CN110374600A - 一种极近距离煤层群回采巷道无错距式布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上下层煤开采回采巷道的布置方法，尤其涉及一种煤层采高1.0～3.5m，煤层间距3～12m内具有显著相互影响时，上下层煤开采工作面回采巷道无错矩式布置方法，本发明提出的极近距离煤层群回采巷道无错距布置方法，主要原理是上位煤层实施激缝断顶自充填沿空留巷，通过取消上位煤层区段煤柱留设及其对下位煤层开采造成的应力集中影响的方法，使得下位煤层开采及下位煤层回采巷道布置处于上位煤层采空区下的均匀卸压区内，同时取消上位煤层煤柱可使得下位煤层回采巷道采取正常的小煤柱留设方式布置，无须考虑与上层煤煤柱之间的内错和外错距，避免了内错式带来的下层煤煤柱过大和外错式带来的上层煤煤柱过大造成的资源浪费。

Description

一种极近距离煤层群回采巷道无错距式布置方法

技术领域：

本发明涉及一种上下层煤开采工作面回采巷道的布置方法，尤其涉及一种煤层开采厚度在1.0～3.5m，煤层层间距为3～12m，且上下两层极近距离煤层进行开采并具有显著相互影响时，上下层煤开采工作面回采巷道的无错矩式布置方法。

背景技术：

近年来，随着煤炭资源的开采力度越来越大，使很多赋存情况良好的煤层在短期内即将枯竭。为了提高推进速度和高效生产，保证煤炭资源的可持续性，开始考虑进行极近距离煤层开采。极近距离煤层开采已经在我国取得较多数量的推广和应用，并取得良好的经济技术效益。虽然极近距离煤层在我国的分布范围很广，但是开采难度较大。这主要是由于极近距离煤层的煤层间距很近，上位煤层的开采往往会使下位煤层顶板的完整程度遭到破坏，使得下位层回采巷道顶板完整性受到影响。同时上位煤层的开采时留下的区段煤柱会在下位煤层顶板产生应力集中影响，该应力集中会造成下位煤层回采巷道处于高应力环境，造成下位煤层回采巷道矿压大，变形大，难以稳定。因此在进行极近距离煤层开采时，为避免上位煤层开采对下位煤层回采巷道稳定的影响，如何选择上下两层煤开采时的回采巷道布置方式就显得尤为重要。目前国内外在进行极近距离煤层群开采时，上下两层煤开采工作面回采巷道布置方式有两种：

一种是外错式，如图1所示，在进行上下两层煤层回采巷道布置时，上位煤设置较宽的区段煤柱，下位煤回采巷道布置在上位煤层区段煤柱正下方，外错式巷道的应用大多是因为下部煤层的煤质比较好，或者煤层较厚，为了提高煤炭采出率和经济效益而被采用的。外错式布置方式无须将下位煤层回采巷道布置在采空区下，因而具有下部煤层回采巷道在支护时锚杆锚索都安置在比较稳定的顶板煤岩层中的优点，但是在现场实践中，下层煤回采巷道变形破坏比较严重，难以维护，主要是由于层间岩层的岩性不同，且下层煤层回采巷道布置在上煤层残留煤柱下方，上层煤层残留煤柱宽度的不同导致传递到底板的支承压力分布变化多样，因此造成下位煤层回采巷道压力大，巷道变形大，维修量大，严重影响下位煤层回采推进速度，巷道安全隐患大。

另一种是内错式，如图2所示，在进行上下两层煤层回采巷道布置时，上位煤设置正常宽度的区段煤柱，下位煤回采巷道则通过设置较宽区段煤柱的方法将下位煤层回采巷道布置在上位煤层采空区正下方，内错式巷道的应用大多是因为上部煤层的煤质比较好，或者煤层较厚，为了提高煤炭采出率和经济效益而被采用的。内错式无须将下位煤层回采巷道布置在上层煤区段煤柱下方，而布置在上位煤层采空区下，避免了上位煤层煤柱应力集中的影响，且位于采空区产生的卸压区内，因此下位煤层巷道围岩压力较小，但是下位煤层巷道的顶板为采空区下岩层，该岩层受到上层煤开采的破坏，岩层完整性较差，造成顶板支护比较困难，采用锚杆索支护时，锚杆和锚索安置在采空区冒落的矸石上，稳定性不高，同时层间距对错距的影响，导致留设煤柱过宽，造成资源损失。

无论是内错式还是外错式布置方式，都存在一个不能很好解决和实现极近距离煤层开采中存在的一些问题，主要表现在：(1)上位煤层均留设区段煤柱，存在上位煤层留煤柱对下煤层产生的应力集中影响；(2)存在煤柱留设过大现象，外错式上位煤层区段煤柱留设过宽，内错式下位煤层区段煤柱留设过宽，无论是那种方式，都造成某一层煤煤柱过宽带来的煤柱资源浪费，大大降低煤炭采出率。

公开号为CN105715273A的专利申请公开的技术方案中，适用于特厚煤层，即开采的单一整层煤厚度在8.0米以上，由于单层煤太厚，而无法一次采全高(目前国内的综采设备最高只能采7m厚的煤)，只能分成两层开采，先采上层，再采下层，上层与下层之间的层间距为0，两分层之间没有岩石夹层，自然界形成的是一层煤，开采的时候，人为的划成两层开采；所以该专利申请是将单层煤厚度8米以上的煤，分两层进行开采时采用的一种开采方法，其应用范围、上层煤巷道布置方法、上层煤巷道形成方法与本申请涉及的上下两层极近距离煤层开采方法不同。

公开号为CN103233740A的专利申请公开的技术方案中，适用于两层煤开采，两层煤之间含有岩石夹层，但是仅适用于每层煤的厚度在0.5-1.3m之间，层间距不超过2m，并且要求在于两层煤和煤之间的岩层夹层厚度全部加起来不超过巷道高度4m，才能实现两层煤同处在一个巷道内，两层煤开采时共用一个巷道，而本申请主要在于解决两层较厚的煤层，层间距在3-12m范围内的煤层开采时，上煤层与下煤层工作面巷道的空间布置更合理的问题，本申请在上下煤层开采时，均使用各自的上下顺槽巷道，不存在两层煤开采时共用一个巷道的问题，并且采用普通的双孔聚能爆破管进行切孔，爆破时会损伤顶板，仅适用于完整坚硬岩层条件的顶板，不适用于复合顶板。

本发明针对常见的内错式布置方式中下层煤煤柱过大和外错式布置方式中上层煤煤柱过大造成的资源浪费问题，提出了新的回采巷道布置方式——无错距式布置方式。无错距式布置方式是提出来的一种极近距离煤层回采巷道布置方式，该布置方式主要原理是上位煤层实施激缝断顶自充填沿空留巷无煤柱开采，通过取消上位煤层区段煤柱留设的方法，取消上位煤层区段煤柱对下位煤层开采造成的应力集中影响，而下位煤层开采整体处于上位煤层采空区下方形成的均匀卸压区内，回采巷道布置在了上煤层回采形成的应力降低区内，巷道的稳定性得到大大提高。同时可使得下位煤层巷道布置可以避免上位区段煤柱影响下，采取正常的小煤柱留设方式进行布置，无须考虑与上层煤煤柱之间的内错和外错距，进而避免了内错式带来的下层煤煤柱过大和外错式带来的上层煤煤柱过大造成的资源浪费，因此是一种更为科学合理的布置方式。对于上位煤层开采造成的底板破坏，使得下位煤层回采巷道顶板破碎难支护的问题，则采用注浆恒拉力延伸锚索+液压抬棚耦合支护方式(简称注浆恒阻锚索+单体抬棚)，以解决采空区下回采巷道在采空区冒落矸石下支护时所面临的锚杆和锚索安置在采空区冒落的矸石上，稳定性不高的技术问题。

发明内容：

本发明提供一种极近距离煤层群回采巷道的无错距式布置方法，避免了内错式带来的下层煤煤柱过大和外错式带来的上层煤煤柱过大造成的资源浪费问题，取消了上位煤层煤柱的应力集中对下位煤层回采巷道的影响，提高了下位煤层回采巷道稳定性并降低了下位煤层回采巷道支护难度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一步：在上位煤层第一个工作面，掘出上顺槽和下顺槽；

第二步：在下顺槽巷道顶板实施注浆恒阻锚索支护体加固，然后沿着下顺槽靠近采空区侧实施向采空区倾斜的小直径蝶形双向聚能定向激缝断顶爆破孔，将顶板弱化；

第三步：巷旁架设密集挡矸单体液压支柱，然后开始回采上位煤层第一个工作面；

第四步：随着上位煤层第一个工作面回采，回采煤层顶板沿小直径蝶形双向聚能定向激缝断顶爆破孔形成的弱化结构面，断裂冒落充填采空区，形成完整巷道，作为第二个工作面的上顺槽使用，依次类推，完成上位煤层回采，上位煤层最终不留设煤柱；

第五步：上位煤层回采完毕后，开始在上位煤层无煤柱采空区下，掘进下位煤层第一个工作面的上顺槽和下顺槽，并采用注浆恒阻锚索支护体+单体抬棚支护体的方式支护上下顺槽顶板；

第六步：回采下位煤层第一个工作面，第一个工作面顶板跨落，在区段煤柱旁边，掘进下位煤层第二个工作面的上下顺槽，并采用注浆恒阻锚索支护体+单体抬棚支护体的方式支护上下顺槽顶板，然后进行第二个工作面回采，依次类推，完成下位煤层的全部回采。

进一步，所述第二步中，采用小直径蝶形双向聚能激缝断顶管作为爆破管，所述爆破管采用抗静电阻燃的特种塑料管，由两个相似半壁管扣合组成，管壁厚2mm，每一半壁管中央有一个凹进去的聚能槽，其中聚能槽的顶角为70°，每个半壁管构成一个“W”形，两聚能槽顶部间距17.27mm，半壁管宽度为24.18mm，两半壁管相扣成的聚能管宽度为28.35mm，管长2m、2.5m、3m不等，聚能管根据炮眼深度可长可短。为调节聚能槽对准开挖轮廓面，两半壁管可调聚能方向8°～10°。聚能管装置中的炸药为施工现场通用炸药即乳化炸药。聚能管内部尺寸形成的截面就是炸药的截面。聚能管装置中的传爆线和起爆雷管为施工现场通用的起爆器材，起爆雷管段别与常规光面爆破相同。

进一步，所述第二、五、六步中采用注浆恒阻锚索支护体+单体抬棚支护体，注浆恒阻锚索支护体包括恒阻锚索、止浆塞、可压缩含气孔橡胶垫、直径5mm的钻孔；恒阻锚索包括：螺母、球垫、托盘、恒阻装置、连接套、锚索，恒阻装置为设有螺纹的筒状体结构。所述止浆塞可以在注浆完成后防止高压注浆浆液流失，所述止浆塞采用膨胀性的特殊材料，遇水后发生膨胀充满注浆口，起到止浆作用；所述可压缩含气孔橡胶垫可以防止浆液沿着托盘与岩石壁之间的缝隙发生泄漏；所述钻孔可以使注浆材料沿着该钻孔进入锚索与锚索孔之间的孔隙，并在压力的作用下，压进围岩中的微小裂隙中，起到加固围岩的作用。

技术效果：

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：无错距式布置方法大幅度提高了煤炭资源利用率，避免了内错式带来的下层煤煤柱过大和外错式带来的上层煤煤柱过大造成的资源浪费，同时取消了上层煤煤柱的应力集中影响范围，使得下位煤层可以不增加煤柱宽度的情况下，完全任意地布置在上位煤层采空区下，巷道维护容易；本发明采用小直径蝶形双向聚能激缝断顶管作为爆破管，适用于各种岩层条件的顶板，既适用于完整坚硬岩层条件的顶板，也适用于复合顶板岩层，具有通用性，并且采用小药卷装药，对顶板损伤很小，留巷效果很好；本发明采用注浆恒阻锚索支护体+单体抬棚的支护体系，巷道变形小，支护容易，能保证下位煤层安全高效回采，因此是一种更为科学合理的布置方法。

附图说明：

图1：现有的工作面外错式布置示意图；

图2：现有的工作面内错式布置示意图；

图3：本发明中上位煤层第一工作面上下顺槽掘进布置示意图；

图4：本发明中下顺槽巷内实施恒阻锚杆索及小直径蝶形聚能激缝断顶孔示意图；

图5：本发明中上位煤层第一个工作面下顺槽作为第二个工作面上顺槽示意图；

图6：本发明中上位煤层回采后顶板切落及垮落示意图；

图7：本发明中上位煤层回采完毕后掘进下位煤层第一个工作面回采巷道并加固顶板的示意图；

图8：本发明中下位煤层第一个工作面回采后区段煤柱旁布置第二个工作面的示意图；

图9：本发明小直径蝶形双向聚能激缝断顶管截面图；

图10：本发明注浆恒阻锚索支护体结构示意图。

图中：现有布置方式中上位煤层1’、现有布置方式中下位煤层2’、现有布置方式中上位煤层上顺槽3’、现有布置方式中上位煤层下顺槽4’、现有布置方式中下位煤层上顺槽5’、现有布置方式中下位煤层下顺槽6’、本发明布置方法中上位煤层1、本发明布置方法中下位煤层2、本发明布置方法上位煤层上顺槽3、本发明布置方法中上位煤层下顺槽4、本发明布置方法中下位煤层上顺槽5、本发明布置方法中下位煤层下顺槽6、注浆恒阻锚索支护体7、断顶爆破孔8、单体抬棚支护体10、区段煤柱11、钻孔70、螺母71、球垫72、托盘73、恒阻装置74、连接套75、锚索76、止浆塞77、橡胶垫78、树脂锚固剂79、孔壁80。

具体实施方式：

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

下面对照附图内容进行具体说明，请参阅附图3-10：

第一步：在上位煤层1第一个工作面，掘出上顺槽3和下顺槽4，如图3所示。

第二步：在下顺槽4巷道顶板实施注浆恒阻锚索支护体7加固，然后沿着下顺槽靠近采空区侧实施向采空区倾斜的小直径蝶形双向聚能定向激缝断顶爆破孔8，将顶板弱化，如图4所示。

第三步：巷旁架设密集挡矸单体液压支柱，然后开始回采上位煤层1第一个工作面，如图5所示。

第四步：随着上位煤层1第一个工作面回采，回采煤层顶板沿小直径蝶形双向聚能定向激缝断顶爆破孔8形成的弱化结构面，断裂冒落充填采空区，形成完整巷道，作为第二个工作面的上顺槽3使用，依次类推，完成上位煤层1回采，上位煤层最终不留设煤柱，如图6所示。

第五步：上位煤层1回采完毕后，开始在上位煤层无煤柱采空区下，掘进下位煤层2第一个工作面的上顺槽5和下顺槽6，并采用注浆恒阻锚索支护体7+单体抬棚支护体10的方式支护上下顺槽顶板，如图7所示。

第六步：回采下位煤层2第一个工作面，第一个工作面顶板垮落，在区段煤柱11旁边，掘进下位煤层2第二个工作面的上下顺槽5、6，并采用注浆恒阻锚索支护体7+单体抬棚支护体10的方式支护上下顺槽顶板，然后进行第二个工作面回采，依次类推，完成下位煤层2的全部回采，如图8所示。

进一步，所述第二步中，采用小直径蝶形双向聚能激缝断顶管作为爆破管，所述爆破管采用抗静电阻燃的特种塑料管，由两个相似半壁管扣合组成，管壁厚2mm，每一半壁管中央有一个凹进去的聚能槽，其中聚能槽的顶角为70°，每个半壁管构成一个“W”形，两聚能槽顶部间距17.27mm，半壁管宽度为24.18mm，两半壁管相扣成的聚能管宽度为28.35mm，管长2m、2.5m、3m不等，聚能管根据炮眼深度可长可短，如图9所示。为调节聚能槽对准开挖轮廓面，两半壁管可调聚能方向8°～10°。聚能管装置中的炸药为施工现场通用炸药即乳化炸药。聚能管内部尺寸形成的截面就是炸药的截面。聚能管装置中的传爆线和起爆雷管为施工现场通用的起爆器材，起爆雷管段别与常规光面爆破相同。

进一步，所述第五、六步中采用注浆恒阻锚索支护体+单体抬棚支护体，注浆恒阻锚索支护体包括恒阻锚索、止浆塞、可压缩含气孔橡胶垫、直径5mm的钻孔；如图10所示，所述止浆塞可以在注浆完成后防止高压注浆浆液流失，所述止浆塞采用膨胀性的特殊材料，遇水后发生膨胀充满注浆口，起到止浆作用；所述可压缩含气孔橡胶垫可以防止浆液沿着托盘与岩石壁之间的缝隙发生泄漏；所述钻孔可以使注浆材料沿着该钻孔进入锚索与锚索孔之间的孔隙，并在压力的作用下，压进围岩中的微小裂隙中，起到加固围岩的作用。

可注浆恒阻锚索支护体包括恒阻锚索，该恒阻锚索包括：螺母71、球垫72、托盘73、恒阻装置74、连接套75、锚索76，恒阻装置74为设有螺纹的筒状体结构；在其基础上该支护体还包括：注浆完成后防止高压注浆浆液流失的止浆塞77，该止浆塞用膨胀性的特殊材料，遇水后发生膨胀充满注浆口，起到止浆作用；托板下的一个耐挤压的可压缩含气孔橡胶垫78，其主要作用是防止浆液沿着托盘与岩石壁之间的缝隙发生泄漏；直径5mm的钻孔70，钻孔主要是为了注浆材料沿着孔进入锚索与锚索孔之间的孔隙，并在压力的作用下，压进围岩中的微小裂隙中，起到加固围岩的作用。图10中还包括锚索孔壁80，锚索端部凝固固定的树脂锚固剂79。可注浆恒阻锚索结构中，采用直径17.8mm矿用钢绞线，注浆后，锚索体上螺纹即与注浆体咬合，形成牢固的锚固体。注浆恒阻锚索主要通过注浆作用，加固上帮垮落松散的矸石，通过浆液将其胶结，形成一个整体，这样在后期顶板缓慢挤压变形作用下，不会因压力作用而压碎并散落到巷道内，起到稳定巷道帮稳定的作用。

注浆恒阻锚索加固顶板原理如下：在极近距离煤层上位煤层回采过程中，回采工作面在前方和两侧形成侧向支撑应力，该应力会对底板产生破坏作用，使得上位煤层和下位煤层之间的岩层发生破坏，出现裂隙，降低煤层间岩层强度和完整性。因此在进行下位煤层回采时，下位煤层工作面的上下顺槽巷道顶板即为破坏的煤层间岩层，需由于多煤层开采，围岩多次扰动，一次回采后，一次回采动压会造成巷道围岩出现裂隙，使围岩强度降低，在二次回采前需要对围岩进行注浆加固，封闭裂隙，恢复围岩强度，因此本发明中采用可注浆恒阻锚索支护体+单体抬棚支护体进行加固，一次回采时发挥恒阻锚索大变形高强度可延伸的优势，二次回采前又可以通过其上的注浆装置，对围岩进行注浆加固，可注浆恒阻锚索，施加在沿空巷道的顶板和帮侧，间排距需要根据地质条件进行计算分析。

工程实例：某矿在进行10#煤层和11#煤层开采时，即面临极近距离煤层群开采布置问题。该矿10#煤层采高平均1.88m，11#煤层采高平均2.44m，呈现下层煤较上层煤厚，煤质好等特点，10#与11#层间为松散易碎裂的泥岩、砂质泥岩、碳质泥岩，层间岩石强度较低，11#层回采巷道顶板地质条件恶劣，处于10#煤层煤柱下方，其巷道变形压力较大。如果采取外错式布置，则导致10#煤层留设煤柱过大，造成10#煤层资源浪费很大，同时11#煤层巷道位于10#煤层煤柱集中压力影响带下，造成11#煤层回采巷道支护困难，巷道维修量大，严重影响11#煤层推采速度。如果过采用内错式布置，则导致11#煤层留设煤柱过大，造成11#煤层资源浪费很大，同时11#煤层开采时工作面会收到10#煤层煤柱集中压力的影响，造成工作面维护困难。

因此，在该煤矿开采10#、11#极近距离煤层群开采时，采用了无错距式开采布置，即在10#煤层开采时实施激缝断顶沿空留巷无煤柱开采技术，取消10#煤层的煤柱，在11#煤层开采时，采用正常的留设小煤柱布置回采巷道方式进行开采，并采用注浆恒阻锚索+单体抬棚的支护方法对11#煤层回采巷道顶板进行支护，取得了良好的极近距离煤层开采效果，为国内外首个应用极近距离煤层群无错距式开采方法的工程实例。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种极近距离煤层群回采巷道无错距式布置方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：在上位煤层第一个工作面，掘出所述上顺槽和下顺槽；

第二步：在所述下顺槽巷道顶板实施注浆恒阻锚索支护体加固，然后沿着所述下顺槽靠近采空区侧实施向采空区倾斜的小直径蝶形双向聚能定向激缝断顶爆破孔，将顶板弱化；

第三步：巷旁架设密集挡矸单体液压支柱，然后开始回采上位煤层第一个工作面；

第四步：随着上位煤层第一个工作面回采，回采煤层顶板沿小直径蝶形双向聚能定向激缝断顶爆破孔形成的弱化结构面，断裂冒落充填采空区，形成完整巷道，作为第二个工作面的上顺槽使用，依次类推，完成上位煤层回采，上位煤层最终不留设煤柱；

第五步：上位煤层回采完毕后，开始在上位煤层无煤柱采空区下，掘进下位煤层第一个工作面的上顺槽和下顺槽，并采用注浆恒阻锚索支护体+单体抬棚支护体的方式支护上下顺槽顶板；

第六步：回采下位煤层第一个工作面，第一个工作面顶板跨落，在区段煤柱旁边，掘进下位煤层第二个工作面的上下顺槽，并采用注浆恒阻锚索支护体+单体抬棚支护体的方式支护上下顺槽顶板，然后进行第二个工作面回采，依次类推，完成下位煤层的全部回采；

所述第二步中，采用小直径蝶形双向聚能激缝断顶管作为爆破管，所述爆破管采用抗静电阻燃的特种塑料管，由两个相似半壁管扣合组成，管壁厚2mm，每一半壁管中央有一个凹进去的聚能槽，其中聚能槽的顶角为70°，每一半壁管构成一个“W”形，两聚能槽顶部间距17.27mm，半壁管宽度为24.18mm，两半壁管相扣成的聚能管宽度为28.35mm，管长2m或2.5m或3m等，聚能管长度也可以根据炮眼深度确定，两半壁管可调聚能方向范围8°～10°；

所述注浆恒阻锚索支护体包括恒阻锚索、止浆塞、可压缩含气孔橡胶垫、直径5mm的钻孔；所述恒阻锚索包括：螺母、球垫、托盘、恒阻装置、连接套、锚索，所述恒阻装置为设有螺纹的筒状体结构；所述止浆塞可以在注浆完成后防止高压注浆浆液流失，止浆塞采用膨胀性的特殊材料，遇水后发生膨胀充满注浆口，起到止浆作用；所述可压缩含气孔橡胶垫可以防止浆液沿着托盘与岩石壁之间的缝隙发生泄漏；所述钻孔可以使注浆材料沿着该钻孔进入锚索与锚索孔之间的孔隙，并在压力的作用下，压进围岩中的微小裂隙中，起到加固围岩的作用。