CN111636869A - 一种沿空巷道的护巷结构及方法 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例公开一种沿空巷道的护巷结构及方法，涉及采煤技术领域，为提高回采工作面顺槽的安全性而发明。所述护巷结构，包括：小煤柱，所述小煤柱设于第一采煤区段的上顺槽和第二采煤区段的下顺槽之间，所述第一采煤区段与所述第二采煤区段相邻；所述小煤柱上方对应的顶板中开设有卸压槽，所述卸压槽的起始位置位于上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处。本申请适用于煤矿开采。

Description

一种沿空巷道的护巷结构及方法

技术领域

本申请涉及采煤技术领域，尤其涉及一种沿空巷道的护巷结构及方法。

背景技术

顺槽是为了回采煤层而在工作面两侧开掘的巷道，上顺槽作为回采工作面中作业人员与运输设备进出的通道，维护其工作的安全性十分重要。现有技术中，在对煤炭进行开采时，沿着采空区边缘掘进顺槽，并沿着顺槽留设小煤柱，小煤柱支承顶板的应力对巷道进行保护。然而，在对煤体进行回采时，受动压影响，在工作面端部、靠近顺槽处易产生集中应力区，这样，顺槽受此影响，容易变形甚至破坏，导致在回采作业时，顺槽的安全性较低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种沿空巷道的护巷结构及方法，可以提高回采工作面顺槽的安全性。

第一方面，本申请实施例提供一种沿空巷道的护巷结构，包括：小煤柱，所述小煤柱设于第一采煤区段的上顺槽和第二采煤区段的下顺槽之间，所述第一采煤区段与所述第二采煤区段相邻；所述小煤柱上方对应的顶板中开设有卸压槽，所述卸压槽的起始位置位于上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述卸压槽自上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处延伸至第二采煤区段的下顺槽上方对应顶板中；或延伸至第二采煤区段的采煤工作面对应的顶板中。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述卸压槽自上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处延伸的方向与水平方向呈预定倾角斜向上开设。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述预定倾角为10～60°。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述卸压槽长度为12～35m，高度为200mm～4000mm。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，沿第一采煤区段的工作面推进方向间隔设有多个所述卸压槽。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述小煤柱两侧设有支柱。

第二方面，本申请实施例提供一种沿空巷道的护巷方法，包括：在待采的第一采煤区段的上顺槽与第二采煤区段的下顺槽之间预留小煤柱；所述第一采煤区段与所述第二采煤区段相邻；自第一采煤区段的上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮位置处朝第二采煤区段方向开设卸压槽，使所述卸压槽横向贯穿所述小煤柱上方对应的顶板，延伸至第二采煤区段的下顺槽上方对应顶板中；利用所述卸压槽使岩体应力重新分布，将小煤柱及第一采煤区段的上顺槽顶板上部分应力迁移至相邻的第二采煤区段中，以降低小煤柱及第一采煤区段的上顺槽顶板上方的应力。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：沿第一采煤区段的工作面推进方向超前间隔设置多个所述卸压槽，在回采过程中，利用超前设置的多个卸压槽对小煤柱和下顺槽进行卸压，使小煤柱与下顺槽在整个采煤推进方向上避开回采动压影响，处于采空区应力降低区域。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述自第一采煤区段的上顺槽、靠近第一采煤区段采空区侧的边帮位置处朝第二采煤区段方向开设卸压槽包括：自上顺槽、靠近第一采煤区段采空区侧的边帮处与水平方向呈预定倾角斜向上开设，在遇到坚硬的围岩，先通过深孔爆破将待开设卸压槽区域内围岩爆碎，并控制爆碎岩块大小在预定尺寸规格范围内；再使用水力开采设备或薄煤层采煤机将待开设卸压槽区域内破碎岩块转移到第一采煤区段的上顺槽内，再运送至其它区域或者排送后部采空区内，形成卸压槽；在遇到软弱或者中硬的围岩，使用水力开采设备或薄煤层采煤机进行开采，将待开设卸压槽区域内岩体破碎，并使破碎的岩块落入第一采煤区段的上顺槽内，再运送至其它区域或者排送后部采空区内，形成卸压槽。

本申请实施例提供的一种沿空巷道的护巷结构及方法，通过将小煤柱设于第一采煤区段的上顺槽和第二采煤区段的下顺槽之间，并在小煤柱上方对应的顶板中开设有起始位置位于上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处的卸压槽，这样，可以利用卸压槽使岩体应力重新分布，将第一采煤区段的上顺槽顶板上部分应力迁移至第一采煤区段以外的区域，以降低第一采煤区段的上顺槽顶板上方的应力，达到护巷的目的，从而可以提高回采工作面顺槽的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请一实施例的沿空巷道的护巷结构的示意图；

图2为本申请一实施例提供的沿空巷道的护巷方法的流程示意图；

图3为本申请又一实施例提供的沿空巷道的护巷方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。图1为本申请一实施例的沿空巷道的护巷结构的示意图，如图1所示，本实施例的护巷结构可以包括：小煤柱1，小煤柱1设于第一采煤区段2的上顺槽21和第二采煤区段3的下顺槽31之间，第一采煤区段2与第二采煤区段3相邻；小煤柱1上方对应的顶板4中开设有卸压槽5，卸压槽5的起始位置位于上顺槽21、远离第一采煤区段2采空区侧的边帮处。

小煤柱与宽煤柱相对，回采工作面顺槽多采用留设宽煤柱护巷的方式，在保护巷道稳定性的同时，也损失了大量的煤炭资源。为了减少资源的浪费，提高回采率，利用沿空掘巷技术，沿空掘巷为沿着采空区边缘掘进巷道，巷道侧留设小煤柱，可以有效地缩小顺槽护巷煤柱的留设宽度，在一个例子中，小煤柱的宽度可为5m-8m。

为了增强小煤柱的承载能力，在小煤柱1的两侧设立支柱。

煤田可划分为井田，井田可划分为水平，而水平根据开采方式不同可划分为采区(带区或盘曲)，采区划分为采煤区段，采煤区段可以包括一个工作面及上、下顺槽。上顺槽可指上巷，下顺槽可指下巷，上巷是轨道顺槽，下巷是胶带顺槽；一般上巷回风，下巷进风，所以也可对应的叫做回风巷和进风巷。

在一个例子中，第一采煤区段的上顺槽靠近小煤柱侧及第二采煤区段的下顺槽靠近小煤柱侧采用支柱支护

顶板4可为煤层上方的岩石层，根据顶板岩层岩性、厚度以及采煤时顶板变形特征和垮落难易程度，可将顶板分为伪顶、直接顶及基本顶(老顶)。

卸压槽5沿长度方向不同截面的形状可以相同，也可不同，不同截面的大小可相同也可不同；卸压槽5的截面可为圆形，也可为长方形或正方形，还可为棱柱形，当然，也可为不规则的形状。卸压槽5的长度可为从起始位置开始至与起始位置相对的位置，卸压槽5的高度可为卸压槽上、最靠近底板的面或线至与其相对的面或线的垂直距离，卸压槽5的高度也可通过将卸压槽5分段，取各段高度的平均值作为卸压槽5的高度；在一个例子中，卸压槽5长度可为12～35m，高度可为200mm～4000mm，并且可在卸压槽内安装支柱及铺网防止卸压槽内岩体冒落并滚到巷道内。

卸压槽5的起始位置可位于上顺槽21、靠近第一采煤区段2采空区侧的边帮的底部，也可位于边帮的中部，为了不减弱小煤柱1承受应力的能力，卸压槽5的起始位置可位于上顺槽21、靠近第一采煤区段2采空区侧的边帮的上部或顶部。

本实施例中，卸压槽的起始位置位于上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处，卸压槽的开设，相当于延长了工作面面长，集中应力会从原来的工作面面长迁移至卸压槽的端部。

采空区可以指在煤矿作业过程中，将地下煤炭或煤矸石等开采完成后留下的空洞或空腔。

本实施例，通过将小煤柱设于第一采煤区段的上顺槽和第二采煤区段的下顺槽之间，并在小煤柱上方对应的顶板中开设有起始位置位于上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处的卸压槽，这样，可以利用卸压槽使岩体应力重新分布，将第一采煤区段的上顺槽顶板上部分应力迁移至第一采煤区段以外的区域，以降低第一采煤区段的上顺槽顶板上方的应力，减小上顺槽的变形量，从而，提高使用上顺槽的安全性，并且使顺槽便于维护。

为了将更多的将不同工作面处的集中应力迁移至第二采煤区段，在一个例子中，沿第一采煤区段的工作面推进方向间隔设有多个所述卸压槽。

多个卸压槽中的两两相邻的卸压槽之间的间隔距离可相等，也可不等；工作面推进方向可为与上顺槽的长度方向相同。

在一个例子中，卸压槽自上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处延伸至第二采煤区段的下顺槽上方对应顶板中。

本实施例，通过将卸压槽自上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处延伸至第二采煤区段的下顺槽上方对应顶板中，相当于延伸工作面面长或延长采空区沿工作面面长方向的长度，从而将集中应力从小煤柱上方迁移至小煤柱以外的区域，从而降低了小煤柱及第一采煤区段的上顺槽顶板上方的应力，从而避免了回采动压对第一采煤区段的上顺槽的破坏。

在一个例子中，卸压槽自上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处延伸至第二采煤区段的采煤工作面对应的顶板中。

本实施例，通过将卸压槽自上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处延伸至第二采煤区段的采煤工作面对应的顶板中，相当于延伸工作面面长或延长采空区沿工作面面长方向的长度，从而将小煤柱上方部分应力迁移至第二采煤区段，从而降低了小煤柱、第一采煤区段的上顺槽及第二采煤区段的下顺槽顶板上方的应力，从而避免了回采动压对第一采煤区段的上顺槽、第二采煤区段的下顺槽的破坏。

为了利于岩石冒落及便于将开挖卸压槽时产生的碎石落入顺槽中，在一个例子中，所述卸压槽自上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处延伸的方向与水平方向呈预定倾角斜向上开设。在一个例子中，预定倾角可为10～60°。

当斜向上开设卸压槽，可使卸压槽延伸至第二采煤区段的下顺槽上方对应顶板中；或延伸至第二采煤区段的采煤工作面对应的顶板中，此时，开设的预定倾角大小可以确保第二采煤区段的下顺槽顶板最小厚度不小于预定厚度，在一个例子中，预定厚度不小于2m。

下面以一具体实施例为例，对本申请中的护巷结构进行说明，参见图1，图1示出了煤层厚度为2m以上正常开采工作面的底板压力曲线分布图。

本实施例中，在起始位置位于上顺槽21、远离第一采煤区段2采空区侧的边帮处以50°的仰角斜向上开设卸压槽5，卸压槽5的长度为20m，高度为500mm，卸压槽5距离小煤柱的最小垂直距离为2.5m，卸压槽延伸至第二采煤区段3的下顺槽31远离小煤柱1的一侧，在卸压槽安装支柱6、铺网(图中未示出)，开设卸压槽后，第一采煤区域的上顺槽21、小煤柱1及下顺槽31处于底板应力降低区。

图2为本申请一实施例提供的沿空巷道的护巷方法的流程示意图，如图2所示，本实施例的护巷方法可以包括：

步骤101、在待采的第一采煤区段的上顺槽与第二采煤区段的下顺槽之间预留小煤柱；所述第一采煤区段与所述第二采煤区段相邻。

一个采煤区段可以包括一个工作面及上、下顺槽；本实施例中，第一采煤区段为待采区段，工作面前方为煤体，工作面后方为采空区，第二采煤区段为与第一采煤区段相邻的区段，小煤柱处于第一采煤区段和第二采煤区段之间，具体的处于第一采煤区段的上顺槽与第二采煤区段的下顺槽之间。在一个例子中，小煤柱的宽度可为5m-8m。

步骤102、自第一采煤区段的上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮位置处朝第二采煤区段方向开设卸压槽，使所述卸压槽横向贯穿所述小煤柱上方对应的顶板，延伸至第二采煤区段的下顺槽上方对应顶板中。

自第一采煤区段的上顺槽、靠近第一采煤区段采空区侧的边帮位置，可为边帮的底部，也可为边帮的中部，还可为边帮的上部或顶部。

卸压槽自第一采煤区段的上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮位置处朝第二采煤区段方向，可为卸压槽长度方向，沿卸压槽长度方向的不同截面的形状和\或大小可以相同，也可不同；卸压槽的截面圆形，也可为长方形或正方形，还可为棱柱形，当然，也可为不规则的形状。

卸压槽自待采的第一采煤区段的上顺槽的边帮开始，延伸至第二采煤区段的下顺槽上方对应顶板中，小煤柱处于上顺槽和下顺槽之间，故卸压槽贯穿小煤柱上方对应的顶板。

在一个例子中，所述自第一采煤区段的上顺槽、靠近第一采煤区段采空区侧的边帮位置处朝第二采煤区段方向开设卸压槽，包括：

A11、自上顺槽、靠近第一采煤区段采空区侧的边帮处与水平方向呈预定倾角斜向上开设，在遇到坚硬的围岩，先通过深孔爆破将待开设卸压槽区域内围岩爆碎，并控制爆碎岩块大小在预定尺寸规格范围内。

预定倾角为上顺槽的延伸方向与水平方向的夹角，在一个例子中，预定倾角可为10～60°。

深孔爆破可为钻孔直径大于75mm、孔深大于5m的炮孔爆破技术。

在一个例子中，围岩的岩性分为坚硬围岩、中等硬度围岩及软围岩，可根据与地形、地质等条件有关的系数K和衰减指数α确定，具体可按下表确定。

A12、再使用水力开采设备将待开设卸压槽区域内破碎岩块转移到第一采煤区段的上顺槽内，再运送至其它区域或者排送后部采空区内形成卸压槽。

水力开槽设备可采用高压水枪，将待开设的卸压槽区域内的破碎岩块，在水力冲刷或携带下从待开设的卸压槽内排到第一采煤区段的上顺槽内。

具体地，高压水枪有效喷射距离不小于15m，水压不小于6MPa，安装在专用作业矿车或无轨胶轮车上，高压水枪操作平台具有安全挡板，防止岩块冒落伤及水枪操作员。高压水枪的喷射方式为前进式开采或者后退式开采，采用先下后上、由浅部向深部开挖和转运碎石，尽量形成较为平滑卸压槽底板有利于碎石排出。

在一个例子中，可使用薄煤层采煤机将待开设卸压槽区域内破碎岩块转移到第一采煤区段的上顺槽内，再运送至其它区域或者排送后部采空区内，形成卸压槽。

在一个例子中，自上顺槽、靠近第一采煤区段采空区侧的边帮处与水平方向呈预定倾角斜向上开设，在遇到软弱或者中硬的围岩，使用水力开采设备或薄煤层采煤机进行开采，将待开设卸压槽区域内岩体破碎，并将破碎的岩块转移到第一采煤区段的上顺槽内，再运送至其它区域或者排送后部采空区内，形成卸压槽。

水力开槽设备可采用高压水枪，高压水枪安装在轨道式喷头移动设备上，对围岩进行近距离循环切割，确保切割效果；轨道喷射设备采用液压系统推进(与采煤机相似)或者滚筒转动前进，采煤布置方式为条带开采或者房柱式开采，防止卸压槽顶板大面积垮落。

薄煤层采煤机沿着链条上、下开挖卸压槽，再将碎石从卸压槽内排到巷道内。

在使用薄煤层采煤机挖卸压槽时，卸压槽深部端头和浅部端头采用普通采煤液压支架形式向前推进，保持卸压槽深部液压支架稳定推进，可采用从浅部到深部，由下向上的采煤工艺，在挖卸压槽时，无需临时支护，并在采空区安装短柱进行支护。

步骤103、利用所述卸压槽使岩体应力重新分布，将小煤柱及第一采煤区段的上顺槽顶板上方部分应力迁移至相邻的第二采煤区段中，以降低小煤柱及第一采煤区段的上顺槽顶板上方的应力。

本实施例，通过在待采的第一采煤区段的上顺槽与第二采煤区段的下顺槽之间预留小煤柱，并从第一采煤区段的上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮位置处朝第二采煤区段方向开设卸压槽，使所述卸压槽横向贯穿所述小煤柱上方对应的顶板，延伸至第二采煤区段的下顺槽上方对应顶板中，这样，可利用卸压槽使岩体应力重新分布，将小煤柱及第一采煤区段的上顺槽顶板上部分应力迁移至相邻的第二采煤区段中，以降低小煤柱、第一采煤区段的上顺槽顶板上方的应力，从而提高使用顺槽的安全性。

可以理解的是，作为当前回采区段，首先要保证该采煤区段工作面顺槽的安全，在此基础上，进一步地，为了降低第二采煤区段的下顺槽顶板上方的应力，在一个例子中，自第一采煤区段的上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮位置处朝第二采煤区段方向开设卸压槽，使所述卸压槽横向贯穿所述小煤柱上方对应的顶板，延伸至第二采煤区段的采煤工作面对应的顶板中，以将第二采煤区段的下顺槽顶板上方部分应力迁移至第二采煤区段的下顺槽以外的区域。

图3为本申请又一实施例提供的沿空巷道的护巷方法的流程示意图，与图2所述的护巷方法基本相同，不同之处在于，本实施例的护巷方法，还包括：

步骤104、沿第一采煤区段的工作面推进方向超前间隔设置多个所述卸压槽，在回采过程中，利用超前设置的多个卸压槽对小煤柱和下顺槽进行卸压，使小煤柱与下顺槽在整个采煤推进方向上避开回采动压影响，处于采空区应力降低区域。

可在工作面前方，预先设置多个卸压槽；间隔设置的多个卸压槽中，两两相邻的卸压槽之间的间隔距离可相等，也可不等。

回采动压在采煤区段的顶板的上方向小煤柱对应的顶板及顺槽对应的顶板传递，由于超前设置了卸压槽，当动压传递到卸压槽时，卸压槽会将部分动压阻隔，使动压向其它方向传递，从而，使小煤柱与下顺槽在整个采煤推进方向上避开回采动压影响，处于采空区应力降低区域。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种沿空巷道的护巷结构，其特征在于，包括：小煤柱，所述小煤柱设于第一采煤区段的上顺槽和第二采煤区段的下顺槽之间，所述第一采煤区段与所述第二采煤区段相邻；

所述小煤柱上方对应的顶板中开设有卸压槽，所述卸压槽的起始位置位于上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处。

2.根据权利要求1所述的护巷结构，其特征在于，所述卸压槽自上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处延伸至第二采煤区段的下顺槽上方对应顶板中；或延伸至第二采煤区段的采煤工作面对应的顶板中。

3.根据权利要求2所述的护巷结构，其特征在于，所述卸压槽自上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮处延伸的方向与水平方向呈预定倾角斜向上开设。

4.根据权利要求3所述的护巷结构，其特征在于，所述预定倾角为10～60°。

5.根据权利要求1所述的护巷结构，其特征在于，所述卸压槽长度为12～35m，高度为200mm～4000mm。

6.根据权利要求1所述的护巷结构，其特征在于，沿第一采煤区段的工作面推进方向间隔设有多个所述卸压槽。

7.根据权利要求1所述的护巷结构，其特征在于，所述小煤柱两侧设有支柱。

8.一种沿空巷道的护巷方法，其特征在于，包括：

在待采的第一采煤区段的上顺槽与第二采煤区段的下顺槽之间预留小煤柱；所述第一采煤区段与所述第二采煤区段相邻；

自第一采煤区段的上顺槽、远离第一采煤区段采空区侧的边帮位置处朝第二采煤区段方向开设卸压槽，使所述卸压槽横向贯穿所述小煤柱上方对应的顶板，延伸至第二采煤区段的下顺槽上方对应顶板中；

利用所述卸压槽使岩体应力重新分布，将小煤柱及第一采煤区段的上顺槽顶板上部分应力迁移至相邻的第二采煤区段中，以降低小煤柱及第一采煤区段的上顺槽顶板上方的应力。

9.根据权利要求8所述的护巷方法，其特征在于，所述方法还包括：沿第一采煤区段的工作面推进方向超前间隔设置多个所述卸压槽，在回采过程中，利用超前设置的多个卸压槽对小煤柱和下顺槽进行卸压，使小煤柱与下顺槽在整个采煤推进方向上避开回采动压影响，处于采空区应力降低区域。

10.根据权利要求8所述的护巷方法，其特征在于，所述自第一采煤区段的上顺槽、靠近第一采煤区段采空区侧的边帮位置处朝第二采煤区段方向开设卸压槽包括：自上顺槽、靠近第一采煤区段采空区侧的边帮处与水平方向呈预定倾角斜向上开设，在遇到坚硬的围岩，先通过深孔爆破将待开设卸压槽区域内围岩爆碎，并控制爆碎岩块大小在预定尺寸规格范围内；

再使用水力开采设备或薄煤层采煤机将待开设卸压槽区域内破碎岩块转移到第一采煤区段的上顺槽内，再运送至其它区域或者排送后部采空区内，形成卸压槽；

在遇到软弱或者中硬的围岩，使用水力开采设备或薄煤层采煤机进行开采，将待开设卸压槽区域内岩体破碎，并使破碎的岩块落入第一采煤区段的上顺槽内，再运送至其它区域或者排送后部采空区内，形成卸压槽。

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