煤层开采避开动压影响的沿空留巷方法
【专利摘要】煤层开采避开动压影响的沿空留巷方法，包括以下步骤：对煤层进行划分开采区，并将开采区划分若干个区段；第一区段回风平巷和第一区段运输平巷的前端进行开切眼作业，对开切眼向前进行开采作业形成工作面，开采后的工作面后方形成采空区；在采空区内距离工作面后方 L 米的位置，从此位置开始对第一区段运输平巷重新进行返修，在这小于L米范围即为沿空留巷临时支护段，该段采用钢架临时支护结构，并辅以单体柱加强支护。本发明降低了留巷成本、减低了留巷的难度，并且留巷工作与工作面间隔一定距离，施工互不影响，返修后的巷道和隔离带再次使用前不再经受大的动压影响，巷道更加稳固，维护容易。
【专利说明】煤层开采避开动压影响的沿空留巷方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿安全生产【技术领域】，具体涉及一种煤层开采避开动压影响的沿空留巷方法。
【背景技术】
[0002]沿空留巷技术在我国煤矿开采中是一种较为成熟技术，其基本原理是把采煤工作面两端的一条巷道在开采过程中维护住而不废弃，巷道和采空区之间人为构筑隔离带，隔离带一般在工作面后方开始构筑，主要有固体物堆砌和膏体充填式两种方式，留下的巷道为相邻区段服务，因此实现了区段间的无煤柱护巷，提高了煤炭资源回收率，降低矿井掘进率，缓解采掘接替紧张，并且可以实现工作面Y型通风，解决了隅角瓦斯积聚，对预抽煤层瓦斯，降低工作面温度，改善作业环境等也有益处。
[0003]但是，沿空留巷需要经历多次采动应力作用，尤其是第一个工作面回采后，沿空留巷位于采空区边缘，上覆岩层的垮落、下沉会对巷道两帮(人工隔离墙和煤体)产生巨大影响，导致巷道围岩变形量大，维护十分困难。虽然近年来，我国的沿空留巷技术在一些矿区逐渐推广应用，巷旁充填及巷道支护技术也有了巨大发展，但由于采空区边缘顶板下沉运动的趋势仍然没有改变，在大多数应用的矿井中，沿空留巷在采空区后方变形量仍然很大，在下一个工作面使用时，重新维修的工作量和难度也很大。
[0004]沿空留巷(gob-side entry retaining)煤矿在开采作业时,开采面两侧各有一条巷道构成完善的生产系统，这两条巷道分别称为运输平巷和回风平巷。采用一定的技术手段将上一区段的平巷重新支护留给下一个区段(相邻的)使用。这种留巷的做法是沿着采空区边缘在原平巷位置保留就称为沿空留巷。沿空留巷可以最大限度回收资源，避免煤体损失，但由于留下的巷道要经受采空区动压影响，往往变形较大，维护较为困难。
[0005]动压的具体解释为:因煤层开挖引起采空区周围应力升高，由于应力升高大小和范围往往随采空工作面的位置改变而发生变化，所以又称采动支承压力。
[0006]目前，国内很多煤矿也一致对巷道局部变形较为严重的地段进行了针对性的修复，但巷道始终处于一种被动修复状态，修复后的巷道仍出现变形，造成了工字钢的反复投入，投入了大量的材料及人工费用，同时修棚的安全管理难度也增大。
【发明内容】
[0007]本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种便于操作、工程量小、巷道维修彻底、安全可靠、不影响采掘作业的的煤层开采避开动压影响的沿空留巷方法。
[0008]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:煤层开采避开动压影响的沿空留巷方法，包括以下步骤:
1)、对煤层进行划分开采区，并将开采区划分若干个区段，在开采区内布置为各个区段服务的准备巷道，准备巷道后侧的最左边为第一区段，第一区段右侧为第二区段，第二区段右侧为第三区段，依次类推，准备巷道后侧最右边为第N区段； 2)、第一区段左侧开设有与准备巷道垂直并连通的第一区段回风平巷，第一区段和第二区段之间开设有与准备巷道垂直并连通的第一区段运输平巷，第二区段和第三区段之间开设有与准备巷道垂直并连通的第二区段运输平巷，第三区段和第四区段之间开设有与准备巷道垂直并连通的第三区段运输平巷，依次类推，第N-1区段和第N区段之间开设有与准备巷道垂直并连通的第N-1区段运输平巷；
3)、第一区段回风平巷和第一区段运输平巷的前端进行开切眼作业，对开切眼向前进行开采作业形成工作面，工作面即为采煤场所，开采后的工作面后方形成采空区；
4)、在采空区内距离工作面后方L米的位置，从此位置开始对第一区段运输平巷重新进行返修，该范围内的第一区段运输平巷即为沿空留巷返修段，沿空留巷返修段的上覆岩层已经垮落稳定，动压活动已结束，把第一区段运输平巷断面扩大，对煤壁进行加固，在第一区段运输平巷靠近采空区一侧构筑隔离带，第一区段运输平巷的支护方式使用钢架、使用锚固或锚固加注浆的加固方式，隔离带采用固体堆砌、膏体充填或者简单封闭后向采空区充填注浆形成一定宽度的隔离带；对于埋藏浅、产量不大、煤层不存在发火危险、顶厚而松软、垮落充分的工作面，对采空区一侧的背帮密实辅以喷浆即可可；由于在距离工作面后方L米的第一区段运输平巷要经受上覆岩层垮落、下沉运动的动压影响，变形较大，在这小于L米范围即为沿空留巷临时支护段，该段采用钢架临时支护结构，并辅以单体柱加强支护，以适应顶板运动所带来的第一区段运输平巷大变形；
5)、随着工作面的向前掘进，将工作面后方L米的位置的临时支护结构及单体柱支护拆除，对该段的第一区段回风平巷进行返修，返修方式同步骤4)，同时对距离工作面后方L米的第一区段运输平巷的范围内进行临时支护，支护方式与步骤4)中的临时支护方式相同，按此步骤直到第一区段采煤结束；
6)、对第二区段进行开采作业，返修及临时支护方式与第一区段相同，依次类推，直到第N区段的煤层开采完毕。
[0009]对采空区处的第一区段运输平巷重新进行返修和支护之前，即在步骤4)之前，将第一区段运输平巷与开采区后方的边界准备巷道连通，边界准备巷道与准备巷道平行布置；若煤矿没有边界准备巷道，提前将第二区段的开切眼和右侧的第二区段运输平巷掘好，通过第二区段的开切眼和第二区段运输平巷向第一区段运输平巷的沿空留巷返修段进出人员和设备。
[0010]采用上述技术方案，避开动压影响的沿空留巷，其中避开动压影响就是在工作面后方一定距离，上覆岩层垮落、下沉运动基本趋于稳定后，通过对巷道进行扩刷修复后，必要时砌筑隔离墙，并及时进行支护，这样二次支护的巷道就避开了动压的影响。
[0011]工作面后方一定距离L，这个距离的确定是根据对巷道变形和矿压影响的基础上，确定修复的最佳距离和返修方案。
[0012]对于从工作面后方至二次修复(返修)之间的巷道，需要采用临时支护方式，此种支护方式要成本低并能够适应大变形，一般采用矿用钢架进行支护，并辅以加强支护，加强支护可以用单体柱、密集柱或移动式加强支护支架等方式。
[0013]巷道进行扩容修复(返修),就是在巷道避开动压影响后，进行卧底、扩帮，使巷道断面能够达到使用要求。巷道的采空区侧可以使用固体堆砌、膏体充填等方式，或者向采空区侧注浆，加固采空区侧破碎的岩块做为隔离。巷道支护方式可以仍然使用钢架支护，也可以使用锚固支护方式。如果工作面产量小、推进速度慢，煤层无自然发火倾向，可以直接使用钢架支护，在采空区侧背板密实并辅以巷道喷浆，可以不用再人为构筑隔离带。
[0014]本发明提出避开动压影响的软煤层沿空留巷道的方法进行研究与开发。本发明的基本构思是:在软煤层中进行沿空留巷，由于围岩极不稳定，导致巷道的支护非常困难，特别在受到采动的影响下，巷道支护后不久就会发生很大的变形，对于这样的沿空留巷的维修将会带来巨大困难，不合理的维修时机将会导致事半功倍，因此，确定合理的维修时机，避免了巷道的反复修复，避开动压的影响是势在必行。本发明要实现的目标是:避开动压影响到沿空留巷、减少巷道的变形，减小维修工作，增加巷道的使用寿命。
[0015]避开动压影响的巷道支护是本申请的关键技术之一。首先要保证在不受到工作面采动影响，就不会出现了工字钢支架棚梁弯曲、棚腿蹬出、梁腿脱口等现象，也不会影响运输及行人安全。本发明提出在巷道不受动压影响的情况下对巷道进行扩刷修复，即在工作面回采后对不受动压影响巷道进行修复，使修复巷道出现最小的变形，达到控制围岩稳定的目的，减少巷道的反复修复，从而保证巷道的运输及行人安全。
[0016]与传统沿空留巷方法相比，避开动压沿空留巷技术成本低、劳动效率高、巷道维护效果好、现场施工方便、与采面工序互不干扰、对人工构筑隔离墙的强度等参数要求较低，因而，此项技术在煤层自然发火倾向不高的中深及以浅矿井具有推广价值。
[0017]本发明中沿空留巷在工作面采煤过程中，第一区段运输平巷不废弃，采取措施留下来做为第二区段的回风平巷使用，同样，第二区段采煤完成后，第二区段运输平巷采取措施留下来做为第三区段的回风平巷使用，第N-1区段采煤完成后，第N-1区段运输平巷采取措施留下来做为第N区段的回风平巷使用。
[0018]本发明中沿空留巷临时支护段采用钢架及单体柱进行支护，是由于钢架等临时支护方式成本低，架设方便，并且能够重复利用，所以成本低、劳动量小。
[0019]沿空留巷返修段的巷道已经避开上覆岩层垮落的采动压力，因此对人工隔离带及巷道的支护强度要求均有所降低，施工工艺简单，成本低。
[0020]若煤层瓦斯含量大，工作面推进速度快，需要沿空留巷返修段和沿空留巷临时支护段承担主要进风功能时，由于沿空留巷临时支护段变形较大，巷道断面变小，可能会影响通风，此时所述的避开动压沿空留巷方法将不在适用。
[0021]本发明由于具有上述优点，所以近年来应用越来越广泛，但由于其经受多次动压影响，对人工隔离带强度和支护时间有较高要求，造成留巷成本高，并且很难避免巷道在采空区动压影响下不出现大的变形，第二区段使用时仍需要进行大工程量的返修，又进一步增加了成本和工程量。本发明的成果可以先利用临时支护的方式避开动压影响，然后对巷道进行返修，降低了留巷成本、减低了留巷的难度，并且留巷工作与工作面间隔一定距离，施工互不影响，返修后的巷道和隔离带再次使用前不再经受大的动压影响，巷道更加稳固，维护容易。因此，本发明在全国煤矿具有较高的推广价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的的结构示意图；
图2是图1中A处的放大图。
【具体实施方式】
[0023]如图1和图2所示，本发明的煤层开采避开动压影响的沿空留巷方法，包括以下步骤:
1)、对煤层进行划分开采区，并将开采区划分若干个区段，在开采区内布置为各个区段服务的准备巷道1，准备巷道1后侧的最左边为第一区段2，第一区段2右侧为第二区段3，第二区段3右侧为第三区段4，依次类推，准备巷道1后侧最右边为第N区段；
2)、第一区段2左侧开设有与准备巷道1垂直并连通的第一区段回风平巷5，第一区段2和第二区段3之间开设有与准备巷道1垂直并连通的第一区段运输平巷6，第二区段3和第三区段4之间开设有与准备巷道1垂直并连通的第二区段运输平巷7，第三区段4和第四区段之间开设有与准备巷道1垂直并连通的第三区段运输平巷，依次类推，第N-1区段和第N区段之间开设有与准备巷道1垂直并连通的第N-1区段运输平巷；
3)、第一区段回风平巷5和第一区段运输平巷6的前端进行开切眼作业，对开切眼8向前进行开采作业形成工作面9，工作面9即为采煤场所，开采后的工作面9后方形成采空区10 ；
4)、在采空区10内距离工作面9后方L米的位置，从此位置开始对第一区段运输平巷6重新进行返修，该范围内的第一区段运输平巷6即为沿空留巷返修段12，沿空留巷返修段12的上覆岩层已经垮落稳定，动压活动已结束，把第一区段运输平巷6断面扩大，对煤壁进行加固，在第一区段运输平巷6靠近采空区10 —侧构筑隔离带11，第一区段运输平巷6的支护方式使用钢架、使用锚固或锚固加注浆的加固方式，隔离带11采用固体堆砌、膏体充填或者简单封闭后向采空区10充填注浆形成一定宽度的隔离带11 ;对于埋藏浅、产量不大、煤层不存在发火危险、顶厚而松软、垮落充分的工作面9，可以对采空区10—侧的背帮密实辅以喷浆即可；由于在距离工作面9后方L米的第一区段运输平巷6要经受上覆岩层垮落、下沉运动的动压影响，变形较大，在这小于L米范围即为沿空留巷临时支护段13，该段采用钢架临时支护结构14，并辅以单体柱15加强支护，以适应顶板运动所带来的第一区段运输平巷6大变形；
5)、随着工作面9的向前掘进，将工作面9后方L米的位置的临时支护结构及单体柱支护拆除，对该段的第一区段回风平巷5进行返修，返修方式同步骤4)，同时对距离工作面9后方L米的第一区段运输平巷6的范围内进行临时支护，支护方式与步骤4)中的临时支护方式相同，按此步骤直到第一区段2采煤结束；
6)、对第二区段3进行开采作业，返修及临时支护方式与第一区段2相同，依次类推，直到第N区段的煤层开采完毕。
[0024]对采空区10处的第一区段运输平巷6重新进行返修和支护之前，即在步骤4)之前，将第一区段运输平巷6与开采区后方的边界准备巷道16连通，边界准备巷道16与准备巷道1平行布置；若煤矿没有边界准备巷道16，提前将第二区段3的开切眼8和右侧的第二区段运输平巷7掘好，通过第二区段3的开切眼8和第二区段运输平巷7向第一区段运输平巷6的沿空留巷返修段12进出人员和设备。
[0025]避开动压影响的沿空留巷，其中避开动压影响就是在工作面9后方一定距离，上覆岩层垮落、下沉运动基本趋于稳定后，通过对巷道进行扩刷修复后，必要时砌筑隔离墙，并及时进行支护，这样二次支护的巷道就避开了动压的影响。
[0026]工作面9后方一定距离L，这个距离的确定是根据对巷道变形和矿压影响的基础上，确定修复的最佳距离和返修方案。
[0027]对于从工作面9后方至二次修复(返修)之间的巷道，需要采用临时支护方式，此种支护方式要成本低并能够适应大变形，一般采用矿用钢架进行支护，并辅以加强支护，加强支护可以用单体柱、密集柱或移动式加强支护支架等方式。
[0028]巷道进行扩容修复(返修),就是在巷道避开动压影响后，进行卧底、扩帮，使巷道断面能够达到使用要求。巷道的采空区10侧可以使用固体堆砌、膏体充填等方式，或者向采空区10侧注浆，加固采空区10侧破碎的岩块做为隔离。巷道支护方式可以仍然使用钢架支护，也可以使用锚固支护方式。如果工作面9产量小、推进速度慢，煤层无自然发火倾向，可以直接使用钢架支护，在采空区10侧背板密实并辅以巷道喷浆，可以不用再人为构筑隔离带11。
[0029]本发明提出避开动压影响的软煤层沿空留巷道的方法进行研究与开发。本发明的基本构思是:在软煤层中进行沿空留巷，由于围岩极不稳定，导致巷道的支护非常困难，特别在受到采动的影响下，巷道支护后不久就会发生很大的变形，对于这样的沿空留巷的维修将会带来巨大困难，不合理的维修时机将会导致事半功倍，因此，确定合理的维修时机，避免了巷道的反复修复，避开动压的影响是势在必行。本发明要实现的目标是:避开动压影响到沿空留巷、减少巷道的变形，减小维修工作，增加巷道的使用寿命。
[0030]避开动压影响的巷道支护是本申请的关键技术之一。首先要保证在不受到工作面9采动影响，就不会出现了工字钢支架棚梁弯曲、棚腿蹬出、梁腿脱口等现象，也不会影响运输及行人安全。本发明提出在巷道不受动压影响的情况下对巷道进行扩刷修复，即在工作面9回采后对不受动压影响巷道进行修复，使修复巷道出现最小的变形，达到控制围岩稳定的目的，减少巷道的反复修复，从而保证巷道的运输及行人安全。
[0031]与传统沿空留巷方法相比，避开动压沿空留巷技术成本低、劳动效率高、巷道维护效果好、现场施工方便、与采面工序互不干扰、对人工构筑隔离墙的强度等参数要求较低，因而，此项技术在煤层自然发火倾向不高的中深及以浅矿井具有推广价值。
[0032]本发明中沿空留巷在工作面9采煤过程中，第一区段运输平巷6不废弃，采取措施留下来做为第二区段3的回风平巷使用，同样，第二区段3采煤完成后，第二区段运输平巷7采取措施留下来做为第三区段4的回风平巷使用，第N-1区段采煤完成后，第N-1区段运输平巷采取措施留下来做为第N区段的回风平巷使用。
[0033]本发明中沿空留巷临时支护段13采用钢架及单体柱进行支护，是由于钢架等临时支护方式成本低，架设方便，并且能够重复利用，所以成本低、劳动量小。
[0034]沿空留巷返修段12的巷道已经避开上覆岩层垮落的采动压力，因此对人工隔离带11及巷道的支护强度要求均有所降低，施工工艺简单，成本低。
[0035]若煤层瓦斯含量大，工作面9推进速度快，需要沿空留巷返修段12和沿空留巷临时支护段13承担主要进风功能时，由于沿空留巷临时支护段13变形较大，巷道断面变小，可能会影响通风，此时所述的避开动压沿空留巷方法将不在适用。
[0036]以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例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:依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.煤层开采避开动压影响的沿空留巷方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)、对煤层进行划分开采区，并将开采区划分若干个区段，在开采区内布置为各个区段服务的准备巷道，准备巷道后侧的最左边为第一区段，第一区段右侧为第二区段，第二区段右侧为第三区段，依次类推，准备巷道后侧最右边为第N区段； 2)、第一区段左侧开设有与准备巷道垂直并连通的第一区段回风平巷，第一区段和第二区段之间开设有与准备巷道垂直并连通的第一区段运输平巷，第二区段和第三区段之间开设有与准备巷道垂直并连通的第二区段运输平巷，第三区段和第四区段之间开设有与准备巷道垂直并连通的第三区段运输平巷，依次类推，第N-1区段和第N区段之间开设有与准备巷道垂直并连通的第N-1区段运输平巷； 3)、第一区段回风平巷和第一区段运输平巷的前端进行开切眼作业，对开切眼向前进行开采作业形成工作面，工作面即为采煤场所，开采后的工作面后方形成采空区； 4)、在采空区内距离工作面后方L米的位置，从此位置开始对第一区段运输平巷重新进行返修，该范围内的第一区段运输平巷即为沿空留巷返修段，沿空留巷返修段的上覆岩层已经垮落稳定，动压活动已结束，把第一区段运输平巷断面扩大，对煤壁进行加固，在第一区段运输平巷靠近采空区一侧构筑隔离带，第一区段运输平巷的支护方式使用钢架、使用锚固或锚固加注浆的加固方式，隔离带采用固体堆砌、膏体充填或者简单封闭后向采空区充填注浆形成一定宽度的隔离带；对于埋藏浅、产量不大、煤层不存在发火危险、顶厚而松软、垮落充分的工作面，对采空区一侧的背帮密实辅以喷浆即可可；由于在距离工作面后方L米的第一区段运输平巷要经受上覆岩层垮落、下沉运动的动压影响，变形较大，在这小于L米范围即为沿空留巷临时支护段，该段采用钢架临时支护结构，并辅以单体柱加强支护，以适应顶板运动所带来的第一区段运输平巷大变形； 5)、随着工作面的向前掘进，将工作面后方L米的位置的临时支护结构及单体柱支护拆除，对该段的第一区段回风平巷进行返修，返修方式同步骤4)，同时对距离工作面后方L米的第一区段运输平巷的范围内进行临时支护，支护方式与步骤4)中的临时支护方式相同，按此步骤直到第一区段采煤结束； 6)、对第二区段进行开采作业，返修及临时支护方式与第一区段相同，依次类推，直到第N区段的煤层开采完毕。
2.根据权利要求1所述的煤层开采避开动压影响的沿空留巷方法，其特征在于:对采空区处的第一区段运输平巷重新进行返修和支护之前，即在步骤4)之前，将第一区段运输平巷与开采区后方的边界准备巷道连通，边界准备巷道与准备巷道平行布置；若煤矿没有边界准备巷道，提前将第二区段的开切眼和右侧的第二区段运输平巷掘好，通过第二区段的开切眼和第二区段运输平巷向第一区段运输平巷的沿空留巷返修段进出人员和设备。
【文档编号】E21D11/00GK104500071SQ201410774360
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】袁瑞甫, 李春杰, 乔卿付, 杨明, 刘银先 申请人:河南理工大学