CN109869152A - 煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法，按从第一工作面区域至第N工作面区域的顺序进行开采；开采任一工作面区域的方法是：第一步骤是使用液压支柱对进风巷道进行超前支护；第二步骤是施工预裂钻孔和进行煤层顶板预裂工作；第三步骤是在初始工作面前方50米范围内完成第一步骤和第二步骤的工作后，开始采煤；第四步骤是向采空区内注入参有粘土或化学粘合剂的水；采空区的进风巷道作为被预留的巷道，被预留的巷道在下一工作面区域开采时作为回风巷道。本发明由钻孔扩穴聚能、恒应力锚杆、采空区顶板再生和采掘布置及瓦斯抽采等组成，可大量缩减煤层巷道的掘进工程量，提高采煤效率，增加瓦斯抽采时间，减小煤炭资源损失。

Description

煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法

技术领域

本发明涉及一种采煤技术领域，尤其涉及安全采煤技术和高效采煤技术。

背景技术

煤在我国能源消费中占比超过60%，中国的煤炭产量超过世界产量的1/2，其中高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占了全国煤炭产量的1/3。为了采煤，每年需要掘进大量的煤层巷道，而煤与瓦斯突出煤层由于掘进和回采前需要提前消除煤与瓦斯突出危险性，因而掘进速度慢，矿井采掘紧张、甚至采掘失调，严重影响矿井的安全高效开采。煤层掘进巷道时，为了避开已开采区域的矿山压力，多数采用煤柱护巷技术，虽然煤柱大小不等，但煤柱均无法开采，导致资源浪费。采空区附近的巷道处应力集中，危险性很高，巷道无法预留给下一工作面区域使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法，能够消除预留巷道处应力集中现象，安全地预留巷道，实现已开采区域的煤层顶板再生。

为实现上述目的，本发明的煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法是：

对于多个沿煤层走向平行并排设置的工作面区域，按位置关系依次编号；多个工作面区域中，位于边缘处的工作面区域编号为第一工作面区域，对于其他工作面区域按工作面区域的相邻关系依次编号为第二工作面区域至第N工作面区域，N为自然数；

按从第一工作面区域至第N工作面区域的顺序进行开采；X为自然数且1＜X≤N，在开采第X－1个工作面区域时，采空区的进风巷道2作为被预留的巷道；开采第X个工作面区域时，被预留的巷道作为回风巷道；

开采任一工作面区域的方法是：

第一步骤是先在工作面区域的进风巷道距离初始工作面50米范围内，使用液压支柱对进风巷道进行超前支护；

第二步骤是沿采煤方向，在超前支护区域内，在进风巷道中自初始工作面位置开始施工预裂钻孔和进行煤层顶板预裂工作；相邻的预裂钻孔相距10±1米；

第三步骤是在初始工作面前方50米范围内完成第一步骤和第二步骤的工作后，开始开采工作面区域的煤，并不断向前推进采煤工作面；

在第三步骤向前推进采煤工作面的同时，在该工作面区域的进风巷道内使用液压支柱对进风巷道进行超前支护，并在工作面区域推进前方的超前支护区域内，在进风巷道中施工预裂钻孔和进行煤层顶板预裂工作，保持进行煤层顶板预裂工作的位置超前于采煤工作面的推进位置至少35±5米；

第四步骤是在第三步骤向前推进采煤工作面的同时，向采空区内注入参有粘土或化学粘合剂的水；采空区内冒落矸石之间存在孔洞，注水时，通过冒落矸石之间的孔洞向采空区内注入参有粘土或化学粘合剂的水；注水后，冒落矸石被压实和粘合，实现已开采区域的煤层顶板再生，在分层采煤中为下一层工作面区域的采煤提供基础；

采空区的进风巷道作为被预留的巷道，被预留的巷道在下一工作面区域开采时作为回风巷道。

开采任一工作面区域的方法的第三步骤中，对于煤层顶板预裂工作进行后的进风巷道，在采煤工作面推进至该位置前使用恒应力锚杆装置进行加强支护；具体是：

恒应力锚杆装置包括锚杆和液压缸，锚杆上端为锚固端且下端为悬吊端；

液压缸包括用于悬吊煤层顶板的缸体，缸体内滑动密封连接有活塞板，活塞板与缸体围成油腔；油腔内注满液压油；锚杆滑动密封穿过缸体及活塞板；活塞板朝向锚杆的悬吊端，缸体朝向锚杆的锚固端；活塞板下方的锚杆上滑动穿设有锚杆托盘，锚杆托盘与活塞板相压接；锚杆托盘下方的锚杆上设有外螺纹并螺纹连接有锚杆螺母，锚杆螺母将锚杆托盘与活塞板紧压在一起；锚杆托盘的直径小于活塞板的直径，锚杆托盘外的活塞板连接有安全泄压阀；

进行加强支护时，先在进风巷道内使用钻具向上施工锚杆钻孔，然后使用锚杆将一包树脂锚固剂送入锚杆钻孔的孔底，使用锚杆的锚固端通过搅拌的方式将树脂锚固剂破包，破包后的树脂锚固剂将锚杆的锚固端固定在锚杆钻孔的孔底处，此时液压缸的缸体位于锚杆钻孔的下方；拧紧锚杆螺母，压紧锚杆托盘和活塞板，将缸体紧压在进风巷道的顶壁上，从而对进风巷道进行加强支护，提高被预留的巷道的安全性。

所述安全泄压阀的开启压力为树脂锚固剂的破坏压力的0.8倍。

施工预裂钻孔的具体操作是：

首先使用包括钻孔钻头在内的钻具在巷道顶部朝向待开采的工作面区域煤层上方倾斜向上钻出预裂钻孔，预裂钻孔与水平面的夹角为30－55度，预裂钻孔由下至上穿过工作面区域煤层老顶，预裂钻孔顶端距离工作面区域煤层的法线距离大于等于25米；其次在预裂钻孔施工完毕后，使用清水冲洗预裂钻孔，将钻孔钻头更换为扩穴钻头，使用包括扩穴钻头在内的钻具在预裂钻孔中钻出多个聚能穴，每个聚能穴的长度为0.3－0.5米，最顶部的聚能穴距离预裂钻孔的孔底为1±0.1米，相邻两个聚能穴相距3－4.5米，最底部的聚能穴距离工作面区域煤层的法线距离为8－10米。

进行煤层顶板预裂工作的具体操作是：

对于预裂钻孔中的各聚能穴，由上向下依次进行聚能穴压裂作业；

聚能穴压裂作业是：

将两个封孔器固定在耐高压钢管上，两个封孔器均连接注水胶管；两个封孔器的间距为1－1.5米，两个封孔器之间的耐高压钢管上设有注水孔；耐高压钢管外露于预裂钻孔外的一端通过连接头和高压软管连接有高压水泵，高压水泵连接有压力表；

通过耐高压钢管将封孔器送至预裂钻孔中预定的聚能穴处， 使两个封孔器分别位于聚能穴的两侧，通过封孔器密封聚能穴两侧的预裂钻孔，开启高压水泵，通过高压软管、连接头和耐高压钢管后，通过注水孔射入聚能穴，聚能穴处的水压逐渐增加，直到超过煤层顶板预裂岩石的强度时，预裂岩石被破坏；以压力表示数在两秒钟内降低一半以上或施工人员听到明显的岩石断裂声作为预裂岩石被破坏的标志；

预裂岩石被破坏后，当以下条件一和条件二中至少一个条件满足时，表明该聚能穴压裂作业已完成：

条件一是预裂岩石被破坏的时间在30分钟以上；

条件二是该聚能穴所在的预裂钻孔处的巷道出现明显漏水。

通过封孔器密封聚能穴两侧的预裂钻孔的具体操作是：

将注水胶管与储能器相连接，将封孔泵与储能器相连接，启动封孔泵，将水通过储能器和注水胶管注入聚能穴两侧的封孔器中，使聚能穴两侧的封孔器膨胀并与预裂钻孔的孔壁紧压配合形成密封。

Y为自然数且1＜Y＜N，在开采第Y个工作面区域时，在第一步骤至第四步骤的进行过程中，掘进第Y+1个工作面区域的进风巷道和切巷，在第Y个工作面区域的采煤工作面向前推进200米后，将第Y+1个工作面区域的切巷与第Y个工作面区域的被预留的巷道相贯通；

第Y+1个工作面区域的切巷与第Y个工作面区域的被预留的巷道贯通前，第Y个工作面区域的采煤工作面采用U形通风，通风动力为矿井的主通风机；第Y个工作面区域的被预留的巷道采用局部通风机通风；

第Y+1个工作面区域的切巷与第Y个工作面区域的被预留的巷道贯通后，去除全部局部通风机，采用矿井的主通风机为通风动力，从第Y个工作面区域的进风巷道和第Y+1个工作面区域的进风巷道进风，从第Y个工作面区域的回风巷道回风，形成两进一回的通风布局。

第Y+1个工作面区域的切巷与第Y个工作面区域的被预留的巷道贯通后，首先对第Y个工作面区域的被预留的巷道进行维修，然后通过第Y+1个工作面区域的进风巷道和切巷向第Y个工作面区域的被预留的巷道内运输瓦斯抽采设备，在第Y个工作面区域开采期间通过第Y+1个工作面区域的进风巷道和第Y个工作面区域的被预的巷道向第Y+1个工作面区域施工瓦斯抽采钻孔、然后封瓦斯抽采钻孔，连接瓦斯抽采管路并进行瓦斯抽采；对第Y+1个工作面区域进行瓦斯抽采时，由第Y+1个工作面区域的切巷向前依次进行抽采。

开采任一工作面区域的方法中，在第一步骤之前，先用取芯钻头取压裂段各岩层的岩芯并测定岩芯强度，确定第三步骤中进行煤层顶板预裂工作时的水压。

本发明具有如下的优点：

当工作面开采过后，由于采用了顶板预裂和恒应力锚杆加强支护，邻近进风巷道的采空区内的顶板（特别是老顶）被破坏，避免了采空区内顶板悬顶造成的进风巷道应力过度集中的现象，进风巷道被安全地保留下来。

本发明在工作面区域开采时，保护并预留已有的巷道为下个回采工作面区域通风、行人和运输时使用。减少了煤层巷道的掘进工作量，避免了预留煤柱导致的资源损失。

煤与瓦斯突出煤层预留巷道高效开采技术实现了开采期间预留已有的进风巷道、已开采区域的顶板再生和未开采区域的持续高效瓦斯抽采。

工作时，缸体上表面与煤层顶板（即进风巷道的顶壁）相接触并承托煤层顶板。由于安全泄压阀的开启压力是恒定的，因此，只要煤层顶板对缸体造成的压力大于安全泄压阀的开启压力，安全泄压阀就会开启，缸体向活塞板方向（即向下）移动，油腔体积减小，液压油流出。这样，就提供了压力超过设定值时释放煤层顶板应力的途径，通过缸体下移提供更多的膨胀空间释放应力，保护恒应力锚杆装置不被过大的压力破坏。当煤层顶板对缸体造成的压力小于安全泄压阀的开启压力时，安全泄压阀自动关闭，从而保持了煤层顶板的应力恒定。

安全泄压阀的开启压力为树脂锚固剂的破坏压力的0.8倍。这样的设置，允许煤层顶板在恒应力下发生较大变形但锚杆的支护不被破坏，保证恒应力锚杆装置对煤层顶板（即进风巷道的顶壁）起到有效而稳定地悬吊作用，保证开采后进风巷道处煤层顶板支护结构的完整性，从而实现巷道预留。

保持进行煤层顶板预裂工作的位置超前于采煤工作面的推进位置至少35±5米，可以避免采空区裂隙对煤层顶板预裂的影响。

在进行煤层顶板预裂后，巷道矿山压力增加，在进行煤层顶板预裂前进行超前支护可以预防矿山压力增加带来的危险。

如果没有经过预裂工作释放应力，则正常情况下因危险性高而不能将采空区相邻的巷道预留给下一工作面区域使用，即便预留也需要经过高成本的加固工作，既提高成本，加固巷道又耗时较多。本发明在采煤前进行预裂工作，煤层顶板的应力得到释放，避免采空区域相邻的巷道处应力集中、危险性很高的现象，为将进风巷道预留给下一工作面区域作为回风巷道使用提供了安全基础。

条件一和条件二保证了预裂后持续注水，使得预裂钻孔处的煤层顶板内的裂隙得到快速发育，破坏预裂岩石的完整性。

现有技术中，许多矿井因为瓦斯量较大，采煤工作面的配风量较小，制约了采煤的效率。本发明中两进一回的通风布局能够大幅增加第Y个工作面区域的采煤工作面的配风量，从而显著提高采煤效率。

由第Y+1个工作面区域的切巷向前依次进行抽采，考虑了切巷最先开采，保证开采前煤体的抽采时间和抽采效果更为均匀。

上述抽采钻孔的施工和抽采方案，在第Y+1个工作面区域的两侧（进风巷道和被预留的巷道）同时对第Y+1个工作面区域进行瓦斯抽采，提高了瓦斯抽采的效率，并能够延长瓦斯抽采时间，实现第Y+1个工作面区域全部抽采达标。

利用冒落矸石之间的孔洞注水，注水时就不需要先施工钻孔并通过钻孔进行注水，提高了施工效率。

本发明由钻孔扩穴聚能、高压水致裂、高变形恒应力锚杆、采空区顶板再生和高效开采的采掘布置及瓦斯抽采技术方案等组成。本发明可大量缩减煤层巷道的掘进工程量，提高采煤效率，增加瓦斯抽采时间，减小煤炭资源损失。

附图说明

图1是在工作面区域及其进风巷道处设置超前支护的结构示意图；

图2是进行煤层顶板预裂工作的结构示意图；

图3是预裂钻孔在工作面区域的布置图；

图4是恒应力锚杆装置的结构示意图；

图5是两进一回的通风布局示意图；

图6是图2中A处的放大图；

图7是图4中B处的放大图。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明的煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法是：

对于多个沿煤层走向平行并排设置的工作面区域，按位置关系依次编号；多个工作面区域中，位于边缘处的工作面区域编号为第一工作面区域，对于其他工作面区域按工作面区域的相邻关系依次编号为第二工作面区域至第N工作面区域，N为自然数；

按从第一工作面区域至第N工作面区域的顺序进行开采；X为自然数且1＜X≤N，在开采第X－1个工作面区域1时，采空区3的进风巷道2作为被预留的巷道4；开采第X个工作面区域时，被预留的巷道4作为回风巷道5；

开采任一工作面区域的方法是：

第一步骤是先在工作面区域的进风巷道2距离初始工作面（初始工作面是指采空区为0米时的采煤工作面）50米范围内，使用液压支柱对进风巷道2进行超前支护。此时采空区3为0米。

第二步骤是沿采煤方向，在超前支护区域内，在进风巷道2中自初始工作面位置开始施工预裂钻孔6和进行煤层顶板预裂工作；相邻的预裂钻孔6相距10±1米；

第三步骤是在初始工作面前方50米范围内完成第一步骤和第二步骤的工作后，开始开采工作面区域的煤，并不断向前推进采煤工作面7；图1、3和5中的箭头所示方向为采煤工作面7的推进方向，即前向。

在第三步骤向前推进采煤工作面7的同时，在该工作面区域的进风巷道2内使用液压支柱对进风巷道2进行超前支护，并在工作面区域推进前方（以采掘推进方向为前向）的超前支护区域内，在进风巷道2中施工预裂钻孔6和进行煤层顶板预裂工作，保持进行煤层顶板预裂工作的位置超前于采煤工作面7的推进位置至少35±5米；

第四步骤是在第三步骤向前推进采煤工作面7的同时，向采空区3内注入参有粘土或化学粘合剂的水，水从采空区3内流出后通过排水泵排出；采空区3内冒落矸石之间存在孔洞，注水时，通过冒落矸石之间的孔洞向采空区3内注入参有粘土或化学粘合剂的水；注水后，冒落矸石在粘土或化学粘合剂以及水的作用下被压实和粘合，实现已开采区域的煤层顶板再生，在分层采煤中为下一层工作面区域的采煤提供基础；

利用冒落矸石之间的孔洞注水，注水时就不需要先施工钻孔并通过钻孔进行注水，提高了施工效率。

开采任一工作面区域的方法的第三步骤中，对于煤层顶板预裂工作进行后的进风巷道2，在采煤工作面7推进至该位置前使用恒应力锚杆装置进行加强支护；具体是：

恒应力锚杆装置包括锚杆8和液压缸9，锚杆8上端为锚固端且下端为悬吊端；

液压缸9包括用于悬吊煤层顶板的缸体10，缸体10内滑动密封连接有活塞板11，活塞板11与缸体10围成油腔16；油腔16内注满液压油；锚杆8滑动密封穿过缸体10及活塞板11；活塞板11朝向锚杆8的悬吊端，缸体10朝向锚杆8的锚固端；活塞板11下方的锚杆8上滑动穿设有锚杆托盘12，锚杆托盘12与活塞板11相压接；锚杆托盘12下方的锚杆8上设有外螺纹并螺纹连接有锚杆螺母13，锚杆螺母13将锚杆托盘12与活塞板11紧压在一起；锚杆托盘12的直径小于活塞板11的直径，锚杆托盘12外的活塞板11连接有安全泄压阀14；

进行加强支护时，先在进风巷道2内使用钻具向上施工锚杆钻孔15，然后使用锚杆8将一包树脂锚固剂送入锚杆钻孔15的孔底（即孔的顶端），使用锚杆8的锚固端通过搅拌的方式将树脂锚固剂破包，破包后的树脂锚固剂将锚杆8的锚固端固定在锚杆钻孔15的孔底处，此时液压缸9的缸体10位于锚杆钻孔15的下方；拧紧锚杆螺母13，压紧锚杆托盘12和活塞板11，将缸体10紧压在进风巷道2的顶壁上，从而对进风巷道2进行加强支护，提高被预留的巷道4的安全性。

使用时，缸体10上表面与煤层顶板（即进风巷道2的顶壁）相接触并承托煤层顶板。由于安全泄压阀14的开启压力是恒定的，因此，只要煤层顶板对缸体10造成的压力大于安全泄压阀14的开启压力，安全泄压阀14就会开启，缸体10向活塞板11方向（即向下）移动，油腔16体积减小，液压油流出。这样，就提供了压力超过设定值时释放煤层顶板应力的途径，通过缸体10下移提供更多的膨胀空间释放应力，保护恒应力锚杆8装置不被过大的压力破坏。当煤层顶板对缸体10造成的压力小于安全泄压阀14的开启压力时，安全泄压阀14自动关闭，从而保持了煤层顶板的应力恒定。

所述安全泄压阀14的开启压力为树脂锚固剂的破坏压力（超出此压力则树脂锚固剂被破坏，不再起到锚固作用）的0.8倍。这样的设置，允许煤层顶板在恒应力下发生较大变形但锚杆8的支护不被破坏，保证恒应力锚杆8装置对煤层顶板（即进风巷道2的顶壁）起到有效而稳定地悬吊作用，保证开采后进风巷道2处煤层顶板支护结构的完整性，从而实现巷道预留。

保持进行煤层顶板预裂工作的位置超前于采煤工作面7的推进位置至少35±5米，可以避免采空区3裂隙对煤层顶板预裂的影响。

在进行煤层顶板预裂后，巷道矿山压力增加，在进行煤层顶板预裂前进行超前支护可以预防矿山压力增加带来的危险。

如果没有经过预裂工作释放应力，则正常情况下因危险性高而不能将采空区3相邻的巷道预留给下一工作面区域使用，即便预留也需要经过高成本的加固工作，既提高成本，加固巷道又耗时较多。本发明在采煤前进行预裂工作，煤层顶板的应力得到释放，避免采空区3域相邻的巷道处应力集中、危险性很高的现象，为将进风巷道2预留给下一工作面区域作为回风巷道5使用提供了安全基础。

施工预裂钻孔6的具体操作是：

首先使用包括钻孔钻头在内的钻具在巷道顶部朝向待开采的工作面区域煤层上方倾斜向上钻出预裂钻孔6，预裂钻孔6与水平面的夹角为30－55度（本发明中“A－B”的表述均包括两端值），预裂钻孔6由下至上穿过工作面区域煤层老顶，预裂钻孔6顶端（即钻孔的孔底）距离工作面区域煤层的法线距离大于等于25米（即预裂钻孔6的孔底高于工作面区域煤层顶部25米以上）；其次在预裂钻孔6施工完毕后，使用清水冲洗预裂钻孔6，将钻孔钻头更换为扩穴钻头，使用包括扩穴钻头在内的钻具在预裂钻孔6中钻出多个聚能穴17，每个聚能穴17的长度为0.3－0.5米（包括两端值），最顶部的聚能穴17距离预裂钻孔6的孔底（即预裂钻孔6的顶端）为1±0.1米，相邻两个聚能穴17相距3－4.5米（此距离指相邻两个聚能穴中心之间的距离），最底部的聚能穴17距离工作面区域煤层的法线距离为8－10米。

其中，钻具采用普通的煤岩钻头、钻杆等装置，为本领域常规技术，不再赘述。

进行煤层顶板预裂工作的具体操作是：

对于预裂钻孔6中的各聚能穴17，由上向下依次进行聚能穴压裂作业；

聚能穴压裂作业是：

将两个封孔器18固定在耐高压钢管19上，两个封孔器18均连接注水胶管20；两个封孔器18的间距为1－1.5米，两个封孔器18之间的耐高压钢管19上设有注水孔；耐高压钢管19外露于预裂钻孔6外的一端通过连接头21和高压软管22连接有高压水泵23，高压水泵23连接有压力表24；本发明中用到的封孔器优选采用河北特思橡塑制品有限公司生产的ZF-A22封孔器。本发明中用到的高压水泵优选采用天津市聚能高压泵有限公司生产的产品。

通过耐高压钢管19将封孔器18送至预裂钻孔6中预定的聚能穴17处， 使两个封孔器18分别位于聚能穴17的两侧，通过封孔器18密封聚能穴17两侧的预裂钻孔6，开启高压水泵23，通过高压软管22、连接头21和耐高压钢管19后，通过注水孔射入聚能穴17，聚能穴17处的水压逐渐增加，直到超过煤层顶板预裂岩石的强度时，预裂岩石被破坏；以压力表24示数在两秒钟内降低一半以上或施工人员听到明显的岩石断裂声作为预裂岩石被破坏的标志；

预裂岩石被破坏后，当以下条件一和条件二中至少一个条件满足时，表明该聚能穴压裂作业已完成：

条件一是预裂岩石被破坏的时间在30分钟以上；

条件二是该聚能穴17所在的预裂钻孔6处的巷道出现明显漏水。

条件一和条件二保证了预裂后持续注水，使得预裂钻孔6处的煤层顶板内的裂隙得到快速发育，破坏预裂岩石的完整性。

通过封孔器18密封聚能穴17两侧的预裂钻孔6的具体操作是：

将注水胶管20与储能器相连接，将封孔泵与储能器相连接，启动封孔泵，将水通过储能器和注水胶管20注入聚能穴17两侧的封孔器18中，使聚能穴17两侧的封孔器18膨胀并与预裂钻孔6的孔壁紧压配合形成密封。其中，注水胶管优选采用河北特思橡塑制品有限公司生产的高压缠绕胶管，储能器优选采用武汉华德机电设备有限公司生产的NXQ液压蓄能器。

Y为自然数且1＜Y＜N，在开采第Y个工作面区域25时，在第一步骤至第四步骤的进行过程中，掘进第Y+1个工作面区域26的进风巷道2和切巷，在第Y个工作面区域25的采煤工作面7向前推进200米后，将第Y+1个工作面区域26的切巷与第Y个工作面区域25的被预留的巷道4相贯通；

第Y+1个工作面区域26的切巷与第Y个工作面区域25的被预留的巷道4贯通前，第Y个工作面区域25的采煤工作面7采用U形通风，通风动力为矿井的主通风机；第Y个工作面区域25的被预留的巷道4采用局部通风机27通风；

第Y+1个工作面区域26的切巷与第Y个工作面区域25的被预留的巷道4贯通后，去除全部局部通风机27，采用矿井的主通风机为通风动力，从第Y个工作面区域25的进风巷道2和第Y+1个工作面区域26的进风巷道2进风，从第Y个工作面区域25的回风巷道5回风，形成两进一回的通风布局。

现有技术中，许多矿井因为瓦斯量较大，采煤工作面7的配风量较小，制约了采煤的效率。本发明中两进一回的通风布局能够大幅增加第Y个工作面区域25的采煤工作面7的配风量，从而显著提高采煤效率。

第Y+1个工作面区域26的切巷与第Y个工作面区域25的被预留的巷道4贯通后，首先对第Y个工作面区域25的被预留的巷道4进行维修，然后通过第Y+1个工作面区域26的进风巷道2和切巷向第Y个工作面区域25的被预留的巷道4内运输瓦斯抽采设备（包括钻机和瓦斯抽采管路等），在第Y个工作面区域25开采期间通过第Y+1个工作面区域26的进风巷道2和第Y个工作面区域25的被预的巷道向第Y+1个工作面区域26施工瓦斯抽采钻孔、然后封瓦斯抽采钻孔，连接瓦斯抽采管路并进行瓦斯抽采；对第Y+1个工作面区域26进行瓦斯抽采时，由第Y+1个工作面区域26的切巷向前（即采煤工作面7的推进方向）依次进行抽采。

由第Y+1个工作面区域26的切巷向前依次进行抽采，考虑了切巷最先开采，保证开采前煤体的抽采时间和抽采效果更为均匀。

上述抽采钻孔的施工和抽采方案，在第Y+1个工作面区域26的两侧（进风巷道2和被预留的巷道4）同时对第Y+1个工作面区域26进行瓦斯抽采，提高了瓦斯抽采的效率，并能够延长瓦斯抽采时间，实现第Y+1个工作面区域26全部抽采达标。

施工瓦斯抽采钻孔时，相邻的瓦斯抽采钻孔的间距由测定的瓦斯抽采半径确定。瓦斯抽采半径的确定为常规技术，不再赘述。

开采任一工作面区域的方法中，在第一步骤之前，先用取芯钻头取压裂段各岩层的岩芯并测定岩芯强度，确定第三步骤中进行煤层顶板预裂工作时的水压。这样，可以精准地匹配高压水泵23的压力，无须使用过高压力进行煤层顶板预裂工作，从而避免能量浪费。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法，其特征在于：

对于多个沿煤层走向平行并排设置的工作面区域，按位置关系依次编号；多个工作面区域中，位于边缘处的工作面区域编号为第一工作面区域，对于其他工作面区域按工作面区域的相邻关系依次编号为第二工作面区域至第N工作面区域，N为自然数；

按从第一工作面区域至第N工作面区域的顺序进行开采；X为自然数且1＜X≤N，在开采第X－1个工作面区域时，采空区的进风巷道作为被预留的巷道；开采第X个工作面区域时，被预留的巷道作为回风巷道；

开采任一工作面区域的方法是：

第一步骤是先在工作面区域的进风巷道距离初始工作面50米范围内，使用液压支柱对进风巷道进行超前支护；

第二步骤是沿采煤方向，在超前支护区域内，在进风巷道中自初始工作面位置开始施工预裂钻孔和进行煤层顶板预裂工作；相邻的预裂钻孔相距10±1米；

第三步骤是在初始工作面前方50米范围内完成第一步骤和第二步骤的工作后，开始开采工作面区域的煤，并不断向前推进采煤工作面；

在第三步骤向前推进采煤工作面的同时，在该工作面区域的进风巷道内使用液压支柱对进风巷道进行超前支护，并在工作面区域推进前方的超前支护区域内，在进风巷道中施工预裂钻孔和进行煤层顶板预裂工作，保持进行煤层顶板预裂工作的位置超前于采煤工作面的推进位置至少35±5米；

第四步骤是在第三步骤向前推进采煤工作面的同时，向采空区内注入参有粘土或化学粘合剂的水；采空区内冒落矸石之间存在孔洞，注水时，通过冒落矸石之间的孔洞向采空区内注入参有粘土或化学粘合剂的水；注水后，冒落矸石被压实和粘合，实现已开采区域的煤层顶板再生，在分层采煤中为下一层工作面区域的采煤提供基础；

采空区的进风巷道作为被预留的巷道，被预留的巷道在下一工作面区域开采时作为回风巷道。

2.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法，其特征在于：开采任一工作面区域的方法的第三步骤中，对于煤层顶板预裂工作进行后的进风巷道，在采煤工作面推进至该位置前使用恒应力锚杆装置进行加强支护；具体是：

恒应力锚杆装置包括锚杆和液压缸，锚杆上端为锚固端且下端为悬吊端；

液压缸包括用于悬吊煤层顶板的缸体，缸体内滑动密封连接有活塞板，活塞板与缸体围成油腔；油腔内注满液压油；锚杆滑动密封穿过缸体及活塞板；活塞板朝向锚杆的悬吊端，缸体朝向锚杆的锚固端；活塞板下方的锚杆上滑动穿设有锚杆托盘，锚杆托盘与活塞板相压接；锚杆托盘下方的锚杆上设有外螺纹并螺纹连接有锚杆螺母，锚杆螺母将锚杆托盘与活塞板紧压在一起；锚杆托盘的直径小于活塞板的直径，锚杆托盘外的活塞板连接有安全泄压阀；

进行加强支护时，先在进风巷道内使用钻具向上施工锚杆钻孔，然后使用锚杆将一包树脂锚固剂送入锚杆钻孔的孔底，使用锚杆的锚固端通过搅拌的方式将树脂锚固剂破包，破包后的树脂锚固剂将锚杆的锚固端固定在锚杆钻孔的孔底处，此时液压缸的缸体位于锚杆钻孔的下方；拧紧锚杆螺母，压紧锚杆托盘和活塞板，将缸体紧压在进风巷道的顶壁上，从而对进风巷道进行加强支护，提高被预留的巷道的安全性。

3.根据权利要求2所述的煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法，其特征在于：所述安全泄压阀的开启压力为树脂锚固剂的破坏压力的0.8倍。

4.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法，其特征在于：施工预裂钻孔的具体操作是：

首先使用包括钻孔钻头在内的钻具在巷道顶部朝向待开采的工作面区域煤层上方倾斜向上钻出预裂钻孔，预裂钻孔与水平面的夹角为30－55度，预裂钻孔由下至上穿过工作面区域煤层老顶，预裂钻孔顶端距离工作面区域煤层的法线距离大于等于25米；其次在预裂钻孔施工完毕后，使用清水冲洗预裂钻孔，将钻孔钻头更换为扩穴钻头，使用包括扩穴钻头在内的钻具在预裂钻孔中钻出多个聚能穴，每个聚能穴的长度为0.3－0.5米，最顶部的聚能穴距离预裂钻孔的孔底为1±0.1米，相邻两个聚能穴相距3－4.5米，最底部的聚能穴距离工作面区域煤层的法线距离为8－10米。

5.根据权利要求4所述的煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法，其特征在于：进行煤层顶板预裂工作的具体操作是：

对于预裂钻孔中的各聚能穴，由上向下依次进行聚能穴压裂作业；

聚能穴压裂作业是：

将两个封孔器固定在耐高压钢管上，两个封孔器均连接注水胶管；两个封孔器的间距为1－1.5米，两个封孔器之间的耐高压钢管上设有注水孔；耐高压钢管外露于预裂钻孔外的一端通过连接头和高压软管连接有高压水泵，高压水泵连接有压力表；

通过耐高压钢管将封孔器送至预裂钻孔中预定的聚能穴处， 使两个封孔器分别位于聚能穴的两侧，通过封孔器密封聚能穴两侧的预裂钻孔，开启高压水泵，通过高压软管、连接头和耐高压钢管后，通过注水孔射入聚能穴，聚能穴处的水压逐渐增加，直到超过煤层顶板预裂岩石的强度时，预裂岩石被破坏；以压力表示数在两秒钟内降低一半以上或施工人员听到明显的岩石断裂声作为预裂岩石被破坏的标志；

预裂岩石被破坏后，当以下条件一和条件二中至少一个条件满足时，表明该聚能穴压裂作业已完成：

条件一是预裂岩石被破坏的时间在30分钟以上；

条件二是该聚能穴所在的预裂钻孔处的巷道出现明显漏水。

6.根据权利要求5所述的煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法，其特征在于：通过封孔器密封聚能穴两侧的预裂钻孔的具体操作是：

将注水胶管与储能器相连接，将封孔泵与储能器相连接，启动封孔泵，将水通过储能器和注水胶管注入聚能穴两侧的封孔器中，使聚能穴两侧的封孔器膨胀并与预裂钻孔的孔壁紧压配合形成密封。

7.根据权利要求1－6中任一项所述的煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法，其特征在于：

Y为自然数且1＜Y＜N，在开采第Y个工作面区域时，在第一步骤至第四步骤的进行过程中，掘进第Y+1个工作面区域的进风巷道和切巷，在第Y个工作面区域的采煤工作面向前推进200米后，将第Y+1个工作面区域的切巷与第Y个工作面区域的被预留的巷道相贯通；

第Y+1个工作面区域的切巷与第Y个工作面区域的被预留的巷道贯通前，第Y个工作面区域的采煤工作面采用U形通风，通风动力为矿井的主通风机；第Y个工作面区域的被预留的巷道采用局部通风机通风；

第Y+1个工作面区域的切巷与第Y个工作面区域的被预留的巷道贯通后，去除全部局部通风机，采用矿井的主通风机为通风动力，从第Y个工作面区域的进风巷道和第Y+1个工作面区域的进风巷道进风，从第Y个工作面区域的回风巷道回风，形成两进一回的通风布局。

8.根据权利要求7所述的煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法，其特征在于：

第Y+1个工作面区域的切巷与第Y个工作面区域的被预留的巷道贯通后，首先对第Y个工作面区域的被预留的巷道进行维修，然后通过第Y+1个工作面区域的进风巷道和切巷向第Y个工作面区域的被预留的巷道内运输瓦斯抽采设备，在第Y个工作面区域开采期间通过第Y+1个工作面区域的进风巷道和第Y个工作面区域的被预的巷道向第Y+1个工作面区域施工瓦斯抽采钻孔、然后封瓦斯抽采钻孔，连接瓦斯抽采管路并进行瓦斯抽采；对第Y+1个工作面区域进行瓦斯抽采时，由第Y+1个工作面区域的切巷向前依次进行抽采。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的煤与瓦斯突出煤层预留巷道开采方法，其特征在于：开采任一工作面区域的方法中，在第一步骤之前，先用取芯钻头取压裂段各岩层的岩芯并测定岩芯强度，确定第三步骤中进行煤层顶板预裂工作时的水压。