CN113073978B - 一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法，该方法主要原理是取消煤柱布置，在上一个工作面下顺槽内采取超前激缝断顶、恒阻锚索钢带支护、强动压区强力支护与激缝裂隙联合切顶、强动压区采取可缩挡矸支护、缓释抗变区采用可缩约束混凝土支柱支护顶板、稳定区采用微胶囊阻化剂缓释泡沫材料封闭巷旁矸石帮等方法，实现采前沿空巷道顶板预裂断顶卸压、采后联合切顶充填巷旁、可缩强力支柱支护切顶短臂顶板、巷旁强力柔性材料封闭防漏风等目的，实现了无煤柱开采，是一种更为科学合理的煤矿开采布置方式。
Description
技术领域
本发明属于无煤柱开采技术领域，特别涉及一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法。
背景技术
在我国现有煤炭储量和产量中，厚煤层(5.0m≥厚度≥2.5m)的产量和储量均超过50％，而且厚煤层是我国实现高产高效开采的主力煤层，具有资源储量优势，诸如晋煤集团、焦煤集团、同煤集团等大型矿企，均以开采2.5m～5.0m以上厚煤层为主，在开采厚煤层时，普遍采用一面两巷采掘系统布置，区段间留设30～60m煤柱，导致煤炭采出率低，煤柱损失占比高达54.59％～64.23％，造成资源浪费严重。同时一面两巷采掘系统布置，导致巷道掘进量大、接替紧张等问题，为此，取消区段间布置的煤柱，实施无煤柱开采成为当前有效解决此类问题的发展方向。
目前在煤矿无煤柱开采工艺方面，主要有巷旁充填墙体沿空留巷无煤柱开采技术和切顶卸压无煤柱开采技术。其中在2.5m～5.0m厚煤层开采中，巷旁充填墙体无煤柱开采技术应用较多，而切顶卸压无煤柱开采技术尚未有技术突破。其中巷旁充填墙体开采主要通过在巷道旁充填宽1.5m～3.0m的高水材料、混凝土、膏体等材料，替代区段间煤柱实现无煤柱开采，该技术虽然可以实现无煤柱开采，巷旁砌筑墙体可以支撑巷道顶板，但是存在诸多难以克服的问题，限制了其大规模推广应用，主要问题包括：巷旁充填料用量大，运料困难且占用运输系统能力，对生产运输造成极大影响；在支架后方充填墙体，工序复杂，制约工作面推进速度，无法实现快速推采；充填墙体早期强度低，强度增长缓慢，在采场动压来压前尚未达到足够的支护强度，被采场顶板来压破坏；需要复杂的充填管路系统和充填设备，占据顺槽巷道和工作面作业空间，造成管理系统复杂，风险隐患点多；充填管路和充填设备，一次性投入高达400万以上，投入昂贵，且每米充填体材料高达1万～2万元，沿空留巷每米综合成本高达2万以上，而且留巷效果不理想时经常面临效果不理想造成的巨大设备和材料投入失败风险。而切顶卸压沿空留巷技术，主要通过恒阻锚索将巷道顶板悬吊于上覆稳定岩层中，巷旁采取挡矸支护，取消煤柱实现无煤柱开采。该技术目前在2.5m以下得到了大量应用，但是尚未在2.5m～5.0m以上厚煤层中得到成功应用，主要原因是当煤层开采进入2.5m以上采高后，由于恒阻锚索长度需要达到4倍以上采高方能达到稳定岩层，即锚索长度要达到12m以上，如果煤层厚度达到4m，则锚索长度至少要达到16米，一般锚索长度在10m以下具有较高的效率、最优的成本、较高的支护效果，而超过10m后，则出现支护速度慢、锚固困难、支护成本高等突出问题，同时，采厚增加后，顶板支护强度要求大，要求支护的锚索密度大，这些都难以在井下实现，使得切顶卸压沿空留巷技术无法在厚煤层中得到成功的应用。此外，厚煤层采高大，煤层开采后，采空区空间大，大采高引起的采场顶板覆岩活动范围增高，覆岩中的坚硬顶板来压时，悬顶面积大，会带来巨大的采场压力，造成沿空巷道很难维护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法，包括以下步骤：
步骤1，掘出厚煤层第一个工作面的上顺槽和下顺槽，以及第二个工作面的下顺槽；
步骤2，针对第一个工作面下顺槽巷道顶板内和巷旁进行顶板加固，然后沿着下顺槽靠近采空区侧进行向采空区倾斜钻孔，在钻孔中进行激隙控制爆破，在下顺槽巷道顶板和采场顶板之间激发缝隙，沿走向将空间形成贯通裂缝，沿侧向形成散发裂缝；
步骤3，工作面支架后方开始强动压区内架设强力支架和U钢可缩点柱复合挡矸结构，以支撑顶板和挡矸防止采空区矸石窜入巷道内；
步骤4，回采第一工作面，第一工作面采场顶板悬空形成采空区，第一工作面煤层回采不断向前推进，顶板悬顶面积加大，当压力继续加大后，顶板即沿激隙预裂带发生垮落，被阻挡在U钢可缩点柱复合挡矸结构外侧，填满采空区，形成对更上边岩层的支撑；
步骤5，当顶板垮落完全充满采空区后，回撤巷旁强力支架并前移，同时矿压进入缓释变形阶段，顶板继续缓慢下沉压缩矸石，第一工作面下顺槽顶板发生缓慢下沉变形，设立支撑，支撑顶板；当抗变缓释区顶板挤压松散垮落矸石，将矸石挤压密实后，采空区顶板活动停止，第一工作面下顺槽巷道区域稳定，整体进入成巷稳定阶段，待变形区域稳定后，回撤支撑；
步骤6，待巷内支撑回撤完毕后，在挡矸支护复合结构上喷射微胶囊阻化剂缓释泡沫材料封闭巷旁矸石帮；
步骤7，回采完毕第一个工作面后，将第一个工作面的下顺槽作为第二个工作面的上顺槽使用，然后进行第二个工作面回采，在回采第二个工作面时，用同样的方法将第二个工作面的下顺槽巷道保留下来作为第三个工作面的上顺槽使用，依次类推，完成整个盘区全部煤层的回采。
进一步的，步骤2中，加固具体为：在第一个工作面下顺槽巷道顶板实施巷内高强锚索，巷旁实施恒阻缆索+W钢带进行顶板加固。
进一步的，步骤2中，钻孔具体为：沿着下顺槽靠近采空区侧实施向采空区倾斜30°～45°角的钻孔，钻孔采用深孔和浅孔交替布置。
进一步的，当岩石为软岩时A取较大值，坚硬岩石时A取较小值；钻孔封孔长占钻孔长1/3。
进一步的，钻孔间距A＝(7～12)D，其中D为钻孔直径。
进一步的，步骤3中，强力支架采用梁柱单元式支架，工作阻力不小于3000KN，带有顶护板和底护板；U钢可缩点柱复合挡矸结构采用外侧钢筋网，中间米丝网，内侧菱形金属网组成的复合网体结构，复合网体结构通过铁丝绑扎挂在U型钢可缩点柱上，U型钢可缩点柱采用U36型钢，分上节和下节采用分体式搭接，搭接部位采用U型钢卡缆固定。
进一步的，步骤5中，支撑采用单体柱抬棚方式抵抗变形压力，同时在巷旁打设约束混凝土可缩支柱，支撑顶板；待变形区域稳定后，回撤巷内抗变单体抬棚支护，留下巷旁约束混凝土可缩支柱。
进一步的，步骤6中，在挡矸支护复合结构上的复合网片上，喷射微胶囊阻化剂缓释泡沫材料封闭巷旁矸石帮。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明是取消煤柱布置，在上一个工作面下顺槽内采取超前激缝断顶、恒阻锚索钢带支护、强动压区强力支护与激缝裂隙联合切顶、强动压区采取可缩挡矸支护、缓释抗变区采用可缩约束混凝土支柱支护顶板、稳定区采用微胶囊阻化剂缓释泡沫材料封闭巷旁矸石帮等方法，实现采前沿空巷道顶板预裂断顶卸压、采后联合切顶充填巷旁、可缩强力支柱支护切顶短臂顶板、巷旁强力柔性材料封闭防漏风等目的，实现了无煤柱开采，是一种更为科学合理的煤矿开采布置方式。
厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法取消了煤柱，提高了煤炭资源利用率，避免了留设煤柱带来的资源浪费，避免了留设煤柱引起的瓦斯突出、冲击地压灾害；通过深浅孔断顶，并采用强力支架辅助切顶，使得巷道顶板与采场顶板断开，避免了采场顶板活动引起的动压作用传递，减小了巷道压力；切落的矸石可以充填巷道采空侧，形成完整巷道；通过约束混凝土可缩支柱实现了对顶板支护，并通过自身可缩性，适应了巷道顶板的变形要求，解决了切顶卸压沿空留巷因为恒阻锚索长度受限无法悬吊在稳定岩层中的支护难题，使得切顶卸压沿空留巷技术在厚煤层无煤柱开采中能够得到成功应用，同时，成本低廉，不影响工作面推采，具有巷旁充填沿空留巷无煤柱开采所无法比拟的优势，是一种更为科学合理的厚煤层无煤柱开采方法。
附图说明
图1a为工作面及上下顺槽布置平面图；
图1b为工作面及上下顺槽布置断面图；
图2为预裂深浅炮孔交替布置图；
图3a为高强锚索工作面及上下顺槽布置平面图；
图3b为高强锚索工作面及上下顺槽布置断面图；
图4为第一工作面未回采前示意图；
图5为第一工作面回采后，形成采空区示意图；
图6为第一工作面回采后，强动压区厚煤层顶板矸石高范围冒落垮落示意图；
图7为缓释抗变区，回撤强力支架，并打设巷旁约束混凝土可缩支柱示意图；
图8为巷道稳定后，成巷断面支护结构图；
图9为恒阻大变形缆索结构示意图；
图10深孔轴向不耦合切顶爆破管装置中间管体示意图；
图11深孔轴向不耦合切顶爆破管装置管体示意图；
图12深孔轴向不耦合切顶爆破管装置整体结构图；
图13巷旁挡矸支护复合结构图；
图14约束混凝土可缩支柱结构图；
图15支护分区划分及相应支护原理图。
图中：41、厚煤层；42、1上顺槽；43、第一工作面；44、1下顺槽；45、第二工作面；46、下顺槽；47、2下顺槽；48、第一工作面采空区；
30、段顶孔；31、恒阻锚索；32、高强锚索；33、档矸结构；34、支架；35、单体柱；36、约束混凝土可缩支柱；37、高强锚杆；39、深浅钻孔；
71、超前支护区；72、强动压支护区；73、缓释抗变区；74、稳定区；75成巷区。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图9，该方法在工作面回采之前主要利用一种深孔轴向不耦合爆破管预裂爆破在巷道内沿巷道走向激隙预裂切断巷道顶板与采空区顶板之间完整性，然后利用高强锚索、恒阻缆索、走向W钢带等联合支护顶板。在工作面回采后方强动压区采用高阻力支架支撑顶板，随着工作面推进，采场顶板在上覆岩层压力作用下，巷道侧采场顶板沿着预裂切断部位发生垮落，充填巷旁采空空间直至垮落矸石接触到采场顶板，在巷旁采用可缩挡矸支护结构防止垮落矸石窜入巷道内。当垮落矸石充填满采空区后，即进入缓释抗变阶段，此阶段在巷道内撤出强力支架，并打设可缩约束混凝土支柱支撑顶板，通过约束混凝土自身高强支护阻力支撑上覆岩层在重力作用下压缩压密垮落矸石过程中对沿空巷道顶板产生的缓慢下沉作用压力，通过自身可缩性适应缓慢小幅度变形。待缓释变形完成后，即进入稳定区，巷道顶板不再发生变形，此时撤出巷内支护体，留下约束混凝土支柱永久支撑顶板，并在巷旁挡矸支护结构上喷射微胶囊阻化剂缓释泡沫材料封闭巷旁矸石帮，以封闭矸石之间的空隙，防止巷道内的风流沿矸石之间空隙流入采空区内，也防止采空区内有害气体进入到巷道内。该方法主要技术措施：
①第一步：掘出厚煤层第一个工作面的上顺槽和下顺槽，以及第二个工作面的下顺槽，如图1所示。
②第二步：在第一个工作面下顺槽巷道顶板实施巷内高强锚索，巷旁实施恒阻缆索+W钢带进行顶板加固，然后沿着下顺槽靠近采空区侧实施向采空区倾斜30°～45°角的钻孔，钻孔采用深孔和浅孔交替布置(见图2)，钻孔间距A＝(7～12)D，其中D为钻孔直径，当岩石为软岩时A取较大值，坚硬岩石时A取较小值；为满足安全规程要求，钻孔封孔长占钻孔长1/3，浅孔用于爆破断裂深孔封孔段岩层，因此，浅孔深度取深孔深度的1/3。在浅孔和深孔中均使用深孔轴向不耦合切顶爆破管进行激隙控制爆破，在下顺槽巷道顶板和采场顶板之间激发缝隙，沿走向将空间形成贯通裂缝，沿侧向形成散发裂缝，将巷道顶板和采场顶板之间岩石弱化，如图3所示。
③第三步：如图4所示，工作面支架后方开始强动压区内架设强力支架和U钢可缩点柱复合挡矸结构，以支撑顶板和挡矸防止采空区矸石窜入巷道内。其中，强力支架采用一梁两柱单元式支架，工作阻力不小于3000KN，带有顶护板和底护板。U钢可缩点柱复合挡矸结构采用外侧钢筋网，中间米丝网，内侧菱形金属网组成的复合网体结构，复合网体结构通过铁丝绑扎挂在U型钢可缩点柱上，U型钢可缩点柱采用U36型钢，分上节和下节采用分体式搭接，搭接部位采用3付U型钢卡缆固定。
4第一工作面未回采前
④第四步：如图5所示，回采第一工作面，第一工作面采场顶板悬空形成采空区。
⑤第五步：如图6所示，随着第一工作面煤层回采不断向前推进，顶板悬顶面积加大，当压力继续加大后，顶板即沿预裂切缝发生垮落，被阻挡在U钢可缩点柱复合挡矸结构外侧，由于挡矸结构的阻挡，即逐渐累积并充填慢采空区，形成对更上边岩层的支撑作用。最终充满后，顶板垮落完成，强动压显现削弱。
⑥第六步：第一工作面继续推进至一定距离后，当顶板垮落完全充满采空区后，即回撤巷旁强力支架并前移，同时矿压进入缓释变形阶段，顶板继续缓慢下沉压缩矸石，导致第一工作面下顺槽顶板发生缓慢下沉变形，此阶段采用单体柱抬棚方式抵抗变形压力，同时在巷旁打设约束混凝土可缩支柱，支撑顶板，如图7所示。
⑦第七步：第一工作面继续推进至一定距离后，当抗变缓释区顶板挤压松散垮落矸石，将矸石挤压密实后，矸石即不在发生压缩变形，此时采空区顶板活动停止，第一工作面下顺槽巷道区域稳定，整体进入成巷稳定阶段，待变形区域稳定后，即回撤巷内抗变单体抬棚支护，留下巷旁约束混凝土可缩支柱，如图8所示。
⑧第八步：待巷内单体柱回撤完毕后，在挡矸支护复合结构上的复合网片上，喷射微胶囊阻化剂缓释泡沫材料封闭巷旁矸石帮，以封闭矸石之间的空隙，防止巷道内的风流沿矸石之间空隙流入采空区内，也防止采空区内有害气体进入到巷道内。
⑨第九步：回采完毕第一个工作面后，将第一个工作面的下顺槽作为第二个工作面的上顺槽使用，然后进行第二个工作面回采，在回采第二个工作面时，用同样的方法将第二个工作面的下顺槽巷道保留下来作为第三个工作面的上顺槽使用，依次类推，完成整个盘区全部煤层的回采。
巷旁恒阻缆索，巷内高强锚索加固顶板原理图
厚煤层开采时，由于巷道变形量大，同时巷道顶板呈现倾斜变形状态，巷内变形小，巷旁变形大，因此巷内采用高强锚索将顶板加固形成组合梁，避免顶板离层失稳；而在巷旁采用恒阻缆索，则是因为恒阻缆索自身具有可伸长性，在支护巷道顶板的同时，能够适应巷旁大变形而不破断。
在厚煤层开采时，由于煤层采高大，采出空间高度就大，要想充填采出空间，采场顶板垮落高度就大，顶板活动的岩层范围大。而坚硬顶板由于自身强度大，难以垮落，不能很快充填采空区，导致上覆岩层的压力通过见硬顶板传递到工作面液压支架上，以及沿空巷道顶板上。另外，坚硬顶板断裂时，具有突然破坏的冲击性，瞬间产生大变形。在这样的作用下，要求沿空巷道顶板的支护既要有很大的支护力，又要有可以抗击瞬间冲击大变形的能力。目前采用的普通锚杆索不具有抗击瞬间冲击大变形的能力，采用恒阻大变形锚索支护力只有15～20t，支护力太低，难以支撑顶板压力。因此采用恒阻大变形缆索进行加固，大变形缆索具有支护力35～60t的能力，并且具有0.5m～1.0m的抗瞬间冲击大变形能力。
如图9所示，恒阻大变形缆索是不同于恒阻大变形锚索的一种恒阻大变形锚固材料。9是专门针对厚煤层坚硬顶板开采设计的一款可以在厚煤层坚硬顶板采场巨大压力作用下保持恒阻并靠机械滑动装置保持延伸量而不断的缆索。恒阻大变形缆索9包括多孔索具92、索具口集中应力消散垫91、托盘93、恒阻装置94、恒阻装置94呈筒状结构，套装于缆索体95的尾部，托盘93套装在恒阻装置94尾部，消散垫91套装在缆索95的尾部，其中托盘93的中间部分设有一孔以供恒阻装置94穿过，缆索95穿过多孔索具92中的多个孔，通过张拉机具张拉缆索上的单根钢绞线，挤压多孔索具92，实现对恒阻大变形缆索的张拉。
⑶巷旁挡矸支护复合结构图，如图13；切顶线50、单体柱51、U型钢52
巷旁挡矸支护复合结构采用单体柱+U型钢可缩支柱外侧采用16#铁丝绑扎悬挂单层Φ6mm钢筋网、中间挂设细密丝网、内侧挂设菱形金属网，在巷道切缝帮沿切缝线布置一排单体柱，与U型钢可缩支柱“隔一插一”交替布置，间距700mm，单体柱与U型钢可缩支柱间距为350mm。
根据巷道高度选用DW38-350/110或DW40-350/110型单体柱接顶，U型钢可缩支柱由两节29#矿用U刚组成，当巷道高度≤3.5m时，采用上节2.5m、下节2m的U型钢，搭接长度不小于1000mm，搭接处用三组卡缆固定，上下卡缆距离搭接端边缘10cm，U型钢采用辅助升降系统提升安装；当巷道高度＞3.5m时，采用上节2.5m，下节2.5m的U型钢，搭接长度不小于1000mm，搭接处用三组卡缆固定，上下卡缆距离搭接端边缘10cm，U型钢顶端焊接竖直的Φ40mm*200mm的圆钢，距离切缝线200mm～300mm，每700mm打一个300mm深直径42mm的竖直插入孔，固定U钢顶端，保持U钢点柱直立，下节焊接110mm×100mm×14mm钢板，U型钢之间采用三幅300mm*80mm*8mm连接钢带，如图4。U型钢进行螺母预紧时，使用U型钢卡缆螺母扭矩扳手，卡缆螺母预紧扭矩100N.m～150N.m。
约束混凝土可缩支柱结构图，如图14；排气口53、球形阀54、注浆口55
在工作面回采过程中，每推进4m在工作面支架后方采空帮打设一根约束混凝土可缩支柱，支柱垂直于顶底板。为了适应巷道高度变化，并确保充分接顶，约束混凝土支柱采用分体式套管设计，上半段外径355.6mm，壁厚6mm，长度1.5m；下半段直径377mm，壁厚6mm，长度2.0m，搭接长度0.5m，并确保钢管尺寸配合合理。
约束混凝土可缩支柱，主要通过截面形状为圆管状或矩形状等结构承载性型钢，做成上下两节分体式套管，其中上节内外径小于下节内外径，上节可放入下节，且上节外径比下节内径小6mm以下。通过往分体式套管内注入泡沫混凝土，形成内部泡沫混凝土外部型钢的约束混凝土支柱，同时因为泡沫混凝土是内部含气孔结构的可压缩混凝土，上节和下节在压力作用下可以挤压内部注入的泡沫混凝土，实现可缩。
支护分区划分及相应支护原理图，如图15
在切顶卸压沿空留巷顶板变形分区及岩层移动作用机制基础上，提出切顶成巷分区控制方法，以及因区而异、分区控制的总体控制思路，形成的分区控制对策和支护技术：Ⅰ区采取巷内高强锚网索+巷旁恒阻缆索+单体抬棚支护；Ⅱ区采取巷内高强锚网索+巷旁恒阻缆索+强力支架支护+巷旁侧向档矸支护；Ⅲ区采取巷内高强锚网索+巷旁恒阻缆索+一梁三柱单体抬棚支护+巷旁约束混凝土可缩支柱支护；Ⅴ区采取巷内高强锚网索+巷旁恒阻缆索+巷旁约束混凝土可缩支柱支护+巷旁侧向档矸支护；Ⅳ区采取高强锚杆索基本支护+切顶排恒阻缆索支护+巷旁侧向档矸支护+巷旁约束混凝土可缩支柱支护。
实施例：
(1)工程条件：
内蒙古山不拉煤矿36203工作面标高地面标高一般在+1254～+1327之间，工作面标高在+1105～+1125m之间，煤层距地面垂深为149～202m，地面为典型的侵蚀性丘陵地貌，对应地表为密集程度较高的天然林，位于袁家梁一带，无老窑及其他建筑物，根据当地政府要求我矿对井田范围内居民已整体搬迁，因此地面建筑对回采无影响；该区域内煤层最厚3.8m，最低3.2m，平均厚度3.5m；工作面倾向长度为175.5m(1#切眼61.5，2#切眼43.9m，3#切眼65.1m)，倾角0-3°，可采长度为1752m(1#切眼与2#切眼距离为130m，2#切眼与3#切眼距离为172.4m)。
瓦斯条件：矿井的瓦斯相对涌出量为1.10m3/t，绝对瓦斯涌出量为3.01m3/min；矿井的二氧化碳绝对涌出量为4.51m3/min，矿井的二氧化碳相对涌出量为1.64m3/t，属于低瓦斯矿井，无煤与瓦斯突出现象。
自燃发火：6-2煤层煤火焰长度＞120mm，岩粉填加量60％，煤尘具有爆炸性，煤属于Ⅰ类容易自燃煤层，煤层最短自然发火期为45天。
(2)应用效果：
36203工作面沿空留巷共计留巷980米；一梁五柱回撤里程680米位置，浇筑钢管混凝土砼柱702米位置，喷浆650米位置，高强锚索1270米，恒阻锚索+钢带1240米，切缝孔1320米，切缝孔爆破1175米！留巷段，顶板最大下沉量30mm(250米处)，帮部最大片帮深度300mm,局部500mm，基本无底鼓。
深孔轴向不耦合激缝断顶管结构图
参照图10～图12，一种深孔轴向不耦合切顶爆破管装置，包括中间部分管体1和两端部分管体2，所述管体1为设有一对V型聚能凹槽的上部带开口4的管状结构，壁厚为1.0mm～1.5mm；所述管体1得侧壁纵向对称的设有一对V型聚能凹槽3，并贯穿整个中间部分管体1，对在巷道7边缘顶板沿巷道与采空区顶板8之间产生走向切缝9；所述聚能凹槽3的截面为V型结构，厚度为1.0mm～1.5mm；所述中间部分管体1上部的开口4，可从该开口处装填直径32mm，长度200mm～400mm的煤矿许用乳化炸药，炸药可以在中间部分管体腔内以一个或多个炸药5自由组合，然后按照间隔300mm～600mm距离，间隔放置。
所述管体1的两侧的V型聚能槽，聚能夹角相同，大小为30°～60°；所属管体2为封闭圆筒状，起到约束管体1塞入炸药5所产生的撑开扩展变形，保证中间管体1两侧V型聚能槽挤压炸药形成V型聚能穴，加强聚能作用。中间管体1上部的开口部分4，在装入炮孔内时朝着采空区顶板，爆炸时由于开口部分未设置管壁部分，炸药爆炸后首先产生的爆轰破沿此泄流在炮孔间空气中高速传播，爆轰破冲击采场顶板方向的炮孔侧壁产生初始裂纹，然后爆生气体及爆轰物进一步膨胀撕裂初始裂纹，形成沿采空区方向的辐射爆生裂隙，将采空区顶板破碎，使得紧邻巷道边缘的采空区顶板破碎垮落，充填巷道边缘，封堵巷道空间。
所属管体1的底部管壁部分，在炸药爆炸初期由于与炸药间无空隙，可以将抑制朝着巷道方向爆轰波的传播，避免爆轰波冲击巷道顶板侧方向的孔壁产生裂隙，保护了巷道顶板。
安装炸药时可根据不同的地质情况调节炸药的用量和分布，向管体1内放置不同数量的直径32mm，长200mm～400mm的煤矿许用炸药，装填完炸药5后，如图3所示，将导爆索6从管体2端部穿入，开口处4上部紧贴炸药5，并用胶带绑扎，使导爆索6与炸药5紧贴，便于导爆索引爆炸药，然后从管体2另一端引出导爆索。采用本专利管体，可以方便炸药装填，并且方便导爆索与炸药紧密相贴，导爆索的使用，可以使20米孔深内的炸药无论以何种距离间隔都能完全起爆，而且仅在孔口部位设置一枚电雷管引爆导爆索即可，取消了现有的聚能爆破需要每个管子配一个带脚线雷管的弊病，大大减少了雷管使用量，避免了因为多雷管连线造成的拒爆带来的安全隐患。
Claims (7)
1.一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，掘出厚煤层第一个工作面的上顺槽和下顺槽，以及第二个工作面的下顺槽；
步骤2，对第一个工作面下顺槽巷道顶板内和巷旁进行顶板加固，然后沿着下顺槽靠近采空区侧进行向采空区倾斜钻孔，在钻孔中进行轴向不耦合激隙控制爆破，在下顺槽巷道顶板和采场顶板之间激发缝隙，沿走向将空间形成贯通裂缝，沿侧向形成散发裂缝；
步骤3，工作面支架后方开始强动压区内架设强力支架和U钢可缩点柱复合挡矸结构，以支撑顶板和挡矸防止采空区矸石窜入巷道内；
步骤4，回采第一工作面，第一工作面采场顶板悬空形成采空区，第一工作面煤层回采不断向前推进，顶板悬顶面积加大，当压力继续加大后，顶板即沿激隙预裂带发生垮落，被阻挡在U钢可缩点柱复合挡矸结构外侧，填满采空区，形成对更上边岩层的支撑；
步骤5，当顶板垮落完全充满采空区后，回撤巷旁强力支架并前移，同时矿压进入缓释变形阶段，顶板继续缓慢下沉压缩矸石，第一工作面下顺槽顶板发生缓慢下沉变形，设立支撑，支撑顶板；当抗变缓释区顶板挤压松散垮落矸石，将矸石挤压密实后，采空区顶板活动停止，第一工作面下顺槽巷道区域稳定，整体进入成巷稳定阶段，待变形区域稳定后，回撤支撑；
步骤6，待巷内支撑回撤完毕后，在挡矸支护复合结构上喷射微胶囊阻化剂缓释泡沫材料封闭巷旁矸石帮；
步骤7，回采完毕第一个工作面后，将第一个工作面的下顺槽作为第二个工作面的上顺槽使用，然后进行第二个工作面回采，在回采第二个工作面时，用同样的方法将第二个工作面的下顺槽巷道保留下来作为第三个工作面的上顺槽使用，完成整个盘区全部煤层的回采。
2.根据权利要求1所述的一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法，其特征在于，步骤2中，加固具体为：在第一个工作面下顺槽巷道顶板实施巷内高强锚索，巷旁实施恒阻缆索+W钢带进行顶板加固。
3.根据权利要求1所述的一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法，其特征在于，步骤2中，钻孔具体为：沿着下顺槽靠近采空区侧实施向采空区倾斜30°～45°角的钻孔，钻孔采用深孔和浅孔交替布置。
4.根据权利要求3所述的一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法，其特征在于，当岩石为软岩时A取较大值，坚硬岩石时A取较小值；钻孔封孔长占钻孔长1/3；
钻孔间距A＝(7～12)D，其中D为钻孔直径。
5.根据权利要求1所述的一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法，其特征在于，步骤3中，强力支架采用梁柱单元式支架，工作阻力不小于3000KN，带有顶护板和底护板；U钢可缩点柱复合挡矸结构采用外侧钢筋网，中间米丝网，内侧菱形金属网组成的复合网体结构，复合网体结构通过铁丝绑扎挂在U型钢可缩点柱上，U型钢可缩点柱采用U36型钢，分上节和下节采用分体式搭接，搭接部位采用U型钢卡缆固定。
6.根据权利要求1所述的一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法，其特征在于，步骤5中，支撑采用单体柱抬棚方式抵抗变形压力，同时在巷旁打设约束混凝土可缩支柱，支撑顶板；待变形区域稳定后，回撤巷内抗变单体柱抬棚支护，留下巷旁约束混凝土可缩支柱。
7.根据权利要求1所述的一种厚煤层约束混凝土支柱切顶成巷无煤柱开采方法，其特征在于，步骤6中，在挡矸支护复合结构上的复合网片上，喷射微胶囊阻化剂缓释泡沫材料封闭巷旁矸石帮。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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