专利名称：大采高综采工作面小煤柱等压过空巷方法
技术领域：
本发明涉及一种保证综采工作面快速安全过煤层空巷的顶板控制方法，具体地说是一种防止工作面过空巷时发生顶板切冒等灾变运动的岩层控制方法。
背景技术：
由于采矿条件的限制，综采工作面经常要通过尺寸较大的空巷。受到采动影响，空巷顶板的整体性会降低，顶板破碎冒落，或者虽然顶板完整性较好，下沉量却较大，它们均会严重影响工作面的快速推进，甚至导致工作面停产，并对安全生产带来严重的威胁。空巷对大采高综采工作面的影响尤为严重。国内外传统的过空巷方法有以下几种①用密集支柱或木垛加强对空巷顶板的支护，或用锚杆、锚索加固空巷顶板和两帮，工作面正常推进直接进入空巷；②跳采绕过空巷，重开切眼布置工作面；③先充填空巷，采煤机切割充填体过空巷。密集支柱或木垛承载能力低，在超前支承压力的作用下空巷可能产生冒顶和两帮大范围的片帮，或空巷上方顶板发生断裂，使工作面和空巷顶板下沉量大幅度增加，支架工作阻力急剧升高，出现压死或压坏支架等事故，造成重大经济损失，并威胁安全生产。后一种方法主要用于炮采或普采等搬家费用少、影响工期短的工作面，另外，由于在空巷前后两侧留设保护煤柱，搬家倒面还会造成资源浪费。空巷充填方法充填工艺复杂，费时费料，且过空巷速度较慢。因此，上述三种传统的过空巷方法由于技术经济效益差或安全得不到保障， 都不能保证综采工作面快速安全通过空巷。
发明内容
本发明的任务在于解决现有技术中大采高综采工作面过空巷方法所存在的技术缺陷，提供一种大采高综采工作面小煤柱等压过空巷方法；该方法是一种基于有效消减工作面和空巷矿压显现的顶板控制技术，具有操作简捷、劳动强度低、空巷支护成本低及过空巷耗时短等特点。其技术解决方案是一种大采高综采工作面小煤柱等压过空巷方法，包括以下步骤a降低工作面采高综采工作面采高应在停采等压前平缓降低至空巷高度，用于减弱大采高综采工作面矿压显现，以确保工作面与空巷贯通时顺利接顶；b留设等压小煤柱上述综采工作面采高降低至空巷高度后，并推进至空巷前方一定距离时停采，在综采工作面与空巷之间的预留煤柱作为等压小煤柱，等压小煤柱的宽度设为W，W优选为 3 4m ；c工作面等压综采工作面在步骤b中的等压小煤柱处停采等压，等压时间设为T，T优选为4 12h，在等压时间内，采动引起的集中应力将会通过等压小煤柱剧烈变形以及空巷围岩适度变形的方式得到有效释放；d采煤机割透等压小煤柱进入空巷等压结束后，综采工作面继续推进，采煤机割透等压小煤柱后，工作面支架快速推移进入空巷，安全控顶。上述步骤a中，在综采工作面距空巷约30m时，开始平缓降低采高，由正常大采高降至空巷的高度。上述步骤d中，首先采取双向割煤直线进刀方式，当工作面局部位置出现异常大矿压时，采煤机优先割透特殊部位的煤柱。本发明提供了一种基于有效消减工作面和空巷矿压显现的顶板控制关键技术，即小煤柱等压技术。所谓小煤柱等压技术，就是当工作面推进至距空巷一定距离(等压小煤柱宽度)时，回采工作面主动停采一段时间(等压时间)，使得采动影响以等压小煤柱急剧变形和空巷围岩的适度变形的方式提前有效释放，采煤机切割小煤柱进入空巷过程中，工作面和空巷矿压显现微弱，杜绝了顶板发生灾变运动的可能性，实现了工作面安全快速通过空巷。本发明操作简捷、劳动强度低、空巷支护成本低、过空巷耗时短，是一种有效的过空巷技术，具有极大的应用前景。本发明的有益技术效果具体表现在一、通过降低大采高综采工作面的采高至较小的空巷高度，有效消减了采动对工作面和空巷矿压显现的影响程度，同时保证了工作面和空巷顶板的无落差对接；通过留设合理的等压小煤柱宽度和选择小煤柱等压时间，可以保证有害的采动影响主要通过等压小煤柱的显著变形破坏方式提前得到大部分释放；采用合理的采煤机割煤方式，可以保证等压完成后工作面支架快速推移进入空巷下方，实现安全控顶。二、空巷支护采用较简单有效的锚杆(索)支护方式能安全控顶，既避免了不等压时该支护方式不能承受采动影响而引发的空巷顶板切冒等顶板灾变运动，也避免了空巷内采用垛式支架或充填材料密实充填空巷控顶带来的巨大投入，又彻底解决了跳采搬家倒面过空巷固有的投入多、资源损失量大的弊端，实现了大采高综采工作面快速安全高效过空巷工程目标。实践证明，采用上述小煤柱等压过空巷技术过1条全长320m、宽5. ^!、高3. 8m的空巷，比垛式支架或充填材料充实充填过空巷技术，可节约投入500万元以上，节省工时 12h以上；比跳采搬家倒面过空巷技术可以节约投入1000万元以上，节约工时144h以上。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步说明图1为大采高综采工作面全长空巷及矿压观测测点布置平面图。图2为综采工作面降低采高示意图。图3为综采工作面停采时各空间相对关系图。图4为空巷顶板下沉量随时间理论变化曲线图。图5为某矿大采高综采工作面过空巷时实测小煤柱等压时间与顶底板移近量关系图。图6为双向割煤直线平行推进割煤方式示意图。
图7为优先割透特殊部位煤柱割煤方式示意图。图中1.大采高综采工作面，2.工作面前方第1条全长空巷，3.工作面前方第2条全长空巷，4.采空区，5.运输平巷，6.回风平巷，7.综采工作面内基本支架工作阻力测点， 8.空巷内顶底板移近量和顶板离层测点，9.煤层，10.工作面基本支架，11.直接顶，12.老顶，13.等压小煤柱，14.空巷间联络巷，15.采煤机，16.刮板运输机，17.工作面大矿压局部区域，hi.正常推进时综采工作面采高，h2.空巷高度，W.等压小煤柱宽度。
具体实施例方式结合图1至图7，一种大采高综采工作面小煤柱等压过空巷方法，包括以下步骤一、降低工作面采高为消减大采高综采工作面矿压显现，确保工作面与空巷贯通时顺利接顶，在回采工作面距空巷约30m时，开始平缓降低采高，至等压开始时由正常的大采高hi降至较小的空巷高度h2。二、留设等压小煤柱工作面降低采高推进至空巷前方一定距离时停采等压开始，该距离与等压小煤柱的宽度W相同。W过大时，煤柱有较大的弹性核区，等压时，煤柱不变形破坏或变形破坏很小，限制了上方顶板的有利运动，达不到顶板卸压效果；反之，W过小时，煤柱没有弹性核区，没有能力阻止顶板的有害运动，虽然达到了卸压效果，但可能会造成支架压死、空巷负帮大面积严重破坏并导致顶板突变性沉降或切落冒顶。因此，等压小煤柱宽度太宽和太窄均不利于空巷卸压。确定等压小煤柱宽度最有效的方法是通过现场矿压观测，当工作面和空巷内顶板下沉量和煤壁片落等宏观矿压显现开始急剧增加，此时工作面煤壁至空巷正帮的煤柱宽度即为合理的等压小煤柱宽度。等压小煤柱宽度优选为3 細。三、工作面等压工作面在等压小煤柱处停采等压，等压时间(T)内，采动引起的集中应力将会通过等压小煤柱剧烈变形以及空巷围岩适度变形的方式得到有效释放。工作面等压时间不宜过长，否则在较大的超前支承压力作用下，空巷上方顶板急剧下沉并破断冒落，空巷负帮大面积片帮，支架载荷急剧上升有可能超过其额定工作阻力，支架压死或压坏。工作面等压时间过短时，则空巷卸压不充分，采煤机切割等压小煤柱和支架进入空巷过程中，工作面和空巷围岩会产生切冒等顶板事故。同样，确定小煤柱等压时间最有效的方法是通过现场矿压
观测，当空巷围岩和等压小煤柱的矿压显现显著缓和时，标志等压结束。采用开尔文流变模
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型推导出空巷顶板下沉量与等压时间的关系为▽ = % 14 ，结合实测的空巷顶板下沉量
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知，支架进入空巷安全控顶时，约80%以上的顶板下沉量发生在等压4 12h以内。因此， 可根据实测的空巷顶底板移近量(一种矿压显现)曲线判断等压时间，当移近速度趋近于零时，标志等压结束，采煤机可以开始切割等压小煤柱。等压时间一般为4 12h。四、采煤机割透等压小煤柱进入空巷等压结束后，综采工作面继续推进，推进过程中，工作面支架阻力和空巷矿压显现增量轻微，等压小煤柱片帮严重。为使支架及早进入空巷安全控顶，一般采取工艺简单和耗时最短的双向割煤直线进刀方式，当工作面局部位置出现异常大矿压时，采煤机优先割透该部位的煤柱，工作面支架快速推移进入空巷。上述一、二、三、四步骤依次实施后，能有效杜绝了回采工作面过空巷时可能发生的顶板灾变运动，实现了采用小煤柱等压技术保证大采高综采工作面快速安全通过空巷的工程目标。对上述实施方式进一步说明如下(1)对大采高综采工作面1、空巷2和空巷3围岩运动规律的认识是防止围岩灾变运动的基础工作。如图1所示，回采工作面1过空巷2前首先布置矿压观测点。测点类型主要包括工作面基本支架工作阻力监测点7和空巷顶底板移近量和顶板离层监测点8。另外，当大采高综采工作面1推近空巷时，详细记录工作面1及空巷2和3的围岩宏观矿压显现。(2)如图2所示，为消减顶板矿压显现和保证工作面1与空巷2贯通时基本支架 10顺利进入空巷2挑顶。当综采工作面1推至距空巷2约30m时，开始平缓降低采高，由原大采高hi降至空巷高度h2。(3)如图3所示，确定等压小煤柱13宽度W最有效的方法可以通过现场矿压显现特征，尤其是工作面1内煤壁的片落情况确定。W较大时，割煤后大采高综采工作面1内煤壁较少片帮，顶板断裂发生的频率小，声响轻，W合适时，割煤后综采工作面1内煤壁大面积、 大深度片帮，顶板断裂发生的频率高，响声大。取等压小煤柱13的宽度W为3 細较好。(4)当空巷2围岩和等压小煤柱13的矿压显现显著缓和时可认为等压结束。工作面1停采等压时，绘制空巷2顶底板移近量曲线图，当移近速度趋近于零时，认为等压结束， 开始割煤。图5为某矿大采高综采工作面过空巷时空巷顶底板移近量变化曲线图。(5)等压结束后，为使支架10及早进入空巷2，一般采取双向割煤直线平行推进方式，如图6所示；当工作面局部位置17出现异常大矿压时，采煤机15优先割透特殊部位煤柱，如图7所示。(6)大采高综采工作面1推过空巷2后，按照上述(3)、⑷、(5)步骤实施，推过空巷3，之后，大采高综采工作面1采高逐步恢复至原大采高hi，恢复综采工作面1的正常生产。上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
权利要求
1.一种大采高综采工作面小煤柱等压过空巷方法，其特征在于包括以下步骤a降低工作面采高综采工作面采高应在停采等压前平缓降低至空巷高度，用于减弱大采高综采工作面矿压显现，以确保综采工作面与空巷贯通时顺利接顶；b留设等压小煤柱上述综采工作面采高降低至空巷高度后，并推进至空巷前方一定距离时停采，在综采工作面与空巷之间的预留煤柱作为等压小煤柱，等压小煤柱的宽度设为r，r为3 細； c工作面等压综采工作面在步骤b中的等压小煤柱处停采等压，等压时间为4 12h，在等压时间内， 采动引起的集中应力将会通过等压小煤柱剧烈变形以及空巷围岩适度变形的方式得到有效释放；d采煤机割透等压小煤柱进入空巷等压结束后，综采工作面继续推进，采煤机割透等压小煤柱后，工作面支架快速推移进入空巷，安全控顶。
2.根据权利要求1所述的大采高综采工作面小煤柱等压过空巷方法，其特征在于所述步骤a中，在综采工作面距空巷约30m时，开始平缓降低采高，由正常的大采高降至空巷的高度。
3.根据权利要求1所述的大采高综采工作面小煤柱等压过空巷方法，其特征在于所述步骤d中，首先采取双向割煤直线进刀方式，当工作面局部位置出现异常大矿压时，采煤机优先割透特殊部位的煤柱。
全文摘要
本发明公开一种大采高综采工作面小煤柱等压过空巷方法，包括如下步骤降低工作面采高，综采工作面采高应在停采等压前平缓降低至空巷高度；留设等压小煤柱，综采工作面推进至空巷前方一定距离时停采，在综采工作面与空巷之间的预留煤柱作为等压小煤柱；工作面等压，综采工作面在等压小煤柱处停采等压；等压结束后，综采工作面继续推进，采煤机割透等压小煤柱后，工作面支架快速推移进入空巷，安全控顶。本发明操作简捷、劳动强度低、空巷支护成本低、过空巷耗时短，是一种有效的过空巷技术，具有极大的应用前景。
文档编号E21C41/16GK102322261SQ20111014637
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月1日 优先权日2011年6月1日
发明者吴士良, 宋立兵, 杜科科, 潘金, 董尹庚, 赵永峰, 韩伟 申请人:山东科技大学