长壁工作面回采巷道超前支护段变形的钻采卸压控制方法与流程

本发明涉及一种巷道变形的钻采卸压控制方法，特别是一种长壁工作面回采巷道超前支护段变形的钻采卸压控制方法。

背景技术：

长壁工作面回采巷道受到超前支承压力作用后，围岩往往会产生大的收敛变形，影响其正常使用，而该段巷道又是工作面生产各系统的搭接点，生产工序多，设备多，作业人员多，工艺复杂，确保该区域巷道的围岩稳定，保证足够的工作空间成为工作面矿压控制的重点和难点。

目前，回采巷道在超前支承压力影响区主要采用密集支柱进行加强支护，该支护方式可以防止巷道顶板冒落，往往无法有效控制围岩的变形，特别是在高应力作用下围岩的软化变形问题，这种情况下，需要边回采边在端头区对巷道进行扩帮、挑顶和拉底。支柱的移设与巷道变形后的处理成为提高工作面效率的主要制约环节。

近年来，为了适应综采工作面快速推进需要，开始研制相应的端头与超前自移式液压支架，采用自移式液压支架后，使该范围内支护强度获得进一步提高，并降低了工人劳动强度，提高了该区域设备的前移速度，实现了减员增效。但端头与超前液压支架对巷道围岩变形适应性差，较大的巷道变形将影响支架的正常推移，进而影响工作面的正常生产。

工作面超前支护问题的根源在于超前支承压力造成的巷道围岩变形，目前的解决方法是通过提高支护强度以适应高应力的围岩环境，但无法有效控制软弱围岩和高应力导致的围岩软化变形。如果采取一定技术手段，降低该区域围岩内的应力水平，或控制支承压力的增高程度，将从根本上解决相应的矿压控制问题。

目前适用于回采巷道的围岩卸压方法有两种，包括开槽卸压和松动爆破卸压。对于开槽卸压，目前尚无合适的开槽机具，常用成排的大直径钻孔来替代。由于成排钻孔方式大多难以形成连续卸压带，孔间形成的应力集中，影响了围岩应力向深部的转移。实际应用中，有时利用钻孔底药壶爆破法进行限制性爆破，形成一个连续的松散、破碎带，将支承压力峰值转移到围岩深部，形成松动爆破卸压。成排钻孔卸压的一个重要问题是高密度的钻孔施工中，频繁移动钻机，劳动强度大，效率低。采用爆破进行辅助卸压时，除爆破活动本身的安全问题外，会使围岩扩容膨胀变形明显增大，增大巷道的收敛变形。

螺旋钻采煤机是适用于薄煤层开采条件的一种采煤设备，适用于产量较小，特别是衰老矿井中的极薄煤层的开采。螺旋钻采煤机可同时钻出连续钻采孔，形成一个宽槽，自然形成了具有卸压效果的卸压槽。并且螺旋钻采煤机具有配套的行走机构与运输系统，机械化水平高，劳动强度低，可以快速高效的用于卸压施工，适应了超前支承压力随工作面生产动态前移的特点，又可以对超前段巷道围岩进行有效卸压，减少围岩变形，降低端头和超前区工人劳动强度，提高整个工作面的生产效率。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种长壁工作面回采巷道超前支护段变形的钻采卸压控制方法，实现对超前段巷道围岩进行有效卸压，减少围岩变形，降低端头和超前区工人劳动强度，提高整个工作面的生产效率。

本发明的目的是这样实现的：该钻采卸压方法是在巷道煤帮设计三花眼钻孔，根据巷道断面尺寸与煤体物理力学参数，确定钻孔的深度和相邻钻孔间水平与垂直距离，巷道内布置螺旋钻采煤生产系统，在靠近超前支承压力影响区位置施工卸压钻孔，并随工作面的推进，不断前移钻采设备；

具体步骤如下：

a、在长壁工作面超前支承压力影响区外，沿巷道煤帮向煤体内钻孔，利用超前支承压力对钻采后的煤体进行松动；

b、采用螺旋钻采煤机施工工作面回采巷道超前支护段卸压钻孔；

c、卸压钻孔采用三花孔布置方式。

所述的卸压钻孔深度不小于15m。

相邻钻孔间垂直距离与水平距离的比值大于其中为煤体的内摩擦角。

有益效果及优点：根据长壁工作面超前支承压力影响区卸压工程的工作环境，给出采用螺旋钻采煤机进行钻采卸压的技术方法，满足工作面不断推进需要。采用三花眼卸压钻孔的布置与施工方式，并根据煤体的剪切破坏强度，确定钻采孔间的相对位置参数，提高了钻采后集中应力对巷道两帮煤体的压裂效果。

通过卸压使高应力区向围岩深部转移，可降低或消除高应力导致的回采巷道围岩的软化变形，提高回采工作面超前支护的技术效果。螺旋钻采煤机钻采可同时钻出连续钻采孔，能形成有利于围岩变形卸压的宽槽，钻采机械化水平高，劳动强度低，并能适应回采工作面生产动态前移的特点。钻孔采用三花眼布置，有利于孔间煤体的剪切破坏，增加围岩的松动变形，提高卸压效果。

附图说明

图1为本发明的长壁工作面超前支护段钻采卸压平面布置示意图

图2为本发明的长壁工作面超前支护段钻采卸压钻孔布置示意图。

图中：1、采煤工作面；2、回采巷道；3、采空区；4、钻孔；5、钻孔深度；6、螺旋钻采煤机；7、刮板输送机；8、转载机；9、运煤设备；10、煤层；11、顶板；12、底板；13、巷道高度；14、孔间水平距离；15、孔间垂直距离。

具体实施方式

该钻采卸压方法是在巷道煤帮设计三花眼布置的钻孔，根据巷道断面尺寸与煤体物理力学参数，确定钻孔的深度和相邻钻孔间水平与垂直距离，巷道内布置螺旋钻采煤生产系统，在靠近超前支承压力影响区位置施工卸压钻孔，并随工作面的推进，不断前移钻采设备；

具体步骤如下：

a、在长壁工作面超前支承压力影响区外，沿巷道煤帮向煤体内钻孔，利用超前支承压力对钻采后的煤体进行松动；

b、采用螺旋钻采煤机施工工作面回采巷道超前支护段卸压钻孔；

c、卸压钻孔采用三花孔布置方式。

所述的卸压钻孔深度不小于15m。

相邻钻孔间垂直距离与水平距离的比值大于其中为煤体的内摩擦角。

下面结合附图对本发明的实施过程作进一步说明：

实施例1：本发明长壁工作面回采巷道超前支护段变形的钻采卸压控制方法，实施过程主要包括三个方面：钻孔参数的设计，钻采系统设计与设备的选型，以及钻采工艺设计与施工。

钻孔参数的设计：根据煤层10条件和巷道2设计参数，确定钻孔4的深度d 5、钻孔的水平距离w 14和钻孔间垂直距离h 15。

钻采系统设计与设备的选型：根据巷道2断面尺寸与底板12条件，确定钻采的运煤系统组成和螺旋钻采煤机6、刮板输送机7和转载机9等设备的参数与型号。

钻采工艺设计与施工：设计各生产设备的布置、生产环节的配合及生产系统的沿巷道的向前推移过程。

本发明长壁工作面回采巷道超前支护段变形的钻采卸压控制方法具体操作步骤如下：

首先要根据巷道尺寸，要求钻孔深度5一般在15m以上，根据巷道高度，要求钻孔高度16与巷道高度13满足钻孔间的水平距离14和垂直距离15应试满足其中，为岩体的内摩擦角。

选择满足钻孔尺寸要求的螺旋钻采煤机6，选择与螺旋钻机煤机能力相配套的刮板输送机7和转载机8，要求刮板输送机和转载机运输能力大于螺旋钻采煤钻采能力的1.2倍。辅助运输采用无轨胶轮车的矿井，运煤设备9可选用梭车运煤，其它辅助运输方式时，运煤设备9选用皮带运输机，选用皮带运输机时，要求其运输能力大于螺旋钻采煤机钻采能力的1.2倍。

钻采施工安置在超前支承压力影响范围以外，设备布置到位后，螺旋钻采煤机水平钻采，钻头割煤，螺旋钻杆掏煤，煤出钻孔后直接装入刮板输送机，转入转载机，装入运煤梭车或皮带输送机。钻采到设计深度5时，退出钻杆，螺旋钻采煤机整体前移，前移距离为设计孔间水平距离14。钻机移到位后，调整钻机高度，使钻孔间垂直距离为设计值15，开始下一循环钻采。随工作面1的推进，钻采区巷道进入超前支承压力作用下，巷道浅部围岩因钻采而易于松动破坏，导致支承压力升高区向煤体深部转移，从而减小巷道收敛变形，为工作面的正常生产提供足够劳动空间。

以上具体描述本发明的实施方案，除图中标示的说明外，方案中所述岩体内摩擦角、辅助运输、无轨胶轮车、皮带运输机和支承压力升高区等为本领域常用概念与设备，所述具体实施过程必能被本领域的技术人员理解。以上所述是本发明的具体实施方式及所运用的技术原理，其体现的采用卸压原理控制长壁工作面回采巷道超前支护段围岩变形的技术思想也属于本发明保护范围之内。