CN111287749B - 冲击地压煤层临空巷道宽掘窄用防冲方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冲击地压煤层临空巷道宽掘窄用防冲方法，包括获取与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原巷道设计宽度和原煤柱设计宽度，将原巷道设计宽度扩大预设倍数得到计划巷道宽度，将原煤柱设计宽度减小至预设宽度范围内。在临空巷道掘进过程中，掘进计划巷道宽度的宽掘临空巷道，在宽掘临空巷道临空侧留设宽度位于预设宽度范围内的临空侧小煤柱。在临空侧小煤柱侧布置巷道充填区，对巷道充填区进行充填形成填充体。本发明实施例通过临空侧小煤柱和充填体共同作用达到挡风和护巷的基本要求，并大幅提高资源回收率，有效降低临空侧煤柱支承压力，大幅减弱基础静载荷集聚程度，显著降低煤层临空巷道冲击地压发生风险。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿安全开采技术领域，特别是一种冲击地压煤层临空巷道宽掘窄用防冲方法。
背景技术
冲击地压是一种严重的煤岩动力灾害。随着我国煤炭工业开发逐步转向西部，近年来西部矿区涌现出大量的冲击地压矿井。这些冲击地压矿井在矿井设计阶段未考虑冲击地压风险，工作面间一般留设20m以上的区段宽煤柱，而这些煤柱的留设直接加剧工作面临空巷道的冲击地压风险。据统计，近年来西部矿区冲击地压事故多发生在临空巷道。现有研究发现，临空巷道事故多发的原因在于留设宽煤柱承受了来自工作面侧向采空区的支承压力，加之工作面推进引起的后方支承压力形成高水平基础静载荷，在与顶板运动或爆破作业等动载扰动叠加后导致冲击地压显现。
现有局部防治手段例如大直径钻孔卸压、煤层深孔爆破等，主要目的是制造和扩大煤体内塑性区，使煤柱支承压力峰值向深部转移，但目前存在以下问题：一方面现有局部手段制造的塑性区效果不理想，主要表现为卸压范围小和应力恢复快；另一方面巷道局部卸压对安全生产存在影响，表现在卸压手段对巷道局部支护产生破坏、卸压施工时人员和设备处于冲击危险中和施工影响其他工序正常作业等。普通煤矿的沿空留巷和沿空掘巷虽然能缩小留设煤柱，但是对于存在强烈冲击、震动的冲击地压矿井难以适用，还存在巷道难以维护、充填速度跟不上回采速度、充填体大变形和漏风等问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的冲击地压煤层临空巷道宽掘窄用防冲方法，能够通过临空侧小煤柱和充填体共同作用达到挡风和护巷的基本要求，并大幅提高资源回收率，有效降低临空侧煤柱支承压力，大幅减弱基础静载荷集聚程度，显著降低煤层临空巷道冲击地压发生风险。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种冲击地压煤层临空巷道宽掘窄用防冲方法，包括：
获取与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原巷道设计宽度和原煤柱设计宽度，将所述原巷道设计宽度扩大预设倍数得到计划巷道宽度，将所述原煤柱设计宽度减小至预设宽度范围内；
在临空巷道掘进过程中，掘进所述计划巷道宽度的宽掘临空巷道，在所述宽掘临空巷道临空侧留设宽度位于所述预设宽度范围内的临空侧小煤柱；
在所述临空侧小煤柱附近布置巷道充填区，对所述巷道充填区进行充填形成填充体。
可选地，将所述原巷道设计宽度扩大预设倍数得到计划巷道宽度，包括：
将所述原巷道设计宽度扩大1.7～1.9倍得到计划巷道宽度。
可选地，所述预设宽度范围为3m～8m，在所述宽掘临空巷道临空侧留设宽度位于所述预设宽度范围内的临空侧小煤柱，包括：
在所述宽掘临空巷道临空侧留设宽度位于3m～8m范围内的临空侧小煤柱。
可选地，所述巷道充填区的宽度不超过所述计划巷道宽度的三分之二。
可选地，对所述巷道充填区进行充填形成填充体，包括：
在掘进工作面掘进至预设距离后，对所述巷道充填区开始充填；
保持所述充填区充填施工进度滞后所述掘进工作面掘进进度所述预设距离。
可选地，对所述巷道充填区进行充填形成填充体，包括：
采用高水材料对所述巷道充填区进行充填形成填充体，并使所述填充体与所述宽掘临空巷道的顶板相接。
本发明实施例采用临空巷道宽掘窄用方法，在临空巷道掘进过程中依据扩大原巷道设计宽度后的计划巷道宽度掘进宽掘临空巷道，依据减小原煤柱设计宽度后的预设宽度范围留设临空侧小煤柱，进而通过在临空侧小煤柱附近布置巷道充填区，以对巷道充填区进行充填形成填充体。本发明实施例通过临空侧小煤柱和充填体共同作用可以将临空侧小煤柱支承压力向侧向采空区深部疏导，显著减小临空侧小煤柱支承压力，有效降低了冲击地压发生所必需的基础静载荷水平，显著降低煤层临空巷道冲击地压发生风险。并且，宽掘临空巷道临空侧充填部分在开挖后至充填前的过程中得到了充分卸压，锚索、锚网和单元支架等承载作用与高水材料充填体具有速凝性使充填体接顶充分且不易变形，因此充填体可作为理想的人工塑性区具有较好的让压作用，将支承压力转移到临空巷道两侧即实体煤和侧向采空区，使得临空巷道无需重复实施煤体卸压施工，消除卸压施工产生的消极影响。进一步地，留设的临空侧小煤柱和充填体能够达到完成巷道封闭和维护的基本要求，并且，临空侧小煤柱相较于宽煤柱的留设还可以大幅提高煤矿资源回收率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
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，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了目前煤矿开采中的临空巷道和宽煤柱布置结构俯视示意图；
图2示出了图1中临空巷道和宽煤柱布置结构的剖视图和对应位置的支承压力曲线的示意图；
图3示出了根据本发明一实施例的冲击地压煤层临空巷道宽掘窄用防冲方法的流程示意图；
图4示出了根据本发明一实施例的煤矿开采的宽掘临空巷道和临空侧小煤柱布置结构俯视图；
图5示出了图4中宽掘临空巷道和临空侧小煤柱布置结构的剖视图和对应位置的支承压力曲线的示意图；
附图1-2、4-5中，1：回采工作面实体煤；2：临空巷道；3：临空侧宽煤柱；4：侧向采空区；5：宽煤柱实体煤侧支承压力曲线；6：宽煤柱侧支承压力曲线；7：宽掘临空巷道；8：临空侧小煤柱；9：充填体；10：宽掘窄用实体煤侧支承压力曲线；11：临空侧小煤柱侧支承压力曲线。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
临空巷道宽煤柱由于承受面积较小基础静载荷水平高，基础静载荷是冲击地压发生的必要条件，现有局部防治措施如煤层大直径钻孔和深孔爆破旨在通过人为制造煤体塑性区来降低煤体支承压力，或优化开采布置缩小留设煤柱，从而降低煤体基础静载荷水平并提高动载叠加诱冲门槛，最终减弱冲击地压风险。
本发明实施例首先介绍通常煤层临空巷道冲击地压发生的原因。参见图1，图1为通常采用的回采工作面煤层临空巷道布置方式，临空巷道2宽为5m，高为3.5m，临空巷道2右侧为回采工作面实体煤1，临空巷道2左侧依次为临空侧宽煤柱3和侧向采空区4，其中，临空侧宽煤柱3宽度为20m。图1中回采工作面煤层临空巷道和宽煤柱的Ⅰ-Ⅰ方向的剖视图可以参见图2，图2还示出了回采工作面实体煤1侧的支承压力曲线5和临空侧宽煤柱3侧的支承压力曲线6。由此可知，回采工作面实体煤1和临空侧宽煤柱3均存在较高水平的支承压力，由于回采工作面实体煤1承载面积远大于临空侧宽煤柱3承载面积，因此临空侧宽煤柱3的支承压力的峰值较回采工作面实体煤1的支承压力的峰值更大，且支承压力分布更为集中。从基础静载荷角度分析，现有的工况下临空侧宽煤柱3较回采工作面实体煤1更易发生冲击地压显现。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种冲击地压煤层临空巷道宽掘窄用防冲方法，参见图3，该方法包括步骤S302至步骤S306。
步骤S302，获取与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原巷道设计宽度和原煤柱设计宽度，将原巷道设计宽度扩大预设倍数得到计划巷道宽度，将原煤柱设计宽度减小至预设宽度范围内。
在本发明实施例中，原巷道设计宽度指的是与当前开采布置形式相同开采布置形式下通常挖掘的临空巷道(如图1所示临空巷道2)的宽度，原煤柱设计宽度指的是与当前开采布置形式相同开采布置形式下通常留设的煤柱(如图1所示临空侧宽煤柱3)的宽度。本发明实施例对原巷道设计宽度增宽，并对原煤柱设计宽度减宽。
步骤S304，在临空巷道掘进过程中，掘进计划巷道宽度的宽掘临空巷道，在宽掘临空巷道临空侧留设宽度位于预设宽度范围内的临空侧小煤柱。
在本发明实施例中，宽掘临空巷道和临空侧小煤柱的高度均可以继续采用与当前开采布置形式相同开采布置形式下对应巷道和煤柱的高度，本发明实施例对此不作具体的限定。该实施例中，宽掘临空巷道临空侧指的是宽掘临空巷道中临近侧向采空区的一侧。
步骤S306，在临空侧小煤柱附近布置巷道充填区，对巷道充填区进行充填形成填充体。
本发明实施例通过临空侧小煤柱和充填体共同作用可以将临空侧小煤柱支承压力向侧向采空区深部疏导，显著减小临空侧小煤柱支承压力，有效降低了冲击地压发生所必需的基础静载荷水平，显著降低煤层临空巷道冲击地压发生风险。并且，宽掘临空巷道临空侧充填部分在开挖后至充填前的过程中得到了充分卸压，锚索、锚网和单元支架等承载作用与高水材料充填体具有速凝性使充填体接顶充分且不易变形，因此充填体可作为理想的人工塑性区具有较好的让压作用，将支承压力转移到临空巷道两侧即实体煤和侧向采空区，使得临空巷道无需重复实施煤体卸压施工，消除卸压施工产生的消极影响。进一步地，留设的临空侧小煤柱和充填体能够达到完成巷道封闭和维护的基本要求，并且，临空侧小煤柱相较于宽煤柱的留设还可以大幅提高煤矿资源回收率。
参见上文步骤S302，在本发明一可选实施例中，在执行将原巷道设计宽度扩大预设倍数得到计划巷道宽度时，可以将原巷道设计宽度扩大1.7～1.9倍得到计划巷道宽度。例如，将原巷道设计宽度扩大1.8倍，若原巷道设计宽度为5m，将原巷道设计宽度扩大1.8倍得到计划巷道宽度为9m。又例如，将原巷道设计宽度扩大1.7倍，若原巷道设计宽度为5m，将原巷道设计宽度扩大1.7倍得到计划巷道宽度为8.5m。原巷道设计宽度扩大倍数可以是1.7～1.9范围内的任意数值，本发明实施例对此不作具体限定。
参见上文步骤S304，在本发明一可选实施例中，预设宽度范围可以是3m～8m，在宽掘临空巷道临空侧留设宽度位于预设宽度范围内的临空侧小煤柱时，可以在宽掘临空巷道临空侧留设宽度位于3m～8m范围内的临空侧小煤柱。例如，留设宽度为3m的临空侧小煤柱。又例如，留设宽度为4m的临空侧小煤柱，本发明实施例对此不作具体限定。
在本发明一可选实施例中，巷道充填区的宽度可以不超过计划巷道宽度的三分之二。例如，计划巷道宽度为9m，巷道充填区的宽度可以是4m、4.5m、5m等数值，发明实施例对此不作具体限定。
本发明实施例的巷道充填区可以紧邻临空侧小煤柱，也可以是巷道充填区与临空侧小煤柱之间存在一定的间隙，本发明实施例对此不作具体限定。当然，留设的巷道充填区紧邻临空侧小煤柱的更有利于临空侧小煤柱支承压力向侧向采空区深部疏导，以减小临空侧小煤柱支承压力，并使在巷道充填区填充的充填体起到更好的让压作用。
参见上文步骤S306，在本发明一可选实施例中，在对巷道充填区进行充填形成填充体的过程中，为避免影响掘进工作面的掘进并保证顶板安全，充填施工应滞后掘进工作面预设距离，这个预设距离可以根据掘进工作面作业设备所需空间和顶板支护方式进行确定。例如，预设距离可以是10m、15m等数值。
因此，在对巷道充填区进行充填形成填充体的过程中，可以在巷道掘进工作面掘进至预设距离后对巷道充填区开始充填。然后，保持充填区充填施工进度滞后实体煤的工作面掘进进度预设距离，此时的充填工作可以与掘进工作同时向前推进，且当前充填施工区和当前掘进工作面之间保持预设距离。
本发明实施例中，充填体可以采用具有均匀致密特性的材料，相比较煤壁而言不容易产生煤爆、弹射等动力现象。例如，可以采用高水材料对巷道充填区进行充填形成填充体，并且使填充体与宽掘临空巷道的顶板相接，充填材料还可以是其他相似材料，本发明实施例对此不作具体限定。
为了更加清楚的体现本发明实施例，参见图4，现以某矿回采工作面煤层临空巷道为例，对本发明实施例的宽掘窄用防冲过程进行介绍。
假设获取到与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原巷道设计宽度为5m，原煤柱设计宽度为20m，原巷道设计高度为3.5m。本发明实施例将原巷道设计宽度扩大1.8倍得到计划巷道宽度为9m，将原煤柱设计宽度20m减小至临空侧小煤柱8宽度为3m。
在临空巷道掘进过程中掘进得到宽度为9m，高度为3.5m的宽掘临空巷道7，在宽掘临空巷道7临空侧留设宽度为3m的临空侧小煤柱8，并且宽掘临空巷道7的高度不变。在临空侧小煤柱8附近布置巷道充填区的宽度为4m，在掘进工作面向前推进10m距离后，开始对巷道充填区进行充填形成填充体9，且充填施工与工作面掘进过程同步进行。填充体9充填完成后，宽掘临空巷道7的右侧为回采工作面实体煤1，左侧依次为填充体9、临空侧小煤柱8和侧向采空区4。
本发明实施例留设临空侧小煤柱8并充填部分宽掘临空巷道7，可以通过临空侧小煤柱8和充填体9共同作用达到挡风和护巷的基本要求，并且大幅提高煤矿资源回收率。本发明实施例无需重复实施煤层卸压施工，可以克服现有局部卸压防治手段和沿空巷道布置的缺点。
图4中回采工作面宽掘临空巷道和临空侧小煤柱布置结构的ⅠⅠ-ⅠⅠ方向的剖视图可以参见图5，图5还示出了宽掘窄用实体煤侧支承压力曲线10和临空侧小煤柱侧支承压力曲线11。可见，在临空侧小煤柱8和巷道充填区中充填体9共同承载作用下，由于临空侧小煤柱8宽度较小，且巷道充填区中充填体9类似塑性区的作用使临空侧小煤柱8的支承压力峰值向侧向采空区4转移，临空侧小煤柱8上方支承压力显著降低。并且，由于临空侧小煤柱8的支承压力峰值向侧向采空区4转移，同时回采工作面实体煤1分担承载面积略有增大，回采工作面实体煤1的支承压力峰值大小不变，支承压力区变宽，从而显著降低临空侧小煤柱8侧基础静载荷和疏导回采工作面实体煤1的支承压力峰值，提高了动静载荷叠加发生冲击地压的门槛，进而大大降低了宽掘临空巷道7的冲击地压发生风险。
本领域普通技术人员可以理解：实现前述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件(诸如个人计算机，服务器，或者网络设备等的计算设备)来完成，程序指令可以存储于一计算机可读取存储介质中，当程序指令被计算设备的处理器执行时，计算设备执行本发明各实施例方法的全部或部分步骤。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。
Claims (6)
1.冲击地压煤层临空巷道宽掘窄用防冲方法，其特征在于，包括：
获取与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原巷道设计宽度和原煤柱设计宽度，将所述原巷道设计宽度扩大预设倍数得到计划巷道宽度，将所述原煤柱设计宽度减小至预设宽度范围内；
在临空巷道掘进过程中，掘进所述计划巷道宽度的宽掘临空巷道，在所述宽掘临空巷道临空侧留设宽度位于所述预设宽度范围内的临空侧小煤柱；
在所述临空侧小煤柱附近布置巷道充填区，对所述巷道充填区进行充填形成填充体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述原巷道设计宽度扩大预设倍数得到计划巷道宽度，包括：
将所述原巷道设计宽度扩大1.7～1.9倍得到计划巷道宽度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预设宽度范围为3m～8m，在所述宽掘临空巷道临空侧留设宽度位于所述预设宽度范围内的临空侧小煤柱，包括：
在所述宽掘临空巷道临空侧留设宽度位于3m～8m范围内的临空侧小煤柱。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述巷道充填区的宽度不超过所述计划巷道宽度的三分之二。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述巷道充填区进行充填形成填充体，包括：
在掘进工作面掘进至预设距离后，对所述巷道充填区开始充填；
保持所述充填区充填施工进度滞后所述掘进工作面掘进进度所述预设距离。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述巷道充填区进行充填形成填充体，包括：
采用高水材料对所述巷道充填区进行充填形成填充体，并使所述填充体与所述宽掘临空巷道的顶板相接。
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2020
- 2020-04-21 CN CN202010317049.5A patent/CN111287749B/zh active Active
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| CN111287749A (zh) | 2020-06-16 |
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