近距煤层留巷方法与流程

1.本发明涉及近距煤层开采技术领域，尤其涉及一种近距煤层留巷方法。


背景技术：

2.层间距大小和层间岩层赋存形式影响和决定着近距下部煤层开采过程顶板的垮落模式。由于上下部煤层间距增大，但上部煤层开采产生的采动效应仍然显著影响到下部煤层开采，针对厚层间距近距煤层围岩条件，下部煤层开采过程采场及巷道矿压显现更加复杂。随着层间距逐渐增大，上部煤层开采对下部煤层产生的扰动破坏效应逐渐减弱，下部煤层开采冒落带内直接顶岩层完整性仍然能够较好的保持，为下部煤层开采采用切顶无煤柱自成巷沿空留巷提供有利的岩层条件，但留巷围岩压力显现将更加强烈难以控制。
3.传统切顶方式下部煤层开采后留巷围岩结构与应力分布图，由于赋存稳定厚硬岩层，下部煤层采后形成与上部煤层相似的覆岩结构，与单一煤层类似该结构控制着下部煤层顶板运动模式，为引起沿空巷道强矿压的动力源头。切顶自成巷核心为切落冒落带内直接顶范围岩层垮落自动成墙体封堵采空区而形成新的巷道，但关键缺陷在于切落的岩体仅仅为随采随冒的有限高度范围非控制岩层运动的直接顶岩层，故而没有解决留巷强烈矿压问题。煤矿大量自成巷留巷工程实例表明，服务期内留巷出现强烈大变形控制难的问题始终没有得到有效解决，也成为阻碍该项技术全面推广应用的主要技术瓶颈之一。


技术实现要素：

4.本发明提供一种近距煤层留巷方法，用以解决相关技术中产生的问题之一，实现控制下部煤层顶板运动的坚硬稳定岩层切断垮落，改变下部煤层顶板的断裂位置和垮落模式，解决引起强矿压作用的动力源头，卸压达到减弱沿空留巷压力的目的，保证留巷整个服务期间的安全使用。
5.本发明提供一种近距煤层留巷方法，包括：
6.对下部煤层中的巷道靠近第一回采工作面的巷帮对应的厚层间距岩体进行切顶；其中，所述厚层间距岩体位于上部煤层与所述下部煤层之间，所述巷道两侧分别为所述第一回采工作面和第二回采工作面，所述第一回采工作面的采空后进行所述第二回采工作面的回采工作。
7.根据本发明提供的一种近距煤层留巷方法，所述厚层间距岩体沿切顶线方向进行切顶，所述切顶线自所述下部煤层的顶板延伸至所述上部煤层的底板。
8.根据本发明提供的一种近距煤层留巷方法，所述厚层间距岩体包括自所述下部煤层的顶板向所述上部煤层的底板之间依次层叠形成的直接顶岩层、厚硬岩层和直接底岩层。
9.根据本发明提供的一种近距煤层留巷方法，所述切顶线沿所述下部煤层至所述上部煤层方向逐渐向所述第一回采工作面倾斜。
10.根据本发明提供的一种近距煤层留巷方法，所述厚层间距岩体经过切顶后塌落的
岩石用于形成所述巷道靠近第一回采工作面的墙体。
11.本发明提供的近距煤层留巷方法，在上部煤层采空后，在下部煤层的巷道靠近第一回采工作面的巷帮顶部向厚层间距岩体内做切顶，在先进行开采的第一回采工作面的回采过程中，第一回采工作面上部的厚层间距岩体可随采随落至采空区，直至回踩至巷道的巷帮位置，可以实现更高位岩层整体垮落形成更加有效的墙体密封采空区，切顶将第一回采工作面对应的厚层间距岩体与巷道以及后续开采的第二回采工作面对应的厚层间距岩体有效分割，即在第一回采工作面采空后，对应的厚层间距岩体的断落不会影响至后方的巷道和第二回采工作面的厚层间距岩体，实现控制下部煤层顶板运动的坚硬稳定岩层切断垮落，改变下部煤层顶板的断裂位置和垮落模式，解决引起强矿压作用的动力源头，卸压达到减弱沿空留巷压力的目的，保证留巷整个服务期间的安全使用。
12.除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1是本发明提供的近距煤层留巷方法的厚层间距近距煤层围岩结构图；
15.图2是本发明提供的近距煤层留巷方法的切顶方式下部煤层留巷围岩结构；
16.图3是本发明提供的近距煤层留巷方法的切顶方式下部煤层留巷围岩应力分布图；
17.附图标记：
18.100、下部煤层；110、巷道；120、墙体；
19.200、上部煤层；
20.300、厚层间距岩体；310、直接顶岩层；320、厚硬岩层；330、直接底岩层；
21.400、第一回采工作面；500、第二回采工作面；600、切顶线。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
23.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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发明实施例中的具体含义。
25.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.此外，在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
27.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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发明实施例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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
28.如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的近距煤层留巷方法，包括对下部煤层100中的巷道110靠近第一回采工作面400的巷帮对应的厚层间距岩体300进行切顶；其中，厚层间距岩体300位于上部煤层200与下部煤层100之间，巷道110两侧分别为第一回采工作面400和第二回采工作面500，第一回采工作面400的采空后进行第二回采工作面500的回采工作。
29.本发明实施例的近距煤层留巷方法，是针对厚层间距的近距煤层无煤柱沿空自成巷留巷方法，旨在将切顶自成巷无煤柱沿空留巷方法引入应用到近距煤层开采当中，实现近距煤层安全高效开采，另外采用切顶卸压技术，解决无煤柱自成巷留巷围岩压力大、控制难、返修率高、维护成本大的难题。
30.煤矿实际生产当中存在坚硬稳定关键岩层类型的厚层间距的近距煤层，即上部煤层200与下部煤层100之间具有厚层间距岩体300，上部煤层200采空后对下部煤层100采动破坏程度随层间距离加大而逐渐衰减甚至消失，下部煤层100垮落带内直接顶岩层310受到采动损伤破坏甚微，因此采用切顶自成巷留巷方法实施无煤柱开采。对于厚层间距存在坚硬稳定岩层的近距煤层，下部煤层100开采过程巷道110围岩压力显现在上部煤层200共同作用下将更加强烈，沿空留巷巷道110围岩的控制难度势必更加困难，为此，采用切顶卸压的方法来解决留巷强矿压问题，弥补切顶自成巷留巷围岩难控制短板，丰富扩大了无煤柱切顶留巷技术的推广应用范围，同时实现近距煤层安全高效开采。
31.本发明在上部煤层200采空后，在下部煤层100的巷道110靠近第一回采工作面400的巷帮顶部向厚层间距岩体300内做切顶，在先进行开采的第一回采工作面400的回采过程中，第一回采工作面400上部的厚层间距岩体300可随采随落至采空区，直至回踩至巷道110的巷帮位置，可以实现更高位岩层整体垮落形成更加有效的墙体120密封采空区，切顶将第
一回采工作面400对应的厚层间距岩体300与巷道110以及后续开采的第二回采工作面500对应的厚层间距岩体300有效分割，即在第一回采工作面400采空后，对应的厚层间距岩体300的断落不会影响至后方的巷道110和第二回采工作面500的厚层间距岩体300，实现控制下部煤层100顶板运动的坚硬稳定岩层切断垮落，改变下部煤层100顶板的断裂位置和垮落模式，解决引起强矿压作用的动力源头，卸压达到减弱沿空留巷压力的目的，保证留巷整个服务期间的安全使用。
32.图3为本技术的切顶方式下煤层留巷围岩结构和应力分布图，其中。a为原岩应力区，b和d为应力降低区，c和e为应力增高区。
33.本实施例中，具体的切顶步骤如下：
34.首先，采用专用切顶钻机钻进切顶孔，钻孔深度根据具体岩体厚度确定，钻孔钻进到设计深度后，退出钻孔设备；
35.其次，采用专用水力压裂割缝装备进行定向割缝，割缝完成后再将割缝装置撤出钻孔；
36.最后，采用专用水力压裂设备进行压裂，完成钻孔压裂后，再回撤压裂装备，完成切顶。
37.如此重复，直至完成所有切顶钻孔，钻孔间距一般8～10m，实现巷道110切顶留巷。
38.根据本发明提供的一个实施例，厚层间距岩体300沿切顶线600方向进行切顶，切顶线600自下部煤层100的顶板延伸至上部煤层200的底板。下部煤层100的顶板范围内岩层距上部煤层200距离较远，因而受到上部煤层200的采动破坏影响非常小，由此为实施切顶自成巷留巷创造了稳定的岩层条件。本实施例中，切顶的范围由下部煤层100的顶板至上部煤层200的底板，即整个厚层间距岩体300的纵深方向，厚层间距岩体300在第一回采工作面400与巷道110之间断裂彻底，厚层间距岩体300在落入第一回采工作面400的采空区时，将不会对巷道110上方的厚层间距岩体300产生影响。
39.在其它实施例中，切顶线600的延伸范围可根据实际工程需要和厚层间距岩体300的岩体性质进行调整。
40.根据本发明提供的一个实施例，厚层间距岩体300包括自下部煤层100的顶板向上部煤层200的底板之间依次层叠形成的直接顶岩层310、厚硬岩层320和直接底岩层330。本实施例中，下部煤层100的直接顶岩层310范围内岩层距上部煤层200距离较远因而受到其采动破坏效果非常小，故而为实施切顶自成巷留巷创造了稳定的岩层条件。本发明的切顶是将包含稳定坚硬老顶岩层以内的所有直接顶岩层310和厚硬岩层320全部切落，这样既可以实现更高位岩层整体垮落形成更加有效的墙体120密封采空区，又实现将控制下部煤层100顶板运动的坚硬稳定岩层切断垮落，改变下部煤层100顶板的断裂位置和垮落模式，解决引起强矿压作用的动力源头，实现卸压达到减弱沿空留巷压力的目的，保证留巷整个服务期间的安全使用。
41.根据本发明提供的一个实施例，切顶线600沿下部煤层100至上部煤层200方向逐渐向第一回采工作面400倾斜。本实施例中，切顶方向为向第一回采工作面400倾斜的斜向，倾斜角度一般要小于10
°
.主要考虑井下钻孔钻机钻杆靠近巷道110侧帮钻孔无法实现垂直作业，故结合井下钻孔实际情况需要一定倾斜角度。另外，由于斜向切顶后，分隔断裂的顶板会自然垮落，不会与切顶面另一侧顶板发生摩擦而导致垮落受阻。而且切顶倾斜角度在
100范围内，冒落的顶板垮落成巷帮基本呈平直状态，有利于成巷的稳定和维护。
42.根据本发明提供的一个实施例，厚层间距岩体300经过切顶后塌落的岩石用于形成巷道110靠近第一回采工作面400的墙体120。本实施例中，切顶后塌落的岩石在切顶所在的巷帮一侧堆积，再经过进一步的加工构筑，形成巷道110靠近第一回采工作面400一侧的墙体120，利用切顶方法辅助墙体120构筑，对垮落岩石进行利用的同时，也进一步节省巷道110墙体120构造时间，同时提升巷道110在采空区一侧的支撑与采空区岩石的整体性和结构强度，解决引起强矿压作用的动力源头，实现卸压达到减弱沿空留巷压力的目的，保证留巷整个服务期间的安全使用。
43.在其它实施例中，巷道110的墙体120也可采用独立的混凝土灌注的形式。
44.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。