CN113266355A

CN113266355A - 一种沿空掘巷方法

Info

Publication number: CN113266355A
Application number: CN202110604381.4A
Authority: CN
Inventors: 张剑; 刘爱卿; 李中伟; 李建波; 王港盛
Original assignee: CCTEG Coal Mining Research Institute
Current assignee: CCTEG Coal Mining Research Institute
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2021-08-17

Abstract

本发明提供一种沿空掘巷方法，包括步骤：钻孔形成注液孔，并且所述注液孔的底端位于待开采层上方的覆岩层内；向所述注液孔内注入高压液体，并且所述高压液体能够切断所述覆岩层；在所述待开采层进行开采作业，形成上区段工作面的采空区和下区段工作面的采空区，并且所述上区段工作面的采空区和所述下区段工作面的采空区之间由窄煤柱隔开，所述上区段工作面的采空区位于所述覆岩层的断裂位置的下方。本发明提供的沿空掘巷方法，其能够规避危害作业环境以及发生次生灾害的问题。

Description

一种沿空掘巷方法

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，尤其涉及一种沿空掘巷方法。

背景技术

窄煤柱沿空掘巷技术是一种高效绿色安全的煤炭资源开采方式，其显著特征为下区段工作面回风巷位于上区段工作面开采后形成的高应力集中区域，下区段工作面回采引起的超前采动应力与上区段工作面开采后形成的侧向支承压力叠加，产生应力集中程度更高的动态采动应力，因而沿空巷道特别在下区段工作面回采过程超前范围容易出现强烈的大变形破坏灾害。

目前，为了解决控制窄煤柱沿空掘巷巷道围岩大变形，主要采用切顶小范围局部卸压等技术手段，切顶卸压目前主要采用爆破技术。

但是，爆破切顶技术逐步暴露出诸多弊端，如爆破产生有害气体危害工作面回采作业环境，而且爆破作业可能引发其他次生灾害，因而采用爆破切顶技术无法适应满足沿空掘巷对安全作业方面的要求。

发明内容

本发明提供一种沿空掘巷方法，其能够规避危害作业环境以及发生次生灾害的问题。

本发明提供一种沿空掘巷方法，包括步骤：

钻孔形成注液孔，并且所述注液孔的底端位于待开采层上方的覆岩层内；

向所述注液孔内注入高压液体，并且所述高压液体能够切断所述覆岩层；

在所述待开采层进行开采作业，形成上区段工作面的采空区和下区段工作面的采空区，并且所述上区段工作面的采空区和所述下区段工作面的采空区之间由窄煤柱隔开，所述上区段工作面的采空区位于所述覆岩层的断裂位置的下方。

根据本发明提供的沿空掘巷方法，所述钻孔形成注液孔包括：多次钻孔，形成多个注液孔，多个所述注液孔呈至少一排排列，并且每排所述注液孔的排列方向与所述上区段工作面的采空区的延伸方向一致。

根据本发明提供的沿空掘巷方法，所述覆岩层被切断位置位于所述上区段工作面的采空区与所述窄煤柱过渡区域的上方。

根据本发明提供的沿空掘巷方法，各个所述注液孔相互平行。

根据本发明提供的沿空掘巷方法，所述注液孔的延伸方向与竖直方向的夹角为锐角。

根据本发明提供的沿空掘巷方法，所述锐角的角度为5°-10°。

根据本发明提供的沿空掘巷方法，所述注液孔的深度为30米-40米。

根据本发明提供的沿空掘巷方法，所述覆岩层被切断位置与所述窄煤柱水平方向的距离为1米-1.5米。

根据本发明提供的沿空掘巷方法，沿所述上区段工作面的采空区的延伸方向，任意相邻的两个所述注液孔之间的间距为8米-10米。

根据本发明提供的沿空掘巷方法，所述高压液体为高压水。

本发明提供的沿空掘巷方法，包括步骤：钻孔形成注液孔，向注液孔内注入高压液体，开采待开采层；其中，钻孔的深度要达到待开采层上方的覆岩层内部，通过向注液孔内注入高压的液体，高压液体的压力能够将覆岩层进行切断。在待开采层进行开采作业时，能够形成上区段工作面的采空区和下区段工作面的采空区，并且上区段工作面的采空区和下区段工作面的采空区之间由窄煤柱隔开，上区段工作面采空区位于覆岩层被切断位置的下方。本发明采用水力压裂切顶卸压的沿空掘巷方法，通过预先切断上区段工作面或窄煤柱上的覆岩层结构，上区段工作面被开采后形成上区段工作面采空区，由于上方覆岩层结构的改变，导致上区段工作面采空区侧向采动支承压力带应力变化，降低了采动应力梯度，确保实体煤侧始终处于低应力区域，为下区段工作面的沿空掘进巷道围岩提前创造出有利的低应力环境，从而降低沿空巷道围岩控制难度，有利于沿空巷道全服务周期安全稳定。另外，由于上区段工作面对应的覆岩空间结构的改变，下区段工作面回采过程不会再产生叠加的双重高强度采动应力，因而沿空巷道在下区段工作面回采过程也不再承受高采动应力作用，显然能够显著降低沿空巷道围岩维护难度，保证窄煤柱沿空掘进巷道围岩始终处于稳定状态，满足下区段工作面的回采使用，实现煤炭资源高效安全开采。如此，本发明提供的沿空掘巷方法，采用水力压裂切顶卸压，规避了采用爆破方式而造成的危害作业环境以及发生次生灾害的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。

图1是本发明提供的沿空掘巷方法在切断覆岩层之前，覆岩结构与应力分布的示意图；

图2是本发明提供的沿空掘巷方法在切断覆岩层之后，覆岩结构与应力分布的示意图；

图3是本发明提供的沿空掘巷方法中注液孔的第一视角分布示意图；

图4是本发明提供的沿空掘巷方法中注液孔的第二视角分布示意图；

图5是本发明提供的沿空掘巷方法中注液孔的第三视角分布示意图；

附图标记：

1：上区段工作面；2：下区段工作面；3：覆岩层；4：断裂位置；5：窄煤柱；6：注液孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图5描述本发明各实施例提供的沿空掘巷方法，本实施例提供的沿空掘巷方法，包括步骤：

钻孔形成注液孔6，并且注液孔6的底端位于待开采层上方的覆岩层3内；

向注液孔6内注入高压液体，并且高压液体能够切断覆岩层3；

在待开采层进行开采作业，形成上区段工作面1的采空区和下区段工作面2的采空区，并且上区段工作面1的采空区和下区段工作面2的采空区之间由窄煤柱5隔开，上区段工作面1的采空区位于覆岩层3的断裂位置4的下方。

本实施例提供的沿空掘巷方法，在开采地下的煤矿层之前，通过水力压裂切顶的方式将覆岩层3切断进行卸压。通过预先切断上区段工作面1或窄煤柱5上的覆岩层3结构，上区段工作面1被开采后形成上区段工作面1的采空区，由于上方覆岩层3结构的改变，导致上区段工作面1采空区侧向采动支承压力带应力变化，降低了采动应力梯度，确保实体煤侧始终处于低应力区域，为下区段工作面2的沿空掘进巷道围岩提前创造出有利的低应力环境，从而降低沿空巷道围岩控制难度，有利于沿空巷道全服务周期安全稳定。

另外，由于上区段工作面1对应的覆岩层3结构的改变，下区段工作面2回采过程不会再产生叠加的双重高强度采动应力，因而沿空巷道在下区段工作面2回采过程也不再承受高采动应力作用，显然能够显著降低沿空巷道围岩维护难度，保证窄煤柱5沿空掘进巷道围岩始终处于稳定状态，满足下区段工作面2的回采使用，实现煤炭资源高效安全开采。

如此，本实施例提供的沿空掘巷方法，注液孔6可以注入高压水，采用水力压裂切顶卸压，规避了采用爆破方式而造成的危害作业环境以及发生次生灾害的问题。

需要说明的是，沿空掘巷的方法，如果在没有切断覆岩层3的条件下，进行开采，并形成上区段工作面1的采空区后，覆岩层3的各个位置应力情况如图1所示。显然，上区段工作面1采空区的覆岩结构，会引起侧向高支承采动应力，如图1中B段所示的应力高峰分布区。如此，在下区段工作面2的回采过程中，下区段工作面2和窄煤柱5上方位置将承受强烈采动应力扰动作用。

而采用本实施例提供的沿空掘巷方法，通过预先切断上区段工作面1或窄煤柱5上的覆岩层3结构，上区段工作面1被开采后形成上区段工作面1采空区，由于上方覆岩层3结构的改变，应力分布如图2所示，显然避免了图1中的B段所示的应力高峰分布区。

如此，通过对比，可得知，采用本实施例提供的沿空掘巷方法，能够有效降低采动应力梯度，确保实体煤侧始终处于低应力区域，为下区段沿空掘进巷道围岩提前创造出有利的低应力环境，从而降低沿空巷道围岩控制难度，有利于沿空巷道全服务周期安全稳定。另外，由于覆岩结构的改变，下区段工作面2回采不会再产生叠加的双重高强度采动应力，因而沿空巷道在下区段工作面2回采过程也不再承受高采动应力作用，显然能够显著降低沿空巷道围岩维护难度，保证窄煤柱5沿空掘进巷道围岩始终处于稳定状态，满足下区段工作面2的回采使用，实现煤炭资源高效安全开采。

在进一步地实施例中，钻孔形成注液孔6的步骤包括：

多次钻孔，形成多个注液孔6，多个注液孔6呈至少一排排列，并且每排注液孔6的排列方向与上区段工作面1采空区的延伸方向一致。

比如，多个注液孔6可以呈一排分布，且分布方向与上区段工作面1采空区的延伸方向一致，即与上区段工作面1采空区的运输顺槽的方向一致，如图4中的箭头方向所示。如此，当向多个注液孔6同时注入高压液体时，每个注液孔6中的高压液体都能够将局部的覆岩结构压断，多处局部断裂的覆岩结构连接起来形成一条较长的断裂结构，进而形成一整条位于窄煤柱5或上区段工作面1上方的断裂结构。

如图4所示，沿上区段工作面1采空区的延伸方向，任意相邻的两个注液孔6之间的间距L₁为8米-10米。比如，L₁可具体为8米、9米或10米等，相邻的两个注液孔6具有合适的间距，进而可以保证向相邻的两个注液孔6注入高压液体时，形成的局部断裂能够连接起来。

当然，在其它实施例中，上述多个注液孔6也可呈多排分布，每排包括多个注液孔6，这样，可以形成多条断裂结构，进一步降低覆岩层3的应力梯度。

在进一步地实施例中，覆岩层3被切断位置位于窄煤柱5与上区段工作面1采空区过渡区域的上方。如此，能够进一步地降低上区段工作面1采空区和下区段工作面2采空区上方的应力梯度。

进一步地，覆岩层3被切断位置位于上区段工作面1采空区的上方，并且覆岩层3的断裂位置4与窄煤柱5水平方向的距离L₂为1米-1.5米，如图5所示。比如，覆岩层3的断裂位置4与窄煤柱5水平方向的距离L₂可以为1米、1.2米、1.5米等。如此，精确地控制覆岩层3被切断位置与窄煤柱5之间的位置关系，能够使覆岩层3的应力梯度分布更为精确合理，应力分布情况如图2所示。

在进一步地实施例中，上述各个注液孔6相互平行，以保证高压液体压裂覆岩层3的断裂方向一致。另外，为了使高压液体形成较好的压裂效果，注液孔6的延伸方向与竖直方向的夹角a为锐角，比如夹角a的角度为5°-10°，如此注液孔6具有合适的倾斜角度，对覆岩层3形成的压力也具有一定的倾斜角度，进而能够形成斜切效果，在压力较小的情况下也能够切断覆岩层3。

注液孔6的深度L₃可以为30米-40米，如此，注液孔6的深度能够达到覆岩层3的关键岩层，能够对覆岩层3整体形成较好的切断效果。

最后应说明的是：以上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：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的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种沿空掘巷方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的沿空掘巷方法，其特征在于，所述钻孔形成注液孔包括：多次钻孔，形成多个注液孔，多个所述注液孔呈至少一排排列，并且每排所述注液孔的排列方向与所述上区段工作面的采空区的延伸方向一致。

3.根据权利要求1所述的沿空掘巷方法，其特征在于，所述覆岩层被切断位置位于所述上区段工作面的采空区与所述窄煤柱过渡区域的上方。

4.根据权利要求2所述的沿空掘巷方法，其特征在于，各个所述注液孔相互平行。

5.根据权利要求2所述的沿空掘巷方法，其特征在于，所述注液孔的延伸方向与竖直方向的夹角为锐角。

6.根据权利要求5所述的沿空掘巷方法，其特征在于，所述锐角的角度为5°-10°。

7.根据权利要求1所述的沿空掘巷方法，其特征在于，所述注液孔的深度为30米-40米。

8.根据权利要求3所述的沿空掘巷方法，其特征在于，所述覆岩层被切断位置与所述窄煤柱水平方向的距离为1米-1.5米。

9.根据权利要求4所述的沿空掘巷方法，其特征在于，沿所述上区段工作面的采空区的延伸方向，任意相邻的两个所述注液孔之间的间距为8米-10米。

10.根据权利要求1所述的沿空掘巷方法，其特征在于，所述高压液体为高压水。