CN115539075A - 一种中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，工作面推进过程中，在超前支承压力影响范围外掘进主、辅回撤巷道和卸压巷，同时在卸压巷道内完成预裂爆破钻孔、垂直松动爆破钻孔与扇形松动爆破钻孔的施工、装药与爆破，首先利用预裂爆破切断主回撤巷道与后方采空区之间的顶板，然后借助松动爆破对末采段工作面坚硬顶板进行增透弱化，使得工作面回采至主回撤巷道时，工作面液压支架后方的采空区顶板及时垮落卸压，此时工作面悬顶距减小，并且液压支架的支撑性能得到最大限度的利用，从而优化末采时采场应力分布，围岩变形得到有效控制，降低回撤巷道支护成本，改善末采段的安全生产环境，缩短工作面搬家倒面时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤炭开采技术，尤其涉及一种中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，尤其与末采期间回撤巷道维护和缩短搬家倒面时间有关。
背景技术
煤炭开采时，坚硬工作面顶板(尤其是坚硬基本顶)，其垮落困难、不及时，造成工作面及回采巷道矿压显现明显。当工作面进入末采阶段时，工作面推进速度较慢，回撤工作面设备时需要停止回采，此时，工作面及巷道围岩的压力和变形不断累积，给回撤巷道维护提出了很大的考验。
工作面末采目前常用的方法为预掘回撤巷道，待工作面推进至主回撤通道时停止回采，液压支架等设备经主、辅回撤巷道之间的联络巷，从辅回撤巷道撤出。预掘回撤巷道避免了掘巷与回采之间的干扰，但无法控制工作面超前支承压力和基本顶周期来压，往往需要在回采至停采线前，进行停采或降速等压，避免回撤巷道最终位于压力峰值区范围内。
末采等压开采技术调压速度慢，大多依靠经验进行判断，回撤巷道内往往需要布置密集单元/垛式支架，支护成本高，从本质来看，这是由于当前的末采回撤巷道布置方案无法改变末采阶段的工作面顶板结构，被动的支护和调压措施效率低、成本高、效果也不显著。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供了一种中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的中厚煤层坚硬顶板工作面回撤巷道布置方法，包括步骤：
A、设计中厚煤层坚硬顶板工作面的进回风巷道以及开切眼，形成工作面的完整巷道系统。
B、工作面开采并持续推进，推进一段距离后，在停采线位置掘进主、辅回撤巷道和卸压巷，并完成2个回撤巷道围岩的锚杆和高预紧力大变形锚索支护；
C、回撤巷道掘进并完成支护后，在不受到工作面超前支承压力影响时，在卸压巷靠近停采线的一侧，沿顶板施工预裂钻孔；
D、在预裂钻孔内安装聚能爆破管、炸药和雷管，爆破后沿设定平面切断巷道顶板岩层；
E、沿卸压巷的顶板中线，垂直向顶板施工松动爆破钻孔；
F、在卸压巷的靠近工作面一侧，沿巷道走向施工扇形松动爆破钻孔，每组扇形松动爆破钻孔包含2个角度不同、高度相同的钻孔；
G、卸压巷内的松动爆破钻孔施工完毕后，从巷道的一侧开始，安装炸药并逐段进行爆破，破坏末采段工作面顶板岩层的整体性，降低顶板岩层的强度；
H、工作面推进至卸压巷时，在卸压巷与主回撤巷道之间联络巷的主回撤巷道侧安装风帘装置，阻止回采时工作面污风经过联络巷流入主回撤巷道，同时增加通风系统的管理难度；
I、工作面采煤机将卸压巷与主回撤巷道之间的煤柱回采完毕后，工作面停止推进，开始工作面采煤机、刮板输送机和液压支架等机械设备的回撤。
由上述技术方案可知，与目前常用的双回撤通道末采技术相比，本发明的中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，提出在末采阶段增加一条卸压巷，利用卸压巷，采用松动爆破方式弱化工作面的坚硬顶板，同时采用预裂聚能爆破技术，切断了主回撤巷道与后方采空区之间顶板的岩层联系，主动将停采时回撤巷道上方的顶板调整为悬臂梁结构，避免顶板周期破断发生在回撤巷道上方，减弱回撤巷道围岩的压力和变形，减少回撤巷道支护和维护成本，最后改善末采时的安全生产环境，缩短工作面搬家倒面时间。
附图说明
图1为本发明实施例提供的中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置结构俯视图；
图2为本发明实施例在工作面末采段沿工作面走向的结构A-A剖面图；
图3为本发明实施例在工作面末采段沿工作面走向的结构B-B剖面图。
图4为本发明实施例在工作面推进至停采线位置后沿工作面走向的结构剖面图。
图中：
1-工作面进风巷，2-工作面回风巷，3-辅回撤巷道；4-联络巷；5-回撤巷道煤柱；6-临时风帘；7-主回撤巷道；8-辅助煤柱，9-卸压巷，10-扇形松动爆破钻孔，11-垂直松动爆破钻孔，12-预裂爆破钻孔，13-工作面液压支架。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。
术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。
本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明的特厚煤层放顶煤工作面巷道布置方法，包括步骤：
A、设计中厚煤层坚硬顶板工作面的进、回风巷道以及开切眼，形成工作面的完整巷道系统。
B、工作面开采并持续推进，推进一段距离后，在停采线位置掘进主、辅回撤巷道和卸压巷，并完成2个回撤巷道围岩的锚杆和高预紧力大变形锚索支护；
C、回撤巷道掘进并完成支护后，在不受到工作面超前支承压力影响时，在卸压巷靠近停采线的一侧，沿顶板施工预裂爆破钻孔；
D、在预裂钻孔内安装聚能爆破管、炸药和雷管，爆破后沿设定平面切断巷道顶板岩层；
E、沿卸压巷的顶板中线，垂直向顶板施工松动爆破钻孔；
F、在卸压巷靠近工作面的一侧，沿巷道走向施工扇形松动爆破钻孔，每组扇形松动爆破钻孔包含2个角度不同、高度相同的钻孔；
G、卸压巷内的松动爆破钻孔施工完毕后，从巷道的一侧开始，安装炸药并逐段进行爆破，破坏末采段工作面顶板岩层的整体性，降低顶板岩层的强度；
H、工作面推进至卸压巷时，在卸压巷与主回撤巷道之间联络巷的主回撤巷道侧安装风帘装置，阻止回采时工作面污风经过联络巷流入主回撤巷道，避免增加通风系统的管理难度；
I、工作面采煤机将卸压巷与主回撤巷道之间的煤柱回采完毕后，工作面停止推进，开始工作面采煤机、刮板输送机和液压支架等机械设备的回撤。
所述步骤B中，主回撤巷道与卸压巷之间煤柱的宽度为工作面液压支架顶梁的长度。
所述步骤C中，预裂爆破钻孔偏向停采线方向，相邻预裂爆破钻孔之间的距离为0.8-1.5m，钻孔深度LY为：
式中，θ为预裂爆破钻孔与铅锤方向的夹角，一般取10°；HZ为工作面直接顶的厚度；HJ为工作面基本顶的厚度。
所述步骤D中，聚能爆破管中按照轴向非耦合的方式进行装药，装药结构和装药量需根据现场爆破试验确定，保证爆破后相邻两钻孔之间的岩石被裂隙贯通。
所述步骤E中，沿顶板中线垂直施工的松动爆破钻孔的深度为直接顶厚度HZ和基本顶厚度HJ之和，而相邻钻孔沿巷道走向之间的距离为2-5m。
所述步骤F中，巷道每个位置的扇形松动爆破钻孔共包含2个钻孔，钻孔与水平面之间的夹角分别为30°、45°，孔深分别为：
所述步骤G中，为避免工作面接近卸压巷时发生冒顶，巷道顶板中线和巷道顶板靠近工作面侧的松动爆破钻孔在安装炸药时，直接顶厚度范围内不安装炸药，只需充填炮泥；顶板基本顶范围内安装炸药进行爆破增透。
所述步骤I中，工作面停止回采后，工作面液压支架的顶梁应刚好支撑卸压巷在预裂爆破后所形成的悬臂顶板，在搬家倒面期间，最大限度的发挥其对上覆顶板的支撑作用。
综上可见，本发明实施例的中厚煤层坚硬工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，能够通过采用工作面末采双回撤巷道+卸压巷的布置方案，通过切顶和松动爆破，主动调整末采期间工作面坚硬顶板的结构，控制坚硬顶板悬顶或周期性破断造成的末采阶段回撤巷道大变形等强矿压显现，优化了末采围岩应力分布，降低回撤巷道支护成本，加快搬家倒面速度。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的进行详细描述。
实施例1
如图1、图2、图3和图4所示，具体步骤如下：
A、首先在中厚煤层坚硬顶板工作面中沿煤层底板掘进工作面进风巷1和工作面回风巷2，将工作面开切眼掘进完成后，布置工作面，并开始工作面的回采。
B、在工作面回采一定距离后，同时工作面与停采线之间的距离大于超前支承压力影响区宽度时，在停采线位置掘进主回撤巷道7、辅回撤巷道3和卸压巷9，并完成主回撤巷道7、辅回撤巷道3的锚杆和高预紧力大变形锚索支护。
C、主回撤巷道7、辅回撤巷道3和卸压巷9掘进完成后，在不受到超前支承压力影响的前提下，在卸压巷9靠近停采线的一侧，沿顶板斜向停采线方向施工预裂爆破钻孔12；
上述预裂爆破钻孔12的深度LY为：：
其中，θ为预裂爆破钻孔12与铅锤方向的夹角，一般取10°；HZ为工作面直接顶的厚度；HJ为工作面基本顶的厚度。
D、在预裂爆破钻孔12内安装聚能爆破管、炸药和雷管，爆破后沿设定平面切断巷道顶板岩层；
E、沿卸压巷9的顶板中线，向顶板施工垂直松动爆破钻孔11；
F、在卸压巷9靠近工作面的一侧，沿巷道走向施工扇形松动爆破钻孔10，每组扇形松动爆破钻孔10包含2个角度不同、高度相同的钻孔；
上述扇形松动爆破孔10孔深的计算公式分别为：
其中，下位顶板扇形松动爆破钻孔10与水平面的夹角为30°，上位顶板扇形松动爆破钻孔10与水平面的夹角为45°。
G、卸压巷9内的扇形松动爆破钻孔10施工完毕后，从巷道的一侧开始，安装炸药并逐段进行爆破，破坏末采段工作面顶板岩层的整体性，降低顶板岩层的强度；
H、工作面推进至卸压巷9时，在卸压巷9与主回撤巷道7之间联络巷4的主回撤巷道7侧安装临时风帘6装置，阻止回采时工作面污风经过联络巷4流入主回撤巷道7，并避免增加通风系统的管理难度；
I、工作面采煤机将卸压巷9与主回撤巷道7之间的辅助煤柱8回采完毕后，工作面停止推进，开始工作面采煤机、刮板输送机和液压支架等机械设备的回撤。
所述步骤B中，主回撤巷道7与卸压巷9之间的辅助煤柱8的宽度为工作面液压支架13顶梁的长度。
所述步骤C中，相邻预裂爆破钻孔12之间的距离为0.8-1.5m，具体数值需根据现场预裂爆破试验的效果确定。
所述步骤D中，聚能爆破管中按照轴向非耦合的方式进行装药，装药结构和装药量需根据现场爆破试验确定，保证爆破后相邻两钻孔之间的岩石被裂隙贯通。
所述步骤E中，沿顶板中线施工的垂直松动爆破钻孔11深度为直接顶厚度HZ和基本顶厚度HJ之和，而相邻钻孔沿巷道走向之间的距离为2-5m。
所述步骤G中，为避免工作面接近卸压巷时发生冒顶，巷道顶板中线的垂直松动爆破钻孔11和巷道顶板靠近工作面侧的扇形松动爆破钻孔10在安装炸药时，直接顶厚度范围内不安装炸药，只需充填炮泥；顶板基本顶范围内安装炸药进行爆破增透。
所述步骤I中，工作面停止回采后，工作面液压支架13的顶梁应刚好支撑卸压巷9在预裂爆破后所形成的悬臂顶板，在搬家倒面期间，最大限度的得发挥其对上覆顶板的支撑作用。
与传统的预掘双回撤巷道的末采巷道布置方式相比，本发明通过增加一条卸压巷，为停采线附近的坚硬顶板断顶和松动爆破提供了施工空间，因此可以通过主动调整末采巷道布置方式，实现对末采段工作面顶板的预处理，改变工作面末采阶段顶板结构，优化末采阶段工作面围岩应力分布，有效控制末采阶段回撤巷道的剧烈变形，从而减少了末采的工序和施工难度，降低工作面回撤巷道支护及维护成本，达到缩短工作面搬家倒面时间的目的，新的回撤巷道布置方法具有明显的安全和经济优势。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，其特征在于，包括步骤：
A、设计中厚煤层坚硬顶板工作面的进、回风巷道以及开切眼，形成工作面的完整巷道系统。
B、工作面开采并持续推进，推进一段距离后，在停采线位置掘进主、辅回撤巷道和卸压巷，并完成2个回撤巷道围岩的锚杆和高预紧力大变形锚索支护；
C、回撤巷道掘进并完成支护后，在不受到工作面超前支承压力影响时，在卸压巷靠近停采线的一侧，沿顶板施工预裂爆破钻孔；
D、在预裂钻孔内安装聚能爆破管、炸药和雷管，爆破后沿设定平面切断巷道顶板岩层；
E、沿卸压巷的顶板中线，垂直向顶板施工松动爆破钻孔；
F、在卸压巷靠近工作面的一侧，沿巷道走向施工扇形松动爆破钻孔，每组扇形松动爆破钻孔包含2个角度不同、高度相同的钻孔；
G、卸压巷内的松动爆破钻孔施工完毕后，从巷道的一侧开始，安装炸药并逐段进行爆破，破坏末采段工作面顶板岩层的整体性，降低顶板岩层的强度；
H、工作面推进至卸压巷时，在卸压巷与主回撤巷道之间联络巷的主回撤巷道侧安装风帘装置，阻止回采时工作面污风经过联络巷流入主回撤巷道，避免增加通风系统的管理难度；
I、工作面采煤机将卸压巷与主回撤巷道之间的煤柱回采完毕后，工作面停止推进，开始工作面采煤机、刮板输送机和液压支架等机械设备的回撤。
2.根据权利要求1所述的中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，其特征在于，所述步骤B中，主回撤巷道与卸压巷之间煤柱的宽度为工作面液压支架顶梁的长度。
3.根据权利要求2所述的中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，其特征在于，所述步骤C中，预裂爆破钻孔偏向停采线方向，相邻预裂爆破钻孔之间的距离为0.8-1.5m，钻孔深度LY为：
式中，θ为预裂爆破钻孔与铅锤方向的夹角，一般取10°；HZ为工作面直接顶的厚度；HJ为工作面基本顶的厚度。
4.根据权利要求3所述的中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，其特征在于，所述步骤D中，聚能爆破管中按照轴向非耦合的方式进行装药，装药结构和装药量需根据现场爆破试验确定，保证爆破后相邻两钻孔之间的岩石被裂隙贯通。
5.根据权利要求4所述的中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，其特征在于，所述步骤E中，沿顶板中线垂直施工的松动爆破钻孔的深度为直接顶厚度HZ和基本顶厚度HJ之和，而相邻钻孔沿巷道走向之间的距离为2-5m。
6.根据权利要求5所述的中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，其特征在于，所述步骤F中，巷道每个位置的扇形松动爆破钻孔共包含2个钻孔，钻孔与水平面之间的夹角分别为30°、45°，孔深分别为：
7.根据权利要求6所述的中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，其特征在于，所述步骤G中，为避免工作面接近卸压巷时发生冒顶，巷道顶板中线和巷道顶板靠近工作面侧的松动爆破钻孔在安装炸药时，直接顶厚度范围内不安装炸药，只需充填炮泥；顶板基本顶范围内安装炸药进行爆破增透。
8.根据权利要求7所述的中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法，其特征在于，所述步骤I中，工作面停止回采后，工作面液压支架的顶梁应刚好支撑卸压巷在预裂爆破后所形成的悬臂顶板，在搬家倒面期间，最大限度的发挥其对上覆顶板的支撑作用。
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| CN202211356658.7A CN115539075A (zh) | 2022-11-01 | 2022-11-01 | 一种中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法 |
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| CN202211356658.7A CN115539075A (zh) | 2022-11-01 | 2022-11-01 | 一种中厚煤层坚硬顶板工作面末采预裂减压的回撤巷道布置方法 |
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2022
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Cited By (3)
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| CN116335701A (zh) * | 2023-05-30 | 2023-06-27 | 华能煤炭技术研究有限公司 | 冲击地压巷道的卸压方法 |
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