CN112459786B - 一种分次切顶沿空留巷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分次切顶沿空留巷方法，基于煤层直接顶和基本顶物理力学性质的不同，充分利用化学爆破和物理爆破的特性和使用条件，对顶板基本顶和直接顶分次爆破、致裂、切落。首先，在超前工作面区域的巷道内，施工深孔和浅孔两种爆破孔；其次，采用强力定向化学爆破将基本顶致裂，采用物理爆破将直接顶致裂和切落；同时，第一时间在留巷的采空区侧巷帮位置支设单体液压支柱与挡网，切落后的基本顶和直接顶稳定后，在留巷采空区侧巷帮开始喷射混凝土。该方法对于提升切顶卸压质量和效率、留巷成巷质量等方面具有积极作用。

Description

一种分次切顶沿空留巷方法
技术领域
本发明属于沿空留巷技术领域，具体的说涉及一种有效综合化学爆破和物理爆破特性和使用条件的沿空留巷方法。
背景技术
切顶卸压成巷是是沿空留巷采煤法的一项重大改革，可有效改善留巷周边应力环境的同时，还简化了巷旁处理方式。切顶卸压质量和效率一直是此种沿空留巷技术的难点和关键。针对此类问题，国内外科研和工程人员提出了许多行之有效的方法和技术，但仍存在着一些问题。首先，为了保障切顶质量，需采用能量巨大的化学爆破方法，受限于采空区瓦斯的限制，不能选择采煤工作面液压支架上方这一更易于卸压的区域，只能超前工作面爆破，这就需要更多的钻孔工程量和炸药量；其次，在猛烈的化学爆破作用下，被切落的顶板通常较为破碎，影响了留巷采空区侧巷帮服务质量；第三，如采用能量相对较小的物理爆破方法，虽然没有了爆破位置的限制，但是很难将深部坚硬基本顶岩层致裂并切下。本发明基于煤层顶板赋存特征，结合化学爆破和物理爆破的特性和使用条件，提出一种分次切顶沿空留巷方法，对于提升切顶卸压质量和效率、留巷成巷质量等方面具有积极作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种分次切顶沿空留巷方法，该方法基于煤层直接顶和基本顶物理力学性质的不同，充分利用化学爆破和物理爆破的特性和使用条件，对顶板基本顶和直接顶分次爆破、致裂、切落。
本发明其技术问题所采用的技术方案是：
此种分次切顶沿空留巷方法，包括如下步骤：
步骤一：在超前工作面区域的巷道内，施工深孔和浅孔两种爆破孔，深浅孔间隔布置，深孔长度不小于基本顶与直接顶总和，浅孔长度不小于直接顶厚度；
步骤二：深孔和浅孔均施工完成后，随即进行基本顶的致裂工作，将化学炸药布置于深孔的基本顶区域，采用强力定向化学爆破将基本顶致裂，化学炸药量可根据深孔布置密度、基本顶岩层坚硬程度、基本顶裂隙发育程度等因素综合确定；
步骤三：基本顶爆破致裂结束后，随着工作面的推进，待爆破孔位于工作面液压支架顶梁位置时，在直接顶区域的深孔浅部和浅孔填装物理爆破材料，该操作过程在工作面液压支架架间完成，随即物理爆破材料发生物理爆破反应；
步骤四：工作面继续推进，在液压支架后方，第一时间在留巷的采空区侧巷帮位置支设单体液压支柱与挡网，切落后的基本顶和直接顶稳定后，在留巷采空区侧巷帮开始喷射混凝土；
步骤五：重复所述以上步骤，连续开采煤炭，直至该煤层开采完毕，即留巷施工完毕。
此种分次切顶沿空留巷方法，由于物理爆破不具备化学爆破的定向功能，直接顶区域的深孔浅部和浅孔需采用切槽工具定向开槽，开槽方向平行于工作面推进方向，便于直接顶的定向致裂并保证切落后直接顶的完整性。
此种分次切顶沿空留巷方法，物理爆破需要一定的反应时间，直接顶区域的深孔浅部和浅孔所进行的物理爆破反应充分时，应既能对直接顶产生较好的致裂效果，又要在基本顶彻底垮落前完成直接顶切落，其所处位置应位于工作面液压支架顶梁后方0.1~0.9倍的直接顶悬露极限长度。同时，留巷采空区侧巷帮的喷射混凝土工作，需在直接顶切落过程结束后进行，应在工作面液压支架顶梁后方1.0倍的直接顶悬露极限长度的位置开始进行。
本发明的有益效果：
（1）该方法基于煤层直接顶和基本顶物理力学性质的不同，充分利用化学爆破和物理爆破的特性和使用条件，对顶板基本顶和直接顶分次爆破、致裂、切落。可保障切顶效果的基础上，可降低钻孔工程量；
（2）直接顶区域顶板采用能量相对较小的定向物理爆破，便于直接顶的定向致裂并保证切落后直接顶的完整性，可有效保障留巷采空区侧巷帮质量；
（3）化学爆破在超前工作面区域进行，物理爆破在工作面液压支架上方进行，即保障了爆破安全，又发挥了两种爆破的优势；
（4）适时在留巷采空区侧巷帮喷射混凝土，实现了留巷的密闭和加固，防止了采空区积水渗入巷道、有害气体串入留巷以及遗煤自燃威胁矿井安全。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的有益效果，但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，其中：
图1是分次切顶沿空留巷整体俯视图；
图2是超前工作面区域的巷道内钻孔施工图（沿巷道走向）；
图3是直接顶区域的深孔浅部和浅孔定向开槽示意图；
图4是超前工作面区域化学炸药装药示意图（沿巷道走向）；
图5是超前工作面区域化学炸药装药示意图（沿巷道断面方向）；
图6是化学爆破致裂基本顶示意图；
图7是工作面液压支架顶梁上方物理爆破材料装药示意图；
图8是留巷区域顶板切落示意图。
具体实施方式
参照图1至图8对本发明的实施例进行说明，一种分次切顶沿空留巷方法，基于煤层直接顶5和基本顶4物理力学性质的不同，充分利用化学爆破和物理爆破的特性和使用条件，对顶板基本顶4和直接顶5分次爆破、致裂、切落。可保障切顶效果的基础上，可降低钻孔工程量。包括如下步骤：
步骤一：如图1所示，在超前工作面区域的巷道3内，施工深孔6和浅孔8两种爆破孔，深浅孔间隔布置，深孔6长度不小于基本顶4与直接顶5总和，浅孔8长度不小于直接顶5厚度，如图2所示；
步骤二：深孔6和浅孔8均施工完成后，随即进行基本顶4的致裂工作，将化学炸药7布置于深孔的基本顶4区域，采用强力定向化学爆破将基本顶4致裂，如图4、图5所示，化学炸药量可根据深孔布置密度、基本顶岩层坚硬程度、基本顶裂隙发育程度等因素综合确定；
步骤三：如图6所示，基本顶4爆破致裂结束后，随着工作面的推进，待爆破孔位于工作面液压支架2顶梁位置时，在直接顶5区域的深孔6浅部和浅孔8填装物理爆破材料10，该操作过程在工作面液压支架2架间完成，随即物理爆破材料10发生物理爆破反应；
步骤四：工作面继续推进，在液压支架2后方，第一时间在留巷1的采空区侧巷帮位置支设单体液压支柱12与挡网13，切落后的基本顶9和直接顶11稳定后，在留巷采空区侧巷帮开始喷射混凝土；
步骤五：重复所述以上步骤，连续开采煤炭，直至该煤层开采完毕，即留巷1施工完毕。
此种分次切顶沿空留巷方法，由于物理爆破不具备化学爆破的定向功能，直接顶5区域的深孔6浅部和浅孔8需采用切槽工具定向开槽14，开槽14方向平行于工作面推进方向，便于直接顶5的定向致裂并保证切落后直接顶11的完整性，可有效保障留巷1采空区侧巷帮服务质量。
此种分次切顶沿空留巷方法，物理爆破需要一定的反应时间，直接顶5区域的深孔6浅部和浅孔8所进行的物理爆破反应充分时，应既能对直接顶5产生较好的致裂效果，又要在基本顶4彻底垮落前完成直接顶5切落，其所处位置应位于工作面液压支架2顶梁后方0.1~0.9倍的直接顶5悬露极限长度。化学爆破在超前工作面区域进行，物理爆破在工作面液压支架2上方进行，即保障了爆破安全，又发挥了两种爆破的优势。
同时，留巷1采空区侧巷帮的喷射混凝土工作，需在直接顶5切落过程结束后进行，应在工作面液压支架2顶梁后方1.0倍的直接顶5悬露极限长度的位置开始进行，实现了留巷1的密闭和加固，防止了采空区积水渗入巷道、有害气体串入留巷1以及遗煤自燃威胁矿井安全。
以上实施例是为了使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明所进行的详细描述，但可以想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种分次切顶沿空留巷方法，其特征在于，基于煤层直接顶和基本顶物理力学性质的不同，充分利用化学爆破和物理爆破的特性和使用条件，对顶板基本顶和直接顶分次爆破、致裂、切落，包括如下步骤：
（1）在超前工作面区域的巷道内，施工深孔和浅孔两种爆破孔，深浅孔间隔布置，深孔长度不小于基本顶与直接顶总和，浅孔长度不小于直接顶厚度，直接顶区域的深孔浅部和浅孔需定向开槽，开槽方向平行于工作面推进方向，便于直接顶的定向致裂并保证切落后直接顶的完整性；
（2）深孔和浅孔均施工完成后，将化学炸药布置于深孔的基本顶区域，采用强力定向化学爆破将基本顶致裂；
（3）随着工作面的推进，待爆破孔位于工作面液压支架顶梁位置时，在直接顶区域的深孔浅部和浅孔填装物理爆破材料，随即物理爆破材料发生物理爆破反应；
（4）工作面继续推进，在液压支架后方，第一时间在留巷的采空区侧巷帮位置支设单体液压支柱与挡网，切落后的基本顶和直接顶稳定后，在留巷采空区侧巷帮开始喷射混凝土；
（5）重复所述步骤（1）-（4），连续开采煤炭，直至该煤层开采完毕，即留巷施工完毕。
2.根据权利要求1所述的一种分次切顶沿空留巷方法，其特征在于直接顶区域的深孔浅部和浅孔所进行的物理爆破反应充分时，其所处位置应位于工作面液压支架顶梁后方0.1~0.9倍的直接顶悬露极限长度。
3.根据权利要求1所述的一种分次切顶沿空留巷方法，其特征在于步骤（4）喷射混凝土工作，应在工作面液压支架顶梁后方1.0倍的直接顶悬露极限长度的位置开始进行。
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