一种大倾角煤层复合灾害小煤柱沿空掘巷防控方法与流程

本发明实施例涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种大倾角煤层复合灾害小煤柱沿空掘巷防控方法。

背景技术：

目前，随着煤矿开采工艺的不断变化和开采规模的不断扩大，随之带来的自然灾害也越来越多，部分煤矿在小煤柱沿空掘巷中存在冲击地压、火、瓦斯或水等灾害的一种，针对存在的灾害制定了相应防控技术措施，并应予以现场实施。但对于冲击地压、火、瓦斯、水等灾害并存的大倾角煤层小煤柱沿空掘巷没有开展有效的复合灾害防控技术研究，对掘进和回采过程中带来了较大灾害防治困难和安全隐患，严重制约煤矿安全生产，并且对小煤柱沿空掘巷施工带来较大安全隐患，同时沿空巷施工效率较低。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种大倾角煤层复合灾害小煤柱沿空掘巷防控方法，以解决现有技术中大倾角小煤柱沿空巷安全高效掘进问题，同时实现了大倾角小煤柱沿空掘巷中冲击地压、火、瓦斯、水等并存灾害的协同防控和治理。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例，提供了一种大倾角煤层复合灾害小煤柱沿空掘巷防控方法，其技术方案要点包括以下施工步骤：

s1：确定掘进巷道位置；

s2：形成“上底下顶”巷道布置形式；

s3：冲击地压防控，根据工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价，从工作面煤岩结构、地质构造等因素单独求出应力分布曲线，对各个影响因素下的应力进行叠加，最后根据冲击地压危险性的多因素耦合评价危险程度划分轨道顺槽是强冲击危险区；

s4：加强通防技术管理，由于煤层为倾斜煤层，工作面开采结束后，上覆顶板载荷向深部进行转移，临近采空区煤体处于塑性变形区域，均较为疏松，煤体裂隙大，进而形成了瓦斯的渗透通道以及漏风通道；

s5：水害防治。

进一步地，所述s1中包括以下施工步骤：

a1：现场实测研究采空区上覆岩层运动情况；

a2：计算出采空区侧向支撑压力并建立采空区煤体侧向支承压力分布曲线，依据煤体中的垂直应力大于煤体单轴抗压强度的2.0倍确定强冲击危险判断线，进而确定距采空区强冲击危险区范围，在此范围内不能布置采掘工程，根据理论计算结果得出合理的沿空巷道位置应布置在采空区侧向低应力区内。

进一步地，所述s2中包括以下施工步骤：

b1：在确定回采巷道平面布置位置的情况下，将顺槽施工层位与灾害防控、回采工艺、煤层倾角等充分结合，相邻上个回采工作面皮带顺槽布置在煤层顶板，采取下帮沿煤层顶板、上帮留顶煤方式掘进；

b2：下阶段回采工作面相邻轨道顺槽布置在煤层底板中，按照上帮破底、下帮沿煤层底板掘进。

进一步地，所述s3中包括以下施工步骤：

c1：强卸压，受留设小煤柱后，巷道布置在应力较低区域，同时，将底板布置在岩层中；

c2：强监测，在对掘进工作面保证卸压质量、强度的同时，利用煤矿冲击地压无线监测系统对工作面冲击地压危险程度进行实时监测，综合利用地音监测、锚杆索载荷监测以及围岩应力变化情况监测，多种参量耦合进行预警，综合判断冲击地压危险程度，当工作面发生冲击地压预警时，立即停止掘进对工作面进行卸压，并结合钻屑法检测结果判断冲击地压危险是否解除，根据检测、监测结果判定是否掘进或继续卸压；

c3：强支护，采用锚杆支护，锚杆具有较高的锚固力，使锚固后小煤柱具有一定承载能力，与实体煤帮共同承载，又有利于小煤柱自身稳定，根据各煤层顶底板岩性不同，使用大功率掘进机械，选用超前机载临时支护装置，针对冲击类型表现形式，锚杆螺母下设置减摩垫圈和球形垫圈及托盘下加装金属垫板，重点加强顶板、两帮肩部支护，局部顶板破碎、下沉地段、地质构造等区域采用加密锚索、架棚等复合支护。

进一步地，所述c1中包括以下施工步骤：

c1-1：在“上顶下底”巷道布置情况下，仅需对沿空巷迎头及回采侧进行局部卸压，工作面迎头施工卸压钻孔，当钻孔施工期间动力现象明显时，继续施工至动力现象消除。

进一步地，所述钻孔长度为22m～27m，且不少于2组。

进一步地，在迎头后方50m范围巷道下帮加补一个大孔径卸压钻孔。

进一步地，所述s4中包括以下施工步骤：

d1：掘进期间安装使用局部通风机“双风机双电源”和“三专两闭锁”，实现对准备工作面沿空巷独头长距离稳定通风增压，同时，工作面采空区在两顺槽密闭外留设管路引至矿井总回风巷而形成负压，配合风门、调节风窗等通风设施和管理技术手段实现工作面采空区均压，加之瓦斯相对较轻，老空区内瓦斯也会漂移到上部，切眼贯通后，工作面及时调整采用下行通风；

d2：防治自然发火，随工作面掘进及时连接铺设两路防灭火注浆、注氮管路形成防灭火系统，使用防灭火注浆装置超前对隐患点压注防灭火材料，如发现密闭负压或自然发火安全隐患时，及时通过密闭外预留措施管或打设钻孔采取注氮注浆措施；

d3：安全监测监控，对工作面封闭区域内外气体、温度、压差等进行监测，随时掌握其变化情况，掘进期间，在准备工作面沿空巷分别安设甲烷传感器，设置报警浓度、断电浓度和复电浓度，安设co传感器报警浓度≥24ppm，并在迎头及回风设置瓦斯检查点，每班3次检查瓦斯、co2、co、o2、温度等，及时掌握各气体及温度变化情况。

进一步地，所述s5中包括以下施工步骤：

e1：利用理论分析、现场观测的手段，通过工作面采空区巷道底板标高对比、顶板覆岩岩性及含水情况分析出采空区积水位置、积水量及与沿空掘巷对比关系等积水参数；

e2：运用钻孔放射法与圈定法相结合的探水方法，得到沿空掘巷邻近采空区水量分布特征，对采空区大面积积水超前进行探放，选用合理的钻孔施工地点、孔径、间距、施工量等参数，并开展连续现场观测分析。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例提供的一种大倾角煤层复合灾害小煤柱沿空掘巷防控方法，有效的解决了煤矿具有冲击地压、火、瓦斯、水等灾害并存的大倾角小煤柱沿空掘巷灾害防控和安全掘进问题，该发明使复合灾害得到有效协同治理，为奠定矿井生产安全保障，同时提高沿空掘巷掘进工作效率，也有效的避免了因留设大煤柱导致的煤炭资源浪费，提高了矿井煤炭资源回收率，并对下覆煤层开采提供了有利条件，其安全和经济效益可观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种大倾角煤层复合灾害小煤柱沿空掘巷防控方法中巷道布置形式的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种大倾角煤层复合灾害小煤柱沿空掘巷防控方法中卸压钻孔的示意图。

图中：1、顶板；2、底板；3、相邻上个回采工作面皮带顺槽；4、下阶段回采工作面相邻轨道顺槽；5、回采侧。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

一种大倾角煤层复合灾害小煤柱沿空掘巷防控方法，如图1和图2所示，包括以下施工步骤：

s1：确定掘进巷道位置；

s2：形成“上底下顶”巷道布置形式；

s3：冲击地压防控；

根据工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价，从工作面煤岩结构、地质构造等因素单独求出应力分布曲线，对各个影响因素下的应力进行叠加，最后根据冲击地压危险性的多因素耦合评价危险程度划分轨道顺槽是强冲击危险区；

s4：加强通防技术管理；

留设小煤柱对于瓦斯灾害治理难度相对较大。由于煤层为倾斜煤层，工作面开采结束后，上覆顶板1载荷向深部进行转移，临近采空区煤体处于塑性变形区域，均较为疏松，煤体裂隙大，进而形成了瓦斯的渗透通道以及漏风通道；

s5：水害防治。

其中，s1中包括以下施工步骤：

a1：现场实测研究采空区上覆岩层运动情况；

a2：通过建立倾斜煤层采空区侧向支承压力计算理论模型，计算出采空区侧向支撑压力并建立采空区煤体侧向支承压力分布曲线，依据煤体中的垂直应力大于煤体单轴抗压强度的2.0倍确定强冲击危险判断线，进而确定距采空区强冲击危险区范围，在此范围内不能布置采掘工程，根据理论计算结果得出合理的沿空巷道位置应布置在采空区侧向低应力区内。

回采巷道沿空侧受临近工作面采空区侧向支撑压力影响，围岩变形会较为严重。掘进巷道形成后，掘进活动对临近采空区上覆岩层进行二次扰动，采空区顶板1继续回转，造成采空区侧向支撑压力向煤层深部倾向方向转移，转移过程中导致临近工作面回采准备巷道顶板1下沉、两帮位移、底板2鼓起等现象较为明显，尤其倾斜厚煤层，较水平煤层等尤为明显，因此，s2中还包括以下施工步骤：

b1：在确定回采巷道平面布置位置的情况下，将顺槽施工层位与灾害防控、回采工艺、煤层倾角等充分结合，相邻上个回采工作面皮带顺槽3布置在煤层顶板1，采取下帮沿煤层顶板1、上帮留顶煤方式掘进；

b2：下阶段回采工作面相邻轨道顺槽4布置在煤层底板2中，按照上帮破底、下帮沿煤层底板2掘进。

s3中包括以下施工步骤：

c1：强卸压，受留设小煤柱后，巷道布置在应力较低区域，同时，将底板2布置在岩层中；

这样，对冲击地压灾害治理起到了积极作用，同时，将底板2布置在岩层中，避免了底煤应力集中发生冲击事故的可能。

c1-1：在“上顶下底”巷道布置情况下，仅需对沿空巷迎头及回采侧5进行局部卸压，工作面迎头施工卸压钻孔，钻孔长度范围在22m～27m之间且不少于2组。当钻孔施工期间动力现象明显时，继续施工至动力现象消除。

每掘进15m为一个卸压循环，保证迎头卸压保护带长度不小于10m。下帮部钻孔间距3m，孔深15m，垂直于巷帮沿煤层倾角施工。

为充分加强工作面卸压效果，随掘进在迎头后方50m范围巷道下帮加补一个大孔径卸压钻孔。

c2：强监测，在对掘进工作面保证卸压质量、强度的同时，利用煤矿冲击地压无线监测系统对工作面冲击地压危险程度进行实时监测，综合利用地音监测、锚杆索载荷监测以及围岩应力变化情况监测，多种参量耦合进行预警，综合判断冲击地压危险程度，当工作面发生冲击地压预警时，立即停止掘进对工作面进行卸压，并结合钻屑法检测结果判断冲击地压危险是否解除，根据检测、监测结果判定是否掘进或继续卸压；

c3：强支护，采用锚杆支护，锚杆具有较高的锚固力，使锚固后小煤柱具有一定承载能力，与实体煤帮共同承载，又有利于小煤柱自身稳定，根据各煤层顶底板2岩性不同，使用大功率掘进机械，选用超前机载临时支护装置。

其中，顶板1采用φ22×2200mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为800×800mm；帮部采用φ22×2200mm的全螺纹钢锚杆，间排距为800×800mm。顶板1布置3排φ22×7300mm锚索，锚索间排距2100×1600mm，并在右顶加密使排距为800mm。顶板1选用gdⅱ280/3“w”型钢带、两帮选用φ10mm钢筋焊接钢筋梯加强支护。

针对冲击类型表现形式，锚杆螺母下设置减摩垫圈和球形垫圈及托盘下加装金属垫板，重点加强顶板1、两帮肩部支护，局部顶板1破碎、下沉地段、地质构造等区域采用加密锚索、架棚等复合支护。

临近工作面老采空区内积存大量瓦斯，在准备工作面沿空巷掘进期间，如因压力显现出现煤柱压疏、裂隙、施工的锚杆钻孔周边、疏放水钻孔周边及遇断层变化等情况时，均容易导致准备工作面沿空巷与临近工作面老采空区形成漏风通道，会造成瓦斯超限，可能引发瓦斯事故，因此，s4中包括以下施工步骤：

d1：掘进期间安装使用局部通风机“双风机双电源”和“三专两闭锁”，实现对准备工作面沿空巷独头长距离稳定通风增压，同时，工作面采空区在两顺槽密闭外留设管路引至矿井总回风巷而形成负压，配合风门、调节风窗等通风设施和管理技术手段实现工作面采空区均压，加之瓦斯相对较轻，老空区内瓦斯也会漂移到上部，切眼贯通后，工作面及时调整采用下行通风；

d2：防治自然发火，采空区侧向支撑压力与掘进支撑压力叠加作用在小煤柱段，使区段小煤柱变形、位移等现象将较为严重。漏风通道为采空区内遗煤及松散煤柱煤体氧化自燃提供了良好的供氧环境，且散热条件差，为煤自燃提供了较好的蓄热环境，易出现自然发火。“上顶下底”的巷道布置方式，增大采空区巷道底板2与准备工作面沿空巷的高差,从源头减少小煤柱松散煤体及供氧条件。掘进期间巷道开口50m范围内随工作面掘进对沿空侧煤柱及巷道顶板1进行喷浆处理，针对煤柱压裂、破碎区域、断层区域、渗水区域及前后10m范围内煤柱进行喷浆处理，厚度均不低于200mm。

随工作面掘进及时连接铺设两路防灭火注浆、注氮管路形成防灭火系统，使用防灭火注浆装置超前对隐患点压注防灭火材料，如发现密闭负压或自然发火安全隐患时，及时通过密闭外预留措施管或打设钻孔采取注氮注浆措施；

d3：安全监测监控，对工作面封闭区域内外气体、温度、压差等进行监测，随时掌握其变化情况，掘进期间，在准备工作面沿空巷分别安设甲烷传感器，设置报警浓度、断电浓度和复电浓度，安设co传感器报警浓度≥24ppm，并在迎头及回风设置瓦斯检查点，每班3次检查瓦斯、co2、co、o2、温度等，及时掌握各气体及温度变化情况。

s5中包括以下施工步骤：

e1：利用理论分析、现场观测的手段，通过工作面采空区巷道底板2标高对比、顶板1覆岩岩性及含水情况分析出采空区积水位置、积水量及与沿空掘巷对比关系等积水参数；

e2：运用钻孔放射法与圈定法相结合的探水方法，得到沿空掘巷邻近采空区水量分布特征，对采空区大面积积水超前进行探放，选用合理的钻孔施工地点、孔径、间距、施工量等参数，并开展连续现场观测分析。不影响掘进安全的小面积积水可以在沿空巷后方进行疏放，形成适合于大倾角高瓦斯沿空掘巷邻近采空区防治水方法。

本发明通过合理优化和试验，在具有冲击地压、火、瓦斯、水等灾害并存的大倾角小煤柱沿空掘巷中，实现复合灾害得到有效协同治理，奠定矿井生产安全基础，实现沿空掘巷安全高效掘进，避免了因留设大煤柱导致的煤炭资源浪费，提高煤炭资源回收率，并对下覆煤层开采提供了有利条件，其安全和经济效益可观。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。