CN114575843A - 一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面的回采方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面的回采方法，包括1)回采工作面推进至目标位置之前的设置和2)回采工作面推进及回采过程，1)回采工作面推进至目标位置之前设置至少包括：1‑1矿压监测设置、1‑2巷道支护两个步骤；2)回采工作面推进及回采过程至少包括：2‑1、压力监测及现象分析、2‑2、进行回采工作面调整两个部分。本发明提供的浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面回采方法是一种完整的回收大巷煤柱的回采方法，成本低、可靠性强、安全性高，可以填补国内外在此领域的技术空白，为相似条件煤矿大巷煤柱回收提供了可靠的参考样本。

Description

一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面的回采方法

技术领域

本发明属于煤炭开采技术领域，尤其涉及一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面的回采方法。

背景技术

对于面临资源枯竭的煤矿矿井，井田范围内主采煤层内所有的综采区段已经完成回采工作，为节约煤炭资源，提高企业效益，在安全风险可控的基础上，采用布置综采工作面，沿大巷走向推进的方案来回收大巷煤柱及附近浪费的煤炭资源。如6-2116综采工作面是纳林庙煤矿二号井的最后一个工作面，为大巷煤柱回收工作面。是一个典型三面采空的孤岛工作面。上部煤层大部已被露天剥离，并已回填覆土，回填岩土厚度达150m。6-2116工作面回采时需经过纵向贯穿工作面的6-2煤西翼三条大巷17条联巷和3个暗井。大巷煤柱范围内另分布有17处原西翼综采工作面顺槽开口段空巷以及2条联络巷。

诸如此类的工作面存在的技术难题主要有以下几点：1)矿压显现剧烈，矿压规律复杂，顶板控制难度大；2)工作面上覆基岩较薄，而基岩上覆回填松散岩土层，顶板自然垮落后难以形成稳定的砌体梁结构，容易发生切落式破坏，支护困难；3)工作面回采过程中要经过多条与工作面平行的空巷和井，支护难度大，顶板下沉量大，通过困难；4)煤壁片帮严重，超前支护困难。

近年来在神东矿区出现运用旺格维利采煤法回收煤柱的工程实践，但因回采率较低，受适用条件限制，多用来回收矿井边角(不规则)煤柱。随着采煤工艺的发展，采用锚杆锚索等主动支护手段逐渐成为解决工作面过空巷的一种有效方法。在工程实际中，较常采用木垛、密集支柱等支护空巷顶板或调整工作面与空巷角度(调斜)来解决综采工作面过空巷问题。

国内外学者对于工作面过空巷研究中，与工作面斜交的空巷研究较多但对垂直或平行于工作面的空巷研究较少。对于空巷支护方面大多采用木垛+锚索+工字钢组合支护或单体+锚索+工字钢组合支护，近年来发现有采用充填体+高水材料方案支护空巷的工程实例，但未发现对采用充填+锚索+木垛组合支护空巷的研究。现阶段，过空巷技术实例大多是现场摸索总结规律形成，鲜有以矿压监测为依据的理论支撑，工程实践时，空巷支护强度过小，则回采时发生冒顶漏矸事故，过大则降低经济效益。

综上，对于浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面的回采，现有技术只有一些局部的、不全面的技术工艺，且均不成熟或有技术缺陷，尚无一种完整的、成熟的浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面的回采方法。因此，有必要研究出一种安全高效回收大巷煤柱的回采工艺，填补国内外在此领域的技术空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对浅埋深回收大巷煤柱工作面的安全高效回采方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面的回采方法，包括1)回采工作面推进至目标位置之前的设置和2)回采工作面推进及回采过程，

所述1)回采工作面推进至目标位置之前设置至少包括：1-1矿压监测设置、1-2巷道支护两个步骤；

1-1矿压监测设置包括：工作面矿压监测设置、大巷矿压监测设置、联巷矿压监测设置及巷道变形监测设置；工作面矿压监测设置为在工作面布置多个矿压监测分站，其中工作面中部覆盖主运、回风、辅运三条大巷范围的矿压监测分站密集度要高于工作面其他区域；所述大巷矿压监测设置为在回风及主运大巷中选取未受到采动影响的范围均匀布置矿压监测站；所述联巷矿压监测设置为选取未受到采动影响的联巷布置测点，在联巷底板位置布设煤矿充填体应力监测仪；所述巷道变形监测设置为在主运、回风、辅运三条大巷内采用十字布点法在顶板、两帮及底板分别设置位移监测装置；

1-2巷道支护包括：联巷的填充及对大巷的超前支护；

所述联巷的填充采用方案一和方案二中任意一种，所述方案一和方案二均要调制填充膏体，所述填充膏体由煤、水泥与水调制而成，煤与水泥重量比为1:0.1～0.2，水泥用量为0.24t/m3；所述方案一充填时，空巷底板至巷道3m段使用防爆装载机搅拌砼，3m至顶板段使用充填泵密实充填接顶；所述方案二充填时，巷道底板至巷道3.3m段使用防爆装载机搅拌砼，上部空间用木垛接顶；通过联巷矿压监测设置自联巷进行充填时开始监测充填体应力分布规律数据，直到工作面推进至联巷停止观测；

所述大巷的超前支护为每条大巷在工作面前方20m范围内纵向布置两套超前支护液压支架组，每套超前支护液压支架组包括三台同向摆放且首尾相接的单体支架，每组中相邻的两台单体支架通过推杆相连接，推杆的前端与前一台单体支架底座后部焊接的耳座铰接，推杆的后端具有耳板结构且与后一台单体支架的支架推拉头铰接；所述支架推拉头设置在每台单体支架的底座前部且与支架内部推移油缸相连；

所述2)回采工作面推进及回采过程至少包括：2-1压力监测及现象分析、2-2进行回采工作面调整两个部分；

2-1、压力监测及现象分析包括：回采过程中，通过工作面矿压监测设置，实时监测工作面支架初撑力、工作阻力及循环末阻力并上传，结合矿压显现现象分析工作面不同位置处矿压特征和周期来压步距；通过大巷矿压监测设置，监测工作面推进过程中大巷各测点支撑压力，并记录巷道与工作面顶底板、两帮压力与破坏的宏观显现以及工作面的推进情况；通过巷道变形监测设置观测巷道顶、底板及两帮位移变化；

2-2进行回采工作面调整包括工作面调压和工作面调斜；所述工作面调压为在工作面贯通联巷前采取停产等压、让压或主动降低工作面支架初撑力；所述工作面调斜为对工作面推进方向进行调斜使工作面通过空巷。

作为巷道支护方面的联巷的进一步改进：

联巷的填充中木垛接顶方式为：巷道内平行设置三排木垛，第一排与第三排木垛分别距其各自靠近的一侧巷帮300～400mm，第二排木垛沿巷道中心线支设；每排木垛均由多个方形木垛等间距排列组成，每排木垛的相邻两个方形木垛间距为1500～1300mm，相邻两排木垛交错设置：即每个方形木垛与邻排木垛中两个方形木垛的间隙对应；每个方形木垛均由多层木材上下排列组成，其中第一排和第三排的方形木垛每层由横向和纵向各两根平行木棍组成，第二排木垛每层由横向和纵向各3根平行且等间距的木棍组成。

作为巷道支护方面的大巷超前支护的进一步改进：

大巷的超前支护中超前支护液压支架组中的单体支架的结构为：单体支架的底座的尾部通过四连杆机构向上支撑有掩护梁，掩护梁的上端铰接有水平的顶梁，顶梁的前端铰接有可向下弯折的护帮板，顶梁和掩护梁的两侧面焊接有侧护板，顶梁与底座之间连接有两个位置对称的立柱，所述立柱为液压千斤顶，立柱与顶梁铰接、与底座球形铰接。

进一步的，每套超前支护液压支架组的尾端连接有墩柱，所述墩柱从底部向上分别设置有柱鞋、柱身和柱帽，所述柱身为液压千斤顶。

进一步的，在单体支架顶梁的靠近煤壁一侧的侧护板上设置有平行于煤壁的上部挡矸板，在上部挡矸板的同一侧，单体支架的底座头部焊接有下部挡矸板，上部挡矸板与下部挡矸板呈内错布置。

作为巷道支护方面进一步的改进：

还包括巷道补强支护：所述巷道补强支护为在回采前100m对大巷顶板进行补强支护，所述补强支护的具体操作为：在顶板岩层中前打钻孔；把钢绞线和树脂锚固剂插进钻孔，并对树脂锚固剂进行充分搅拌，让树脂锚固剂、钢绞线以及顶板岩层成为一体；在钢绞线末端，即钻孔外露出的部分，安装钢板托板与固定锁具，给钢绞线施加一个预应力，完成支护。

还包括风桥假顶支护，所述风桥假顶支护即对巷道超高段做人工假顶，假顶高度距煤层底板的高度与工作面采高相同；假顶结构为：采用锚索吊挂矿用工字钢梁，在以木垛接顶。

作为回采过程的进一步的改进：

2)回采工作面推进及回采过程还包括2-3设备性能参数调整：将胶带输送机运转速度调整为1.2m/s，将刮板运输机运转速度调整为0.8m/s，将煤机截割速度放缓至4m/min，使得被煤机破坏的木垛木料集中地卸载到胶带输送机皮带上。

本发明的优点和有益效果是：

本发明提供的浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面回采方法是一种完整的回收大巷煤柱的回采方法，并且具有成本低、可靠性强、安全性高，可以填补国内外在此领域的技术空白，可较为简便地实现复制再现，为相似条件煤矿大巷煤柱回收提供了可靠的参考样本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例1中大巷矿压监测测点布置图。

图2为本发明实施例1中联巷矿压监测仪布置图。

图3为本发明实施例1中十字布点法示意图。

图4为本发明实施例1中木垛接顶方式示意图。

图5是本发明实施例1超前支护液压支架组俯视图示意图。

图6是本发明实施例1超前支护液压支架组正视图示意图。

图7是本发明实施例1超前支护液压支架组单体支架示意图。

图8是本发明实施例1超前支护液压支架组墩柱示意图。

图9是本发明实施例1超前支护液压支架组挡矸板示意图。

图10为本发明实施例1中大巷顶板补强支护原理示意图。

图11为本发明实施例1中假顶支护示意图。

图12为本发明实施例1中工作面调斜示意图。

具体实施方式

实施例1：

6-2116综采工作面是纳林庙煤矿二号井的最后一个工作面，为大巷煤柱回收工作面，本实施例为在该工作面进行回采工作，采用一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面回采方法，包括1)回采工作面推进至目标位置之前的设置和2)回采工作面推进及回采过程两部分，

1)回采工作面推进至目标位置之前设置至少包括：1-1矿压监测设置、1-2巷道支护两个步骤；

为分析工作面及空巷矿压显现规律，评估巷道支护效果及大巷煤柱工作面回收工艺，为空巷支护提供理论依据，制定包含工作面矿压监测、大巷矿压监测、联巷矿压监测和巷道变形观测的矿压监测方案。

1-1矿压监测设置包括：工作面矿压监测设置、大巷矿压监测设置、联巷矿压监测设置及巷道变形监测设置；工作面矿压监测设置为在工作面布置多个矿压监测分站，其中工作面中部覆盖主运、回风、辅运三条大巷范围的矿压监测分站密集度要高于其他区域；所述大巷矿压监测设置为在回风及主运大巷中选取未受到采动影响的范围均匀布置矿压监测站；所述巷矿压监测设置为选取未受到采动影响的联巷布置测点，在联巷底板位置布设煤矿充填体应力监测仪；所述巷道变形监测设置在主运、回风、辅运三条大巷内采用十字布点法在顶板、两帮及底板分别设置位移监测装置；

在本实施例中：

1-1-1工作面矿压监测：采用矿井现有的尤洛卡KJ216煤矿顶板动态监测系统。回采过程中，工作面中部矿压要明显大于工作面上下部，根据相邻煤柱应力叠加理论大巷间煤柱应力存在叠加现象，有必要增加对既受回采影响又受巷道应力叠加处的测点。在工作面布置18个矿压监测分站，工作面中部(三条大巷范围内)矿压监测布置间距为每5个支架一个，其他位置为每10架一个。回采过程中实时监测工作面支架初撑力、工作阻力及循环末阻力并上传。结合矿压显现现象(煤壁片帮、顶板破断声响、安全阀卸载情况等)分析总结出工作面不同位置处矿压特点和周期来压步距。

1-1-2大巷矿压监测：6-2116综采工作面大巷矿压监测采用矿用本安型压力计，根据监测结果分析工作面中部空巷内的超前支承压力大小和范围，为超前支护方案选择方案对比提供理论依据。在回风及主运大巷中选取未受到采动影响的范围每隔60m布置矿压监测站。工作面推进过程中详细记录各测点支撑压力，并记录巷道与工作面顶底板、两帮压力与破坏的宏观显现以及工作面的推进情况。本实施例中具体观测点位置图1圈定范围所示。

1-1-3联巷矿压监测：本实施例针对采用水泥+煤+水组成的膏体充填的方案，为监测充填体应力分布规律，选取布置方式典型且未受到采动影响的联络巷布置测点，方法是在联络巷底板位置布设两台煤矿充填体应力监测仪。当联络巷进行充填时，开始采集数据，直到工作面推进至联络巷停止观测。本实施例中具体位置如图2圈定范围所示。

1-1-4巷道变形监测：为精准测量巷道变形情况、检验大巷补强支护效果、优化大巷支护参数，在三条大巷内进行巷道变形监测。观测采用十字布点法，观测巷道顶、底板及两帮位移变化。本实施例中巷道断面位移观测点布置如图3所示。

1-2巷道支护包括：

1-2-1联巷的填充：

所述联巷的填充采用方案一和方案二中任意一种，所述方案一和方案二均要调制填充膏体，所述填充膏体由煤、水泥与水调制而成。本实施例中选用P.C32.5R型水泥与粉煤，煤与水泥重量比为1：0.15，调制成充填膏体，水泥用量为0.24t/m3。

方案一：充填时，空巷底板至巷道3m段使用防爆装载机搅拌砼，3m至顶板段使用充填泵密实充填接顶，充填体最终达到设计强度。

方案二：充填时，巷道底板至巷道3.3m段使用防爆装载机搅拌砼，充填体最终强度达到设计强度，上部留有1.2m空间用木垛接顶，木垛接顶方式见图4。

本实施例中选用的方案二。工作面中部较机尾位置处顶板压力和下沉量均较大，空巷内木垛需进行加密，第一排与第三排木垛边缘距巷帮为350mm，第二排木垛沿巷道中心支设；三排木垛间距1500mm，且将第二排木垛由每层2根改为每层3根，均匀布置；具体设置见图4(图中各数字单位均为mm)，其中巷道宽度为5500mm，第一排和第三排木垛之间的距离为2400mm。

1-2-2大巷的超前支护：

如图5～7所示，每条大巷在工作面前方20m范围内纵向布置两套超前支护液压支架组，每套超前支护液压支架组包括三台同向摆放且首尾相接的单体支架，每台单体支架的底座101头部伸出有一个与内部推移油缸102相连的支架推拉头103，每套超前支护液压支架组中前两台单体支架的底座101尾部焊接有一个耳座104，每组中相邻的两台单体支架通过推杆2相连接，推杆2的一端与前一台单体支架的耳座104铰接、另一端具有耳板结构且与后一台单体支架的支架推拉头103铰接。

本实施例中，单体支架的结构为(图7)：底座101的尾部通过两组位置对称的四连杆机构105向上支撑有掩护梁106，掩护梁106的上端铰接有水平的顶梁107，所述顶梁107的前端铰接有可向下弯折的护帮板108，顶梁107和掩护梁106的两侧面焊接有侧护板109，顶梁107与底座101之间连接有两个位置对称的立柱110，立柱110为液压千斤顶，立柱110与顶梁107铰接、与底座101球形铰接。单体支架的底座101两侧焊接有用于连接单体液压支柱的单体支柱座111，底座101每侧的单体支柱座111的数量不少于两个且呈水平排列，在两套超前支护液压支架组的相邻一侧，每台单体支架的顶梁107的侧护板109上焊接有水平设置的限位条，限位条为工字钢。

本实施例中，如图8所示，每套所述超前支护液压支架组的尾端连接有墩柱，墩柱从底部向上分别设置有柱鞋301、柱身302和柱帽303，柱身302为液压千斤顶，柱身302上环绕有卡环304，柱鞋301通过第一连杆305与超前支护液压支架组尾端的单体支架的底座101尾部连接，卡环304与底座101通过用于防倒的第二连杆(306)相连接，连接方式均为铰接。本实施例，有两个平行且位置对称的第一连杆305铰接于单体支架的底座101尾部，两个第一连杆305的另一端分别铰接于柱鞋301两侧；有两个平行且位置对称的第二连杆306铰接于单体支架的底座101尾部，两个第二连杆306另一端分别铰接于卡环304两侧。本实施例中的柱鞋301由一块水平设置的钢板和焊接在钢板两侧的工字钢构成。

因超前支护设备朝向工作面前进方向设置，在大巷的位于超前支护设备尾部的单体支架的掩护梁106上方存在空顶，此处顶板控制较为困难，作业过程中此位置多次出现漏顶事故，而在每套超前支护液压支架组的后方安装墩柱可以防止此类事故的发生。

本实施例中，如图9所示，在单体支架顶梁107的靠近煤壁5一侧的侧护板109上设置有平行于煤壁5的上部挡矸板401，在上部挡矸板401的同一侧，单体支架的底座101头部焊接有下部挡矸板402，上部挡矸板401与下部挡矸板402呈内错布置。本实施例中上部挡矸板401与顶梁107的侧护板109之间焊接有两道垂直于地面方向的工字钢作为上部挡矸板基座。

受工作面超前支承压力影响，通常超前支护设备尾部范围内的煤壁5易片帮，使煤体失去了对大巷及两侧顶板的支撑作用，造成破碎。大量的片帮煤掉落后，可能掩埋单体支架的底座101，造成拉架困难，使超前支护设备无法达到最优支撑状态支撑顶板，而安装在单体支架侧面的挡矸板可以防止这种情况的发生。

1-2-3巷道补强支护：

为保持大巷顶板的完整性、稳定性。本实施例在回采前100m对大巷顶板进行补强支护，补强支护的具体操作为：在顶板岩层中前打钻孔；把钢绞线和树脂锚固剂(K2360两支、CK2360一支)插进钻孔，并对树脂锚固剂进行充分搅拌，让树脂锚固剂、钢绞线(17.8*7200mm)以及顶板岩层成为一体；在钢绞线末端，即钻孔外露出的部分，安装钢板托板(300*300*16mm)与固定锁具，给钢绞线施加一个预应力，完成支护，巷道宽度为5500mm，如图10所示。对巷道交叉口抹角也采取了类似的补强支护。

1-2-4风桥假顶支护：

为防止工作面回采过程中经过超高巷道，出现空顶作业，需提前对巷道超高段做人工假顶。本实施例假顶高度距煤层底板5.3m(相当于工作面采高)。假顶结构为：锚索吊挂11#矿用工字钢梁+木垛接顶，该假顶具体支护如图11所示，为现有技术中已有的一种假顶结构(图中5300单位为mm，为假顶距煤层底板的高度)。

2)回采工作面推进及回采过程包括：

2-1压力监测及现象分析：

回采过程中，通过工作面矿压监测设置，实时监测工作面支架初撑力、工作阻力及循环末阻力并上传，结合矿压显现现象分析工作面不同位置处矿压特征和周期来压步距；通过大巷矿压监测设置，监测工作面推进过程中大巷各测点支撑压力，并记录巷道与工作面顶底板、两帮压力与破坏的宏观显现以及工作面的推进情况；通过巷道变形监测设置观测巷道顶、底板及两帮位移变化。

2-2回采工作面调整包括工作面调压和工作面调斜；

2-2-1工作面调压：

为避免过联巷贯通时大面积来压，顶板下沉造成生产事故，因此有必要对工作面进行调压。在工作面贯通联巷前一定位置采取停产等压、让压或主动降低工作面支架初撑力的方式，使顶板裂隙发育、采空区后部顶板垮落，进而改变顶板破断规律，确保工作面与联巷贯通前及通过联巷时不发生周期来压，从而实现工作面通过联巷时顶板状态可控的目的。

2-2-2工作面调斜：

因各个联巷与工作面平行，为避免贯通时，顶板沿支架顶梁前方切落，造成大面积冒顶事故。工作面推至机头前对工作面推进方向进行调斜，使工作面煤壁与机头轴向呈一定夹角工作面从机尾一端向另一端逐步揭露(即老巷与工作面呈一定夹角斜交)，该夹角为图12中角EGF或角EBC，以减轻顶板来压强度，保证工作面能够顺利通过空巷。调斜原理如图12所示。图12中AB是工作面机头(刮板运输机机头)，EF是机尾(刮板运输机机头)，中间的空间就是工作面液压支架支护的区域。BE是工作面煤壁，DF是老巷煤壁。C点是指工作面液压支架能够控制的顶板最大控顶距。图中G点就是工作面空间与老巷空间的交点。在浅埋薄基岩条件下，C、G两个点最容易发生顶板断裂。斜交，就是为了避免工作面空间与老巷空间突然出现大面积接触，从而导致顶板大面积断裂造成矿压突然释放。

调斜原理：工作面顶板相当于一个悬臂梁结构，当工作面空间与空巷贯通时，这个悬臂梁结构等于突然增加了很大的长度，这时候顶板岩层作为悬臂梁无法支撑如此大的挠度，会发生突然断裂。斜交的作用就是让这个悬臂梁增加长度的速度变缓，减少顶板突然断裂对工作面造成冲击。

2-3设备性能参数调整：

6^-2116主运顺槽胶带输送机的正常运转速度为3.8m/s，工作面刮板运输机的正常运转速度为1.6m/s。通过参数调整，将胶带输送机运转速度调整为1.2m/s，将刮板运输机运转速度调整为0.8m/s，将煤机截割速度放缓至4m/min，这样可以使得被煤机破坏的木垛木料可以较为集中地卸载到胶带输送机皮带上，便于集中回收。

回收木料杂物时，集中工作面大部分人员到主运顺槽，按每隔30m安排1组人员，每组2人。煤机每截割20m，工作面全部设备停机闭锁，杂物回收人员快速从皮带上卸下杂物，并简单码放到不采帮侧，往复循环。

本发明浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面回采方法在纳林庙煤矿二号井6-2116工作面上进行实践，在技术上的主要有益效果可以总结为以下几点：

(1)大巷动压影响效果

工作面在推进过程中，采动活动会破坏巷道原有的平衡状态，二次应力造成围岩发生塑性变形和松动破坏。在浅埋薄基岩条件下，顶板难以形成带有自支撑能力的穹顶结构，上覆岩层自重直接作用在大巷煤柱及工作面支架上，容易发生整体下沉。具体表现为大巷煤壁片帮严重(两帮最大片帮深度达600mm，高度为1-2.5m)，巷道顶板在超前压力影响范围内不断下沉(顶板最大下沉量达2000mm)，下沉量与时间基本呈线性关系。

通过在大巷内安设超前支架组，其总长度达到或超过超前压力影响范围，通过主动支护，与巷道围岩形成“支架-围岩”耦合系统，极大地减少了上覆岩层自重对大巷煤柱的破坏，煤壁片帮和顶板下沉得到了有效控制，工作面回采工作得以顺利开展。采用超前支架组后，煤壁片帮最大深度为300mm，高度为0.7-1.2m，顶板最大下沉量为800mm。

(2)联巷顶板控制效果

工作面推进至联巷附近时，随着联巷与工作面之间的煤柱尺寸逐渐减小，煤柱的抗压性能逐渐减弱，支撑能力逐渐变弱。受超前压力影响，联巷与工作面之间的煤柱逐渐松动失稳，最终在工作面贯通联巷之前2-3m即完全失去支撑作用。此时工作面与联巷上覆顶板简化模型为一个大跨度的简支梁，梁体长度等于工作面控顶距+煤柱宽度+联巷宽度，其跨度往往超过简支梁挠度极限，极易出现顶板断裂下沉，造成工作面片帮、漏顶、顶板快速下沉(最大下沉量可达2m)，严重时甚至压死支架，极大地影响生产安全与施工效率。

对联巷采用“煤-水泥-木垛”混合充填后，由于充填体具有一定的物理尺寸和强度，可以有效减小简支梁跨度，并支撑顶板上覆岩层自重，使得工作面前方顶板不易发生断裂下沉(顶板最大下沉量为800mm)，不易发生大面积漏顶和顶板切落式破坏。采煤机截割过程中不用处理顶板中的锚杆和锚索，工作面可采用降低采高“钻过”联巷的方式进行推进，大大提高了采煤效率和工作面推进速率，与不充填方式相比，工作面推进速率高出5-7倍。同时由于工作面推进速率得以提高，使得顶板下沉的时间效应非常有限，从而实现安全与生产的良性循环。

(3)合理调整设备参数提高推进速率

采用联巷“煤-水泥-木垛”混合充填、大巷采用超前支护的条件下，工作面正规作业循环与普通工作面有比较大的差别，即采煤机截割过程中，增加了大巷内超前支架拉移的工序，在贯通联巷后，增加了人工清理截割下来的道木的工序。如不考虑煤质影响，该工序可忽略。在有选煤厂的矿井可在洗选环节人工拣选，效率更高。

通过调整设备运行参数避免了工作面设备随时停机，提高了开机率，并节省了较多的清理杂物时间，使得工作面推进效率大幅提升。

(4)“支护-围岩”系统的耦合支护作用

区段中大多存在大巷和多条联巷纵横交错现象，且区段为三面采空的孤岛，因此矿压显现较为复杂，主要表现为：大巷严重片帮及顶板切落式下沉；工作面前方煤柱失稳，顶板发生切落式下沉及漏顶现象。这些问题的产生，究其原因，主要是因为煤柱受采动影响，产生松动破坏，支撑强度大幅下降。因此，要解决矿压问题，最根本的办法是要提高“支护-围岩”系统的支撑强度，并确保顶板覆岩的完整性。

为解决这些问题，采用了大巷锚索补强支护、巷道交叉口抹角锚索补强支护、大巷超前支架的使用以及联巷“水泥-煤-木垛”充填支护。这些手段和措施不仅仅作用于其本身所在的位置，更重要的是形成了一套“支护-围岩”系统。该系统具备高支护强度、高工作阻力、被动卸压能力、高支撑强度等特点，在巷道群支护中产生了耦合效果，保护了煤柱和顶板的完整性，围岩塑性区范围有所减小，巷道变形得到有效控制。尤其是工作面推进至空巷附近时，充填材料对空巷的支护效果更加明显。充填体较高的承载能力和让压特性，保证了工作面过空巷期间顶板未曾出现大面积来压现象，而且充填体结构保持完整，从而为回采工作创造了有利条件。

内蒙古鄂尔多斯东胜煤田、准格尔煤田、陕西神府煤田、山西宁武煤田、大同煤田部分区域煤炭赋存条件非常接近，大部分是近水平薄基岩浅埋/近浅埋厚煤层及特厚煤层，主要采用大采高综合机械化采煤工艺进行回采。其中仅神府-东胜煤田就累计查明煤炭资源量10246亿吨，居全国首位。伴随着煤炭资源多年来的不断开采，许多矿区同纳二矿一样已面临或即将面临资源枯竭的局面。

纳二矿煤层赋存条件具有较好的典型性，其大巷煤柱综采回收工艺能够安全高效地将传统工艺原本该丢弃的大量煤炭资源回收利用。纳二矿6-2116大巷煤柱回收工作面，仅用11个月就安全、高效地完成了大巷煤柱回收的全部工作，增收煤炭产量330万吨，为企业增收产值超10亿元，具有极高的经济价值技术推广价值。此工艺适用于浅埋薄基岩煤矿，对内蒙古鄂尔多斯地区、陕西榆林地区、山西忻州地区及其他条件相近的矿井提供了很好的样板和参考。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面的回采方法，其特征在于：包括1)回采工作面推进至目标位置之前的设置和2)回采工作面推进及回采过程，

所述1)回采工作面推进至目标位置之前设置至少包括：1-1矿压监测设置、1-2巷道支护两个步骤；

1-1矿压监测设置包括：工作面矿压监测设置、大巷矿压监测设置、联巷矿压监测设置及巷道变形监测设置；工作面矿压监测设置为在工作面布置多个矿压监测分站，其中工作面中部覆盖主运、回风、辅运三条大巷范围的矿压监测分站密集度要高于工作面其他区域；所述大巷矿压监测设置为在回风及主运大巷中选取未受到采动影响的范围均匀布置矿压监测站；所述联巷矿压监测设置为选取未受到采动影响的联巷布置测点，在联巷底板位置布设煤矿充填体应力监测仪；所述巷道变形监测设置为在主运、回风、辅运三条大巷内采用十字布点法在顶板、两帮及底板分别设置位移监测装置；

1-2巷道支护包括：联巷的填充及对大巷的超前支护；

所述联巷的填充采用方案一和方案二中任意一种，所述方案一和方案二均要调制填充膏体，所述填充膏体由煤、水泥与水调制而成，煤与水泥重量比为1:0.1～0.2，水泥用量为0.24t/m³；所述方案一充填时，空巷底板至巷道3m段使用防爆装载机搅拌砼，3m至顶板段使用充填泵密实充填接顶；所述方案二充填时，巷道底板至巷道3.3m段使用防爆装载机搅拌砼，上部空间用木垛接顶；通过联巷矿压监测设置自联巷进行充填时开始监测充填体应力分布规律数据，直到工作面推进至联巷停止观测；

所述大巷的超前支护为每条大巷在工作面前方20m范围内纵向布置两套超前支护液压支架组，每套超前支护液压支架组包括三台同向摆放且首尾相接的单体支架，每组中相邻的两台单体支架通过推杆相连接，推杆的前端与前一台单体支架底座后部焊接的耳座铰接，推杆的后端具有耳板结构且与后一台单体支架的支架推拉头铰接；所述支架推拉头设置在每台单体支架的底座前部且与支架内部推移油缸相连；

所述2)回采工作面推进及回采过程至少包括：2-1压力监测及现象分析、2-2进行回采工作面调整两个部分；

2-1、压力监测及现象分析包括：回采过程中，通过工作面矿压监测设置，实时监测工作面支架初撑力、工作阻力及循环末阻力并上传，结合矿压显现现象分析工作面不同位置处矿压特征和周期来压步距；通过大巷矿压监测设置，监测工作面推进过程中大巷各测点支撑压力，并记录巷道与工作面顶底板、两帮压力与破坏的宏观显现以及工作面的推进情况；通过巷道变形监测设置观测巷道顶、底板及两帮位移变化；

2-2进行回采工作面调整包括工作面调压和工作面调斜；所述工作面调压为在工作面贯通联巷前采取停产等压、让压或主动降低工作面支架初撑力；所述工作面调斜为对工作面推进方向进行调斜使工作面通过空巷。

2.根据权利要求1所述的一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面回采方法，其特征在于：步骤1-2巷道支护，联巷的填充中木垛接顶方式为：巷道内平行设置三排木垛，第一排与第三排木垛分别距其各自靠近的一侧巷帮300～400mm，第二排木垛沿巷道中心线支设；每排木垛均由多个方形木垛等间距排列组成，每排木垛的相邻两个方形木垛间距为1500～1300mm，相邻两排木垛交错设置：即每个方形木垛与邻排木垛中两个方形木垛的间隙对应；每个方形木垛均由多层木材上下排列组成，其中第一排和第三排的方形木垛每层由横向和纵向各两根平行木棍组成，第二排木垛每层由横向和纵向各3根平行且等间距的木棍组成。

3.根据权利要求1所述的一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面回采方法，其特征在于：1-2巷道支护，大巷的超前支护中超前支护液压支架组中的单体支架的结构为：单体支架的底座的尾部通过四连杆机构向上支撑有掩护梁，掩护梁的上端铰接有水平的顶梁，顶梁的前端铰接有可向下弯折的护帮板，顶梁和掩护梁的两侧面焊接有侧护板，顶梁与底座之间连接有两个位置对称的立柱，所述立柱为液压千斤顶，立柱与顶梁铰接、与底座球形铰接。

4.根据权利要求3所述的一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面回采方法，其特征在于：每套超前支护液压支架组的尾端连接有墩柱，所述墩柱从底部向上分别设置有柱鞋、柱身和柱帽，所述柱身为液压千斤顶。

5.根据权利要求3所述的一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面回采方法，其特征在于：在单体支架顶梁的靠近煤壁一侧的侧护板上设置有平行于煤壁的上部挡矸板，在上部挡矸板的同一侧，单体支架的底座头部焊接有下部挡矸板，上部挡矸板与下部挡矸板呈内错布置。

6.根据权利要求1所述的一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面回采方法，其特征在于：步骤1-2巷道支护，还包括巷道补强支护：所述巷道补强支护为在回采前100m对大巷顶板进行补强支护，所述补强支护的具体操作为：在顶板岩层中前打钻孔；把钢绞线和树脂锚固剂插进钻孔，并对树脂锚固剂进行充分搅拌，让树脂锚固剂、钢绞线以及顶板岩层成为一体；在钢绞线末端，即钻孔外露出的部分，安装钢板托板与固定锁具，给钢绞线施加一个预应力，完成支护。

7.根据权利要求1所述的一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面回采方法，其特征在于：步骤1-2巷道支护，还包括风桥假顶支护，所述风桥假顶支护即对巷道超高段做人工假顶，假顶高度距煤层底板的高度与工作面采高相同；假顶结构为：采用锚索吊挂矿用工字钢梁，在以木垛接顶。

8.根据权利要求1所述的一种浅埋薄基岩回收大巷煤柱工作面回采方法，其特征在于：2)回采工作面推进及回采过程还包括2-3设备性能参数调整：将胶带输送机运转速度调整为1.2m/s，将刮板运输机运转速度调整为0.8m/s，将煤机截割速度放缓至4m/min，使得被煤机破坏的木垛木料集中地卸载到胶带输送机皮带上。

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