、顶底板的厚度和强度允许的条件下，第二区段回风巷7的位置可根据巷道间距大小来确定，即保证巷道间煤层厚度大于2m。厚度在3.5～4.0m左右的煤层采用下错型布置方式，厚度在4.0～5.5m时采用叠加型布置方式，厚度大于5.5m时采用上错型布置方式。
如图2(a)-(c)所示，是本发明中第一区段运输巷6和第二区段回风巷7错层巷道位置图。在煤层2、直接顶3和基本顶4的厚度和强度允许的条件下，第二区段回风巷7的位置可根据巷道间距大小来确定，即保证巷道间煤层(第一区段运输巷6到第二区段回风巷7的垂直距离)厚度大于2m。当厚度在3.5～4.0m左右的煤层采用下错型布置方式，如图2(c)所示；当厚度在4.0～5.5m时采用叠加型布置方式，如图2(b)所示；当厚度大于5.5m时采用上错型布置方式，如图2(a)所示。
如图1(c)所示，显示了本发明第二区段开采和采空区矸石运移充填特征。本发明的大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷的段间煤柱充填方法过程如下：在大倾角厚煤层长壁开采过程中，第一区段工作面采过后，随着第二区段工作面采过，第二区段回采巷7倾斜下方一侧煤体被采空，依次撤离液压支架放入下一区段工作面，巷道发生失稳，其倾斜上方一侧的第一区段裂隙煤体14随即发生破坏，形成破碎煤体17，并将破碎煤体17运移至第二区段采空区16上方。同时，第一区段采空区12垮落矸石也沿着该通道向第二区段采空区16运动，并与破碎煤体17一起充填至第二区段采空区16倾斜上方范围，使得第二区段采空区16倾斜上部、中部和下部均被破坏岩层充填，因而避免了第二区段采空区16顶板的非均衡充填现象，降低或消除了第二区段工作面13“支架-围岩”系统的非均衡受载，解决了大倾角煤层长壁开采中的核心技术难题。
第三、第四、……第N区段工作面的巷道布置和开采步骤均与第二区段相同。图1(c)中显示了第第三区段回风巷15与上一区段第二区段运输巷8的无煤柱错层布置形式。
为了保证上区段采空区矸石及时有效的运移至下区段采空区，上述所有回采巷道均应采用锚网索柔性支护方式。同时，为了防止无煤柱开采中下区段回风巷漏风现象，应对该巷道采取防漏风措施。在富含水、瓦斯等矿井，应提前做好预抽排措施，保证上、下区段贯通时工作面安全。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征、具体方法和优点，本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于本发明要求保护的范围。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷，包括在多区段煤层中的底板、煤层和直接顶和基本顶，其特征在于，所述底板设置在煤层下方，在所述底板与直接顶之间的区段中设有液压支架，在各区段的左右两侧分别设有回风巷和运输巷，所述各区段中的回风巷通过工作面与运输巷相连通，下一区段的回风巷与上一区段的运输巷采用无煤柱错层布置。
2.根据权利要求1所述的一种大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷，其特征在于，采用无煤柱错层布置应满足下一区段的回风巷与上一区段运输巷间煤层的厚度，即巷道间垂直距离大于2m。
3.根据权利要求1所述的一种大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷，其特征在于，当区段煤层厚度在3.5～4.0m时，下一区段的回风巷与上一区段的运输巷采用下错型布置方式，即下一区段的回风巷置于上一区段的运输巷右下侧。
4.根据权利要求1所述的一种大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷，其特征在于，当区段煤层厚度在4.0～5.5m时，下一区段的回风巷与上一区段的运输巷采用叠加型布置方式，即下一区段的回风巷置于上一区段的运输巷正下方。
5.根据权利要求1所述的一种大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷，其特征在于，当区段煤层厚度大于5.5m时，下一区段的回风巷与上一区段的运输巷采用上错型布置方式，即下一区段的回风巷置于上一区段的运输巷左下侧。
6.根据权利要求1所述的一种大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷，其特征在于，各区段的回风巷采用锚网索柔性支护方式。
7.一种权利要求1-6任一项所述的大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷的段间煤柱充填方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在大倾角厚煤层长壁开采过程中，第一区段工作面采过后，随着第二区段工作面采过，第二区段回风巷倾斜下方一侧煤体被采空，依次撤离液压支架放入下一区段工作面，巷道发生失稳，其倾斜上方一侧的第一区段裂隙煤体随即发生破坏，形成破碎煤体，并将破碎煤体运移至第二区段采空区上方；
2)同时，第一区段采空区垮落矸石也沿着该通道向第二区段采空区运动，并与破碎煤体一起充填至第二区段采空区倾斜上方范围，使得第二区段采空区倾斜上部、中部和下部均被破坏岩层充填；
3)以此类推，第三、第四、……第N区段工作面的巷道布置和开采和充填采用与第二区段相同方法进行。
8.根据权利要求7所述的段间煤柱充填方法，其特征在于，所有回采巷道采用锚网索柔性支护方式，以保证上区段采空区矸石及时有效的运移至下区段采空区。
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