CN113356850A - 大采高综采工作面预掘回撤通道方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大采高综采工作面预掘回撤通道方法及其系统，预掘回撤通道方法包括如下步骤：步骤S1：将工作面对应的矿井主体巷道作为辅回撤通道；步骤S2：在辅回撤通道内使用综采掘进机向回采工作面并排施工两条回撤通道联络巷；步骤S3：通过综采掘进机施工主回撤通道，并进行拉底硬化以达到设计高度；步骤S4：利用预先掘好的两条回撤通道联络巷，以及辅回撤通道回撤工作面设备。本发明利用工作面对应的主体巷道暂时作为该回采工作面的辅回撤通道，少掘一条回撤通道，以减少工程量；预掘主回撤通道减少巷道受工作面动压持续影响的时间，改善主回撤通道围岩应力和变形运移情况；预掘的回撤通道联络巷实现工作面的快速搬家倒面的目的。

Description

大采高综采工作面预掘回撤通道方法及其系统

技术领域

本发明涉及矿用工程技术领域，尤其涉及一种大采高综采工作面预掘回撤通道方法及其系统。

背景技术

大采高综采工作面采完后需要将支架等大型设备转移到下一个工作面，这个过程俗称为“工作面搬家”。

目前工作面设备回撤通常有现掘回撤通道和预掘回撤通道两种方式，前者作业空间不安全，过程耗时、费力，平均搬家时间为1～2个月。预掘回撤通道搬家技术是在终采线附近，预先掘出一条与采煤工作面平行的回撤通道，即预掘回撤通道，当采煤工作面与预掘撤通道贯通后，以这条预先掘出的回撤通道作为撤出设备的通道。

预掘回撤通道作业空间安全，能够大幅降低设备回撤难度，可以和工作面采煤同时进行，能大量节省工作面设备搬家时间，但是预掘回撤通道超前于工作面回采完成，在工作面回采的超前动态支承压力影响下，易发生压垮末采段煤柱、压死液压支架的事故。

并且，传统的预掘回撤通道形成技术在回采末期，采煤机割煤形成回撤空间时，割煤和顶板支护平行作业，施工效率慢，安全风险高；预掘双回撤通道形成技术在停采线附近，需提前掘好两条平行巷道，在主回撤通道内除布置锚杆索等一次支护外，还应提前打设垛架、混凝土墩柱等二次支护，以改善巷道在受到超前支承压力峰值影响时的应力环境和围岩变形情况。虽然安全系数高，但是巷道维护时间长，支护成本较高，不利于大采高工作面搬家倒面。

发明内容

本发明提供一种大采高综采工作面预掘回撤通道方法及其系统，用以解决现有技术中巷道维护时间长，支护成本较高的缺陷，实现减少大采高工作面回撤时间，提高单产水平，降低施工安全风险。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种大采高综采工作面预掘回撤通道方法，包括如下步骤：

步骤S1：当大采高工作面进入回采末期，将工作面对应的矿井主体巷道作为该回采工作面的辅回撤通道；

步骤S2：在所述辅回撤通道内使用综采掘进机先后向回采工作面方向并排施工两条回撤通道联络巷；

步骤S3：两条回撤通道联络巷施工至停采线时停止；当回采工作面距离停采线设定距离时，通过综采掘进机施工主回撤通道，并进行拉底硬化以达到设计高度；

步骤S4：当回采工作面与主回撤通道贯通后，利用预先掘好的两条回撤通道联络巷，以及辅回撤通道回撤工作面设备。

根据本发明提供的大采高综采工作面预掘回撤的方法，上述步骤S2中，两条所述回撤通道联络巷之间的间距为L₁，表达式如下：

L₁＝L₂/3 (1)

式中，L₂为回采工作面的长度，单位为m。

根据本发明提供的大采高综采工作面预掘回撤的方法，上述步骤S3中，施工所述主回撤通道时需要避开工作面超前支承压力峰值。

根据本发明提供的大采高综采工作面预掘回撤的方法，上述步骤S3中，所述回采工作面距离停采线的设定距离。

所述设定距离根据工作面回采过程中，利用钻孔应力计监测工作面超前支承压力分布规律，结合现场实测结果，避开工作面支承压力剧烈影响区域进行决定。

根据本发明提供的大采高综采工作面预掘回撤的方法，所述辅回撤通道相对于所述回采工作面回采走向一致。

根据本发明提供的大采高综采工作面预掘回撤的方法，所述工作面设备包括采煤机、刮板输送机和支架。

为了实现上述目的，本发明的第二方面提供一种根据上述任一项所述的大采高综采工作面预掘回撤通道方法所形成的通道系统，包括：

辅回撤通道，与回采工作面倾向方向一致；

主回撤通道，靠近停采线设置，并与回采工作面贯通；

回撤通道联络巷，分别与所述主回撤通道和所述辅回撤通道相连通；

并且，所述主回撤通道和所述辅回撤通道的两端分别连通运输顺槽和回风顺槽。

根据本实施例提供的大采高综采工作面预掘回撤通道系统，所述回撤通道联络巷并排设置有两组；

两组所述回撤通道联络巷之间的间距等于两组所述回撤通道联络巷分别与所述运输顺槽和所述回风顺槽之间的距离。

本发明提供的大采高综采工作面预掘回撤通道方法，首先，利用工作面对应的辅助运输上山(下山或大巷)暂时作为该回采工作面的辅助回撤通道，少开采一条辅回撤通道，减少了回撤通道施工工期，增加了回撤通道支护的强度，提高了回撤通道的稳定性和可靠性。

其次，采用综采掘进机预掘两条回撤通道联络巷，代替传统的采煤机(滚筒采煤机)截割单回撤通道工艺技术，不仅减少了回撤通道施工工期，增加了回撤通道支护的强度，稳定性和可靠性，而且工人劳动强度明显降低，大大减少了施工安全压力，也缩短了工作面的回撤时间，并且减轻了工作面防灭火的压力，取得了较好安全，经济和社会效益。

最后，在回采末期，支承压力峰值影响之外，预掘主回撤通道，减少了巷道受工作面动压持续影响时间，改善了主回撤通道围岩应力状态和变形情况。在施工主回撤通道之前，施工两条回撤通道联络巷，可以作为卸压巷，一定程度上切断了超前支承压力向前方采动巷道的传递，采动应力在预掘的回撤通道联络巷附近集中，从而减小了采动巷道的围岩应力；同时，预掘的回撤通道联络巷可以实现工作面的快速搬家倒面的目的。

进而，本发明提供的大采高综采工作面预掘回撤通道系统由上述任一项所述的大采高综采工作面预掘回撤通道方法所形成，因此具有如上所述的所有优势。

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是本发明提供的大采高综采工作面预掘回撤通道方法的流程示意图；

图2是本发明提供的大采高综采工作面预掘回撤通道系统的布置结构示意图；

附图标记：

1：辅回撤通道；2：主回撤通道；3：运输顺槽；

4：回风顺槽；5：第一回撤通道联络巷； 6：第二回撤通道联络巷；

7：回采工作面；S1-S4：各个步骤。

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至图2，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下描述仅是本发明的示意性实施方式，并未对本发明构成任何限定。

请详细参阅图1和图2，作为本发明的一种实施方式，本发明提供一种大采高综采工作面预掘回撤通道方法，包括如下步骤：

步骤S1：当大采高工作面进入回采末期，将工作面对应的矿井主体巷道作为该回采工作面7的辅回撤通道1；

步骤S2：在辅回撤通道1内使用综采掘进机先后向回采工作面7方向并排施工两条回撤通道联络巷；

步骤S3：两条回撤通道联络巷施工至停采线时停止；当回采工作面7距离停采线设定距离时，通过综采掘进机施工主回撤通道2，并进行拉底硬化以达到设计高度；

步骤S4：当回采工作面7与主回撤通道2贯通后，利用预先掘好的两条回撤通道联络巷，以及辅回撤通道1回撤工作面设备。

可以理解为，本发明提供的大采高综采工作面预掘回撤通道方法，首先是利用工作面对应的主体巷道暂时作为该回采工作面的辅回撤通道，少掘一条回撤通道，以减少工程量。

其次在大采高综采工作面，采用综采掘进机预掘两条回撤通道联络巷，代替传统的采煤机(滚筒采煤机)截割单回撤通道工艺技术，不仅减少了回撤通道施工工期，增加了回撤通道支护的强度，稳定性和可靠性，而且工人劳动强度明显降低，大大减少了施工安全压力，也缩短了工作面的回撤时间，并且减轻了工作面防灭火的压力。

最后在施工主回撤通道2之前，施工两条回撤通道联络巷，可以作为卸压巷，一定程度上切断了超前支承压力向前方采动巷道的传递，采动应力在预掘的回撤通道联络巷附近集中，从而减小了采动巷道的围岩应力；同时，预掘的回撤通道联络巷可以实现工作面的快速搬家倒面的目的。

具体的，对上述大采高综采工作面预掘回撤通道方法进行详细的说明：

其一，辅回撤通道1是在大采高工作面进入回采末期，将工作面对应的矿井主体巷道作为该回采工作面7的辅回撤通道1，将支架等回采设备运出工作面；也即，辅回撤通道1是回采工作面7对应的辅助运输上山(下山或大巷)的通道，该通道在井下沿岩层或煤层开凿，主要担负运输或者通风任务，也叫运输大巷或回风大巷。

在回采末期，辅助运输上山(下山或大巷)的通道的运输压力减小，通过进一步的加固能够实现回撤任务，进而暂时性地充当辅回撤通道1，即使用现成的运输通道充当辅回撤通道1。相比现有技术，本发明的回撤系统可以少开采一条辅回撤通道1，减少了回撤通道施工工期，增加了回撤通道支护的强度，提高了回撤通道的稳定性和可靠性。

其二，主回撤通道2是在停采线附近预先施工，其作用是与工作面贯通时，为支架等回采设备的回撤调向提供充足的空间。

在开采末期，每割一刀煤，并同时进行主回撤通道2的施工准备，直至回采距停采线一定距离时，支架停止前移，推出刮板机，采煤机下行割煤，并及时伸出前探梁支护顶板，采煤机返回至支架后，将支架和刮板机脱开，刮板机推至煤帮，施工主回撤通道2。

主回撤通道2施工完毕之后，采用高强度锚杆、锚索联合支护，并采用木垛作为加强支护，同时对两帮煤体进行注浆加固。通过通道内顶板离层监测，采用的支护方案完全能够满足综采支架等回采设备回撤需要。

其三，回撤通道联络巷是在施工主回撤通道2之前，预先施工回撤通道联络巷。可以理解的是，在回采末期，距离停采线还有一定距离时，预先从辅回撤通道1一侧向着回采工作面7的方向施工回撤通道联络巷。

回撤通道联络巷与采煤平行作业，不需要单独占用时间施工回撤通道，进而缩短了搬家倒面的时间，同时，施工时间充裕，能够充分保证支护质量，提高回撤通道的安全性。

另外，回撤通道联络巷不需要提前很久预掘开采，保证在采煤末期，能够同采煤作业一块完成，从而避免预掘的回撤通道联络巷存在时间过长，在采动影响下，巷道围岩呈现裂隙发育，变形量大，变形时间长，导致巷道支护稳定性差，使用安全性低。

另外，本发明在采煤末期预掘回撤通道联络巷，还可以有效解决针对回采工作面7(也即采动巷道)支护困难，在采动影响下，采动巷道围岩呈现裂隙发育，变形量大，变形时间长，导致采动巷道支护困难的问题。

因为，常规支护手段无法有效控制采动巷道变形的问题，预掘回撤通道联络巷作为采动巷道卸压巷道的方案，在不增加矿井工程量的前提下能够改变采动巷道应力环境。

以使预掘的回撤通道联络巷可以作为卸压巷，一定程度上切断了超前支承压力向前方采动巷道的传递，采动应力在预掘的回撤通道联络巷附近集中，从而减小了采动巷道的围岩应力；同时，预掘的回撤通道联络巷可以实现工作面的快速搬家倒面的目的。

作为本发明的一种实施例，回撤通道联络巷并排设置有两组，分别记为第一回撤通道联络巷5和第二回撤通道联络巷6。

两条回撤通道联络巷之间的间距为L₁，表达式如下：

L₁＝L₂/3 (1)

式中，L₂为回采工作面7的长度，单位为m。

两条回撤通道联络巷在在运输顺槽3和回风顺槽4之间等间距布置，均匀分散应力，实现良好的卸压作用。

也即第一回撤通道联络巷5和第二回撤通道联络巷6之间的间距等于两组回撤通道联络巷分别与运输顺槽3和回风顺槽4之间的距离，能够均匀分散应力。

另外，设置两组回撤通道联络巷，而非一组或者三组，其目的是，满足回撤需要的同时，不浪费多余回撤通道联络巷的施工成本。在通过两组回撤通道联络巷进行工作面设备回撤时，从工作面两端可同步平行回撤，进而提高回撤效率，减少回撤时间。

作为本发明的一种实施例，主回撤通道2是在回采工作面7距离停采线一定距离时，开始施工。

根据工作面与主回撤通道2贯通后的老顶断裂位置，利用钻孔应力计监测工作面超前支承压力分布规律，并结合现场实测结果，分析老顶断裂位置，工作面采煤条件，支护强度，巷道断面尺寸等因素对主回撤通道2顶板下沉量的影响，避开工作面支承压力剧烈影响区域进行主回撤通道2的开掘。

通过结合理论分析、数值模拟、现场实测等手段对预掘的主回撤通道2进行分析。

首先通过理论分析主回撤通道2失稳过程包括三个阶段：主回撤通道2掘进影响阶段，采动影响阶段，老顶失稳影响阶段。

其次，对工作面回采末期进行矿压观测，工作面顶周期来压步距约为4.8～16.8m，平均为10.86m；动载系数的范围为1.13～1.89，平均动载系数为1.46，工作面来压明显。

最后，运用数值模拟分析动压对不同跨度回撤通道围岩应力及变形的影响，当工作面距主回撤通道17m或20m时，采动对巷道产生急剧影响，采用的支护方案完全能够满足支架回撤需要，因此在主回撤通道2距离回采工作面7距离停采线17m或20m时，开始施工。

作为本发明的一种实施例，主回撤通道2预掘时需要避开工作面超前支承压力峰值。在工作面开采末期，主回撤通道2要经历回采工作面7的超前支承压力影响的全过程，采动影响强烈，施工受阻。为了避开开采末期，工作面贯通时，顶板来压造成支架压死，通常在适当位置停采，降低推进速度，减小来压持续长度。

作为本发明的一种实施例，回采工作面7设有回采设备，回采设备包括采煤机、刮板输送机和支架，可以理解的是，回采设备需要进行采煤工作，并在大采高综采工作面预掘回撤通道系统中进行回撤。

本实施方式中，为了保障主回撤通道2的稳定性，综采工作面回撤通道采用锚杆+锚索+金属网一次支护形式，采动影响显著时采用顶板注浆加固+布置木垛二次支护形式，有效解决了预掘主回撤通道2支护困难问题，提高了综采工作面设备回撤效率，在一定程度上提高了矿井经济效益。

请详细参阅图2，作为本发明的另一种实施方式，本发明提供一种根据上述任意一个大采高综采工作面预掘回撤通道方法所形成的通道系统，包括辅回撤通道1、主回撤通道2和回撤通道联络巷。

其中，辅回撤通道1可以与回采工作面倾向方向一致，也可以相对于回采工作面倾斜设置；主回撤通道2靠近停采线设置，并与回采工作面贯通；回撤通道联络巷分别与辅回撤通道1和主回撤通道2相连通；并且，主回撤通道2和辅回撤通道1的两端分别连通运输顺槽3和回风顺槽4。

作为本发明的一种实施例，回撤通道联络巷并排设置有两组，分别记为第一回撤通道联络巷5和第二回撤通道联络巷6。

两条回撤通道联络巷在在运输顺槽3和回风顺槽4之间等间距布置，均匀分散应力，实现良好的卸压作用。

本发明的上述各实施方式和实施例结合内蒙古利民煤矿具体实例进一步详细阐述说明。

本实施例基于综掘分段成巷预掘回撤通道的方法，该矿煤层厚度6.0m，采煤工作面7长度280m，护巷煤柱宽度平均100m，参见图1，具体技术方案如下：

首先，当大采高工作面即将进入回采末期，将工作面对应的辅助运输上山(下山或大巷)暂时作为该回采工作面7的辅助回撤通道。

其次，在辅助运输上山(下山或大巷)内，使用综采掘进机先后向工作面方向施工两条主副回撤通道联络巷，记为第一回撤通道联络巷5和第二回撤通道联络巷6，两条主副回撤通道联络巷间距93m。

第一回撤通道联络巷5和第二回撤通道联络巷6施工至回采工作面7的停采线时，停止施工。

再次，当回采工作面7距停采线17m时，在停采线附近，开始施工主回撤通道2，工作面主回撤通道2不采用滚筒采煤机截割施工，而是使用综采掘进机施工。

使用综采掘进机施工主回撤通道2时，受超前支承压力影响，利用两次成巷方式开掘回撤巷道，初次施工完成后，使用综采掘进机对主回撤通道2进行拉底达到设计高度。

最后，综采掘进机施工断面毛宽5m、毛高4.4m、长度280m的主回撤通道2到位后，对主回撤通道2进行铺底硬化。

当回采工作面7与主回撤通道2贯通后，利用预先掘好的两条联络巷，即第一回撤通道联络巷5和第二回撤通道联络巷6和辅回撤通道1，即工作面对应的辅助运输上山作为通道，回撤滚筒采煤机、刮板输送机、支架等工作面重型设备。

本实施例中，采用综采掘进机预掘两条回撤通道联络巷，代替传统的采煤机(滚筒采煤机)截割单回撤通道工艺技术，不仅减少了回撤通道施工工期，增加了回撤通道支护的强度，稳定性和可靠性，而且工人劳动强度明显降低，大大减少了施工安全压力，也缩短了工作面的回撤时间，并且减轻了工作面防灭火的压力，取得了较好安全，经济和社会效益。

并且，在施工主回撤通道2之前，施工两条回撤通道联络巷，可以作为卸压巷，一定程度上切断了超前支承压力向前方采动巷道的传递，采动应力在预掘的回撤通道联络巷附近集中，从而减小了采动巷道的围岩应力；同时，预掘的回撤通道联络巷可以实现工作面的快速搬家倒面的目的。

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 (8)

1.一种大采高综采工作面预掘回撤通道方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：当大采高工作面进入回采末期，将工作面对应的矿井主体巷道作为该回采工作面的辅回撤通道；

步骤S2：在所述辅回撤通道内使用综采掘进机先后向回采工作面方向并排施工两条回撤通道联络巷；

步骤S3：两条回撤通道联络巷施工至停采线时停止；当回采工作面距离停采线设定距离时，通过综采掘进机施工主回撤通道，并进行拉底硬化以达到设计高度；

步骤S4：当回采工作面与主回撤通道贯通后，利用预先掘好的两条回撤通道联络巷，以及辅回撤通道回撤工作面设备。

2.根据权利要求1所述的大采高综采工作面预掘回撤的方法，其特征在于，上述步骤S2中，两条所述回撤通道联络巷之间的间距为L₁，表达式如下：

L₁＝L₂/3 (1)

式中，L₂为回采工作面的长度，单位为m。

3.根据权利要求1所述的大采高综采工作面预掘回撤的方法，其特征在于，上述步骤S3中，施工所述主回撤通道时需要避开工作面超前支承压力峰值。

4.根据权利要求1所述的大采高综采工作面预掘回撤的方法，其特征在于，上述步骤S3中，所述回采工作面距离停采线的设定距离根据工作面回采过程中，钻孔应力计监测工作面超前支承压力分布规律，并结合现场实测结果，避开工作面支承压力剧烈影响区域进行决定。

5.根据权利要求1所述的大采高综采工作面预掘回撤的方法，其特征在于，所述辅回撤通道相对于所述回采工作面倾向方向一致。

6.根据权利要求1所述的大采高综采工作面预掘回撤的方法，其特征在于，所述工作面设备包括采煤机、刮板输送机和支架。

7.一种根据权利要求1至6任意一项所述的大采高综采工作面预掘回撤通道方法所形成的通道系统，其特征在于，包括：

辅回撤通道，与回采工作面倾向方向一致；

主回撤通道，靠近停采线设置，并与回采工作面贯通；

回撤通道联络巷，分别与所述主回撤通道和所述辅回撤通道相连通；

并且，所述主回撤通道和所述辅回撤通道的两端分别连通运输顺槽和回风顺槽。

8.根据权利要求7所述的大采高综采工作面预掘回撤通道系统，其特征在于，所述回撤通道联络巷并排设置有两组；

两组所述回撤通道联络巷之间的间距等于两组所述回撤通道联络巷分别与所述运输顺槽和所述回风顺槽之间的距离。

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