CN212716647U - 预掘回撤通道的布置系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种预掘回撤通道的布置系统，其包括综采工作面、回撤通道、回风大巷和保护煤柱，回撤通道沿综采工作面的停采线设置，沿回撤通道在综采工作面一侧的巷角线开凿有一列向综采工作面一侧倾斜的炮孔，回撤通道内设置有补强支护体系，补强支护体系包括由采煤帮至非采煤帮的方向上依次垂直布置在顶板上的三列恒阻大变形锚索，第二列恒阻大变形锚索与第三列恒阻大变形锚索在回撤通道的走向上交错布设。在回撤通道施工炮孔可以进行切顶爆破，主动改变围岩结构，切断回撤通道顶板与煤柱顶板的联系，恒阻大变形锚索支护能给围岩一个大的预应力，提高围岩整体强度，同时吸收能量，给围岩适当让压，减小围岩压力。

Description

预掘回撤通道的布置系统

技术领域

本申请涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种预掘回撤通道的布置系统。

背景技术

煤炭地下开采长壁开采方法在一定程度上大幅提高了采煤量及采出率，同时也导致了采场接替较频繁，工作面安全回撤任务重，其中综采工作面液压支架的回撤既是当前矿井生产中较为薄弱的环节，也是矿井能否实现高产高效的关键性制约因素，在回撤程中，工作面回撤通道的稳定性对搬家速度的影响最为显著。现有综采工作面回撤技术有3种，即现掘回撤通道、预掘单通道回撤和预掘双通道回撤。

现掘回撤通道工艺普遍采用采煤机自开回撤空间的方式，通过顶板铺网、锚杆支护、木垛支护提供回撤空间。预掘单通道回撤工艺需要在综采工作面终采线处，预先掘出一条垂直于工作面上下两巷道的回撤通道，形成综采工作面设备的单通道回撤系统，回撤通道除在掘进过程中进行锚网索支护外，掘好后需预先用垛式支架、单体支柱及工字钢进行加强支护。预掘双通道回撤工艺在工作面停采线附近预掘出2条平行于回采工作面的巷道，靠近工作面的通道为主回撤通道，外侧通道为副回撤通道，2条回撤通道间由联络巷贯通。我国煤矿回撤通道的支护技术通常采用锚网索与垛式支架联合支护，即在回撤通道开掘后采用锚网索进行初次支护，在工作面贯通前采用垛式支架进行二次加强支护。现掘回撤通道施工过程中由于工作面超前压力传递至顶、帮造成回撤通道施工时顶板下沉、帮部片帮，容易造成压架事故，回撤周期长，安全风险及成本高。传统预掘单(双)回撤通道工艺，由于末采矿压显现剧烈，主回撤通道会出现顶板冒落，甚至大面积垮塌，进而压死支架，压断支柱，副回撤通道围岩变形较大，无法满足回撤需求且主副回撤通道之间煤柱易被压垮且无法回收，在存在安全隐患的同时造成了巨大经济损失。当煤体具有强冲击倾向性且采深达到一定深度时，回撤通道很可能发生冲击事故。

在围岩支护方面，目前回撤通道加固方法主要是采用锚索、锚杆、架棚、钢带喷浆及垛式液压支架等进行组合支护，这些支护手段虽然取得了一定的加固效果，但一方面，锚杆、锚索、架棚等均为小变形支护材料，不能在保证支护强度的同时产生较大的伸长变形，因此在工作面回采动压扰动下不能及时释放能量，从而造成局部应力集中，引发巷道破坏；另一方面，由于普通锚杆、锚索变形量较小，如果施加预应力过高，消耗了一部分锚杆(索)变形量，当围岩变形时锚杆(索)很容易被拉断，因此使用过程中不能施加较大的预应力，其主动支护效果减弱。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型需要提供一种预掘回撤通道的布置系统。

根据本实用新型实施例的预掘回撤通道的布置系统，其包括综采工作面、回撤通道、回风大巷和保护煤柱，所述回撤通道沿所述综采工作面的停采线设置，所述保护煤柱设置在所述回撤通道与所述回风大巷之间，所述综采工作面未回采部分的长度大于200m，沿所述回撤通道在所述综采工作面一侧的巷角线开凿有一列向所述综采工作面一侧倾斜的炮孔，所述回撤通道内设置有补强支护体系，所述补强支护体系包括由采煤帮至非采煤帮的方向上依次垂直布置在所述顶板上的三列恒阻大变形锚索，第一列所述恒阻大变形锚索距采煤帮300mm，排距为900mm，第二列所述恒阻大变形锚索与第一列所述恒阻大变形锚索间距为1850mm，排距为1800mm，第三列所述恒阻大变形锚索与第二列所述恒阻大变形锚索间距为700mm，排距为1800mm，第二列所述恒阻大变形锚索与第三列所述恒阻大变形锚索在所述回撤通道的走向上交错布设。

进一步的，所述炮孔的深度大于采高的2.6倍，所述炮孔的直径为42mm，所述炮孔的间距为500mm，所述炮孔内装有聚能爆破管，所述聚能爆破管内采用不耦合间隔装药的方式装有矿用乳化炸药。

进一步的，所述恒阻大变形锚索的长度超出所述炮孔的深度1-2m。

进一步的，所述补强支护体系还包括自上而下设置在所述回撤通道的非采煤帮上的两列普通锚索，上部的普通锚索斜向上延伸且与水平面的夹角为30°，下部的普通锚索水平设置。

进一步的，所述普通锚索的长度为6500mm，直径为21.8mm，上部的普通锚索距离所述顶板的高度的1400mm，两排普通锚索之间的排距为1200mm，每一排内普通锚索的间距为1800mm。

进一步的，所述炮孔与铅垂线的夹角为20°。

进一步的，所述炮孔的深度为11000mm，所述恒阻大变形锚索的长度为12300mm。

进一步的，所述回撤通道内交叉布设有两列间距为1.4m的垛式液压支架。

根据本实用新型实施例的预掘回撤通道的布置系统，可以实现切顶卸压和恒阻大变形锚索支护的形式进行卸压和加固控制围岩变形，通过在回撤通道施工炮孔可以进行切顶爆破，主动改变围岩结构，切断回撤通道顶板与煤柱顶板的联系，通过恒阻大变形锚索支护能给围岩一个大的预应力，使两向应力状态变为三向，改善围岩应力状态，提高围岩整体强度，同时吸收能量，给围岩适当让压，减小围岩压力。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例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简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的预掘回撤通道的布置系统示意图；

图2为本实用新型实施例提供的回撤通道的断面图；

图3为本实用新型实施例提供的回撤通道顶板支护的平面示意图；

图4为本实用新型实施例提供的回撤通道非采煤帮支护的平面示意图；

图5为本实用新型实施例提供的回撤通道采煤帮支护的平面示意图；以及

图6为本实用新型实施例提供的回撤通道内垛式液压支架的布置图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖向”、“横向”、“纵向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参照附图描述根据本实用新型实施例的预掘回撤通道的布置系统，各附图中尺寸标注单位均为mm。

如图1所示，预掘回撤通道的布置系统包括综采工作面1、回撤通道2、回风大巷3和保护煤柱4，其中所述回撤通道2沿所述综采工作面1的停采线设置，所述保护煤柱4设置在所述回撤通道2与所述回风大巷3之间，综采工作面1在回采后的部分形成采空区。其中所述综采工作面1未回采部分的长度大于200m，即在综采工作面1的回采过程中，需要在超前工作面大于200m时，在停采线处预掘一条与回采方向垂直的回撤通道2，回撤通道2施工完成时预留一段未回采的煤体主要是为了避免回采动压作用于回撤通道2，防止工人在动压影响范围内进行回撤通道2的掘巷和在回撤通道2内的其他施工作业，实践发现当综采工作面1未回采部分的长度超过200m时可以有效保证施工安全，可以有效减弱回采动压向回撤通道2的传递。回撤通道2的宽度优选为5000mm，且下文中具体的支护结构中以回撤通道的宽度为5000mm为前提进行介绍。

在回撤通道2内设置有基础支护体系和补强支护体系。其中基础支护系统在回撤通道2的掘进过程中逐步完善形成，用于保证掘进形成的回撤通道2结构的稳定性，补强支护系统是在基础支护体系的基础上进一步实施的，用于使得回撤通道2在受到综采工作面1的采动影响以及切缝爆破的冲击时保持结构的稳定性。

普通支护体系包括顶板支护结构、采煤帮支护结构和非采煤帮支护结构。

如图2和3所示，顶板支护结构包括钢筋网(图中未示出)、W钢带9、φ18×2500mm规格的锚杆8、φ17.8mm×6500规格的普通螺纹钢锚索10和φ17.8mm×8000mm规格的普通螺纹钢锚索11，其中钢筋网紧贴回撤通道2的顶板，W钢带9布置于钢筋网的外侧，锚杆8按照列距为800mm，排距为900mm的方式布置，最两侧的两列锚杆8向两侧倾斜布置，其他的锚杆垂直于顶板布置，W钢带9垂直于回撤通道的走向设置，相邻的两个W钢带9的间距为900mm，相邻的两个W钢带9分别通过φ17.8mm×6500mm规格的普通螺纹钢锚索10和φ17.8mm×8000mm规格的普通螺纹钢锚索11固定在顶板上，W钢带9开设有四个供普通螺纹钢锚索穿过的锚孔，间距依次为1850mm、700mm和1850mm。

如图2和4所示，非采煤帮支护结构包括φ16×1600mm规格的螺纹钢锚杆13、φ18×2500mm规格的螺纹钢锚杆12、W钢带14和φ17.8×4000mm规格的锚索15，其中非采煤帮自下而上依次布置两列φ16×1600mm规格的螺纹钢锚杆13和四列φ18×2500mm规格的螺纹钢锚杆12，两列螺纹钢锚杆之间的列距为800mm，螺纹钢锚杆的排距为900mm，最上面一列φ18×2500mm规格的螺纹钢锚杆12与顶板之间的距离为200mm且斜向上切斜延伸，W钢带14垂直于回撤通道2的走向设置，W钢带14通过φ17.8×4000mm规格的锚索15固定在非采煤帮上，W钢带14开设有四个供锚索15穿过的锚孔，间距为800mm，且最上面一个锚孔与顶板的距离为600mm。

如图2和5所示，采煤帮支护结构包括φ16×1600mm规格的螺纹钢锚杆和φ20×2000mm规格的玻璃钢锚杆，其中采煤帮自下而上依次布置两列φ16×1600mm规格的螺纹钢锚杆17和四列φ20×2000mm规格的玻璃钢锚杆16，六列锚杆之间的列距为800mm，排距为900mm，最上面一列φ20×2000mm规格的玻璃钢锚杆16与顶板之间的距离为200mm。

本实用新型实施例中的普通支护体系中采用的支护结构刚度有余变形不足，锚杆和普通螺纹钢锚索等均为小变形支护材料，不能在保证支护强度的同时产生较大的伸长变形，因此在综采工作面回采动压扰动下不能及时释放能量，从而造成局部应力集中，引发巷道破坏，并且由于普通锚杆、锚索变形量较小，如果施加预应力过高，消耗了一部分锚杆(索)变形量，当围岩变形时锚杆(索)很容易被拉断，因此使用过程中不能施加较大的预应力，其主动支护效果减弱。因此需要在普通支护体系的基础上施工补强支护体系。

如图2和3所示，补强支护体系包括在由采煤帮至非采煤帮的方向上依次垂直布置在所述顶板上的三列恒阻大变形锚索5，第一列所述恒阻大变形锚索5距采煤帮300mm，排距为900mm，第二列所述恒阻大变形锚索5与第一列所述恒阻大变形锚索5间距为1850mm，排距为1800mm，第三列所述恒阻大变形锚索5与第二列所述恒阻大变形锚索5间距为700mm，排距为1800mm，第二列所述恒阻大变形锚索5与第三列所述恒阻大变形锚索5在所述回撤通道2的走向上交错布设，其中恒阻大变形锚索的长度超出后续施工的炮孔7的深度1-2m，通常情况下可以选择为12300mm，以确保锚固端位于较稳定岩层内。三列恒阻大变形锚索集中布置于切缝侧，有利于对切缝后的悬臂梁结构实现较好的支护效果，并可以减少在后续的切缝爆破时对顶板的影响。第一列恒阻大变形锚索与第二列恒阻大变形锚索的间距较宽，可以为后续布设垛式液压支架提供空间，避免布设垛式液压支架对恒阻大变形锚索造成破坏，为了将恒阻大变形锚索集中于切缝侧布置，又避免对垛式液压支架的布设造成影响，第二列和第三列恒阻大变形锚索布置间距减小，为了防止恒阻大变形锚索过于密集，对顶板产生破坏，故在巷道的走向方向上交错排布。

优选地，在一些实施例中，恒阻大变形锚索5的恒阻器长500mm，外径79mm，最大允许变形量350mm，恒阻值为30±2t，预紧力不小于25t，托盘规格300mm×300mm×16mm，中间扩孔直径100mm±1mm。

如图2和4所示，补强支护体系还包括自上而下设置在所述回撤通道的非采煤帮上的两列普通锚索6，使锚索锚固端置于岩体内，增加锚固力度，上部的普通锚索6斜向上延伸且与水平面的夹角为30°，可以有效控制肩窝处的围岩变形，下部的普通锚索6水平设置。普通锚索6的长度为6500mm，直径为21.8mm，上部的普通锚索6距离所述顶板的高度的1400mm，两排普通锚索6之间的排距为1200mm，每一排内普通锚索的间距为1800mm。

如图2和3所示，沿所述回撤通道2在所述综采工作面1一侧的巷角线开凿有一列向所述综采工作面1一侧倾斜的炮孔7，所述炮孔7与铅垂线的夹角为20°，该角度下形成的切缝可以减小切落顶板垮落时对回撤通道2顶板的摩擦力作用，且可以使得切缝后的顶板更容易垮落。所述炮孔7的深度通常大于采高的2.6倍，通常情况下可以选择为11000mm。所述炮孔7的直径为42mm，所述炮孔7的间距为500mm，所述炮孔7内装有聚能爆破管，所述聚能爆破管内采用不耦合间隔装药的方式装有矿用乳化炸药，通过爆破可以形成切缝，从而起到切断基本顶板和回撤通道2顶板联系的作用。当然，炮孔7的间距和深度还可根据现场岩层情况和效果进行微调。本实用新型实施例中使用聚能爆破管相较于现有技术中的深孔爆破可以控制爆炸能量的传播方向，回撤通道内压力较小,不会进一步破坏断层破碎带煤岩层完整性,降低了支护难度。

如图6所示。在回撤通道2内交叉布设有两列间距为1.4m的垛式液压支架18，优选为ZZ15000/23/46型垛式液压支架，垛式液压支架18可以对顶板起到进一步的支护作用，在其支护作用下可以开展综采工作面1的末采工作，右侧的垛式液压支架支撑在第一列恒阻大变形锚索5和第二列恒阻大变形锚索5之间，左侧的垛式液压支架支撑在第三列恒阻大变形锚索5的左侧，实现恒阻大变形锚索与垛式液压支架的协调配合并避免相互之间的干涉。

在综采工作面回采过程中，会有采动压力作用于回撤通道处，当采动压力超过回撤通道的支护强度时，恒阻大变形锚索会开始缩进变形，实现让压功能，扰动结束后从而恢复顶板岩体强度，如此反复通过多次让压，可以实现释放压力和顶板加固的双重目的，同时针对帮部变形区域，通过非采煤帮的锚索来提高帮部稳定性，从而使得回撤通道能够承受多次动压扰动而仍保持稳定，进而实现安全快速回撤。其中，高预应力的恒阻大变形锚索对顶板进行支护，首先能给围岩一个大的预应力，使两向应力状态变为三向，改善围岩应力状态，提高围岩整体强度，当回撤通道的围岩大变形时，围岩对锚杆和锚索的压力会达到锚索恒阻值，此时恒阻大变形锚索的恒阻器在保持支护阻力不变的同时会开始产生滑移变形，同时吸收能量，给围岩适当让压，减小围岩压力，最后当压力降低至小于恒阻值时，恒阻器停止拉伸变形，阻止围岩松动区和塑性区向岩体内部发展，避免了巷道关键部位破坏，从而达到巷道稳定性控制目的。通过使用双向聚能爆破装置来控制爆炸能量的传播方向，爆破后在两个设定方向上产生聚能流，并产生集中张拉应力，利用岩石抗压不抗拉特性形成切缝，从而最大限度的减弱爆破对围岩的损伤，通过在回撤通道靠工作面侧顶板进行切顶爆破，主动改变了围岩结构，形成切顶短悬臂梁，切断了采空区顶板与回撤通道顶板的联系，从而减小了支撑压力和开采扰动对回撤通道的影响。在具体的施工过程中，高预应力的恒阻大变形锚索支护与炮孔开凿及后续的爆破均可超前工作面施工，不受时空的限制，不影响生产进度，与现掘回撤技术相比，可以减少约15d～20d回撤时间。

目前使用本申请实施例的回撤通道布置系统的煤矿矿井中，在综采工作面与预留的回撤通道贯通前后，回撤过程中顶板完整，为支架回撤创造了良好的安全空间；支架回撤后的老空区，顶板仍保持了较为完整的程度，整个工作面支架回撤完毕，在贯通侧有漏矸且台阶状下沉较大的情况下，预留回撤通道顶板仍保持了较好的完整性，液压支架工作状态良好，无超载现象。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种预掘回撤通道的布置系统，其特征在于，包括综采工作面、回撤通道、回风大巷和保护煤柱，所述回撤通道沿所述综采工作面的停采线设置，所述保护煤柱设置在所述回撤通道与所述回风大巷之间，所述综采工作面未回采部分的长度大于200m，沿所述回撤通道在所述综采工作面一侧的巷角线开凿有一列向所述综采工作面一侧倾斜的炮孔，所述回撤通道内设置有补强支护体系，所述补强支护体系包括由采煤帮至非采煤帮的方向上依次垂直布置在顶板上的三列恒阻大变形锚索，第一列所述恒阻大变形锚索距采煤帮300mm，排距为900mm，第二列所述恒阻大变形锚索与第一列所述恒阻大变形锚索间距为1850mm，排距为1800mm，第三列所述恒阻大变形锚索与第二列所述恒阻大变形锚索间距为700mm，排距为1800mm，第二列所述恒阻大变形锚索与第三列所述恒阻大变形锚索在所述回撤通道的走向上交错布设。

2.根据权利要求1所述的预掘回撤通道的布置系统，其特征在于，所述炮孔的深度大于采高的2.6倍，所述炮孔的直径为42mm，所述炮孔的间距为500mm，所述炮孔内装有聚能爆破管，所述聚能爆破管内采用不耦合间隔装药的方式装有矿用乳化炸药。

3.根据权利要求1所述的预掘回撤通道的布置系统，其特征在于，所述恒阻大变形锚索的长度超出所述炮孔的深度1-2m。

4.根据权利要求1所述的预掘回撤通道的布置系统，其特征在于，所述补强支护体系还包括自上而下设置在所述回撤通道的非采煤帮上的两列普通锚索，上部的普通锚索斜向上延伸且与水平面的夹角为30°，下部的普通锚索水平设置。

5.根据权利要求4所述的预掘回撤通道的布置系统，其特征在于，所述普通锚索的长度为6500mm，直径为21.8mm，上部的普通锚索距离所述顶板的高度的1400mm，两排普通锚索之间的排距为1200mm，每一排内普通锚索的间距为1800mm。

6.根据权利要求1所述的预掘回撤通道的布置系统，其特征在于，所述炮孔与铅垂线的夹角为20°。

7.根据权利要求1所述的预掘回撤通道的布置系统，其特征在于，所述炮孔的深度为11000mm，所述恒阻大变形锚索的长度为12300mm。

8.根据权利要求1所述的预掘回撤通道的布置系统，其特征在于，所述回撤通道内交叉布设有两列间距为1.4m的垛式液压支架。

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