近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法

本发明涉及一种近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法，属于煤矿开采。

背景技术：

1、随着煤炭资源的持续开采，部分矿区赋存简单、开采条件较好的单一煤层资源几近枯竭，煤层群开采在我国多数矿区普遍存在，开采顺序多为下行式。当相邻煤层层间距较小时，煤层间开采影响明显增大，巷道稳定性维护的难度显著增加。

2、沿空留巷是一种沿着采空区边缘配合以巷旁支护来维护原回采巷道的无煤柱护巷方法，减小巷道掘进量的同时也提高了煤炭采出率，不仅有利于工作面接替，采空区边缘的低应力环境也利于回采巷道的稳定性维护，应用广泛。而沿空留巷受工作面采动和采空区顶板破断、回转、弯曲下沉过程的双重影响下，留巷的成巷质量显著降低，不利于后期的稳定维护和安全生产。

3、软岩顶板煤层中软岩顶板具有松散、破碎，强度低等特性，使得软岩巷道的稳定性较差、巷道变形量较大，特别是，当沿空留巷顶板为软岩时，巷道长期稳定性的维护将更加困难。

4、目前，注浆加固技术是软岩顶板、近距离煤层群开采等复杂地质条件巷道的有效支护方式之一，但该技术存在时空方面的滞后性，在巷道掘进期间进行注浆加固严重影响着巷道掘进速度。当煤层群开采采用沿空留巷技术时，软岩巷道的稳定是矿井安全生产的前提，本专利从提高巷道安全性和巷道成巷质量的角度出发，基于近距离煤层群下行开采采用沿空留巷这一回采巷道布置方式的背景下，充分考虑软岩顶板的不稳定特性，在利用软岩顶板易垮落的优点的同时消除了软岩顶板强度低、难支护的弊端，并减少了对巷道掘进速度的影响，提出了一种近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法，在提高沿空留巷顶板强度的同时，通过提前制造顶板非均匀强度区域来实现采空区顶板在巷旁支护采空区一侧边缘附近的高质量切落，减小了采空区顶板在破断、回转、弯曲下沉过程中对沿空留巷上部顶板和巷旁支护的扰动影响程度，切断了采空区侧向集中应力向留巷顶板的传递，最终达到改善留巷围岩应力环境，提高沿空留巷成巷质量的目的。

2、为实现上述目的，本发明公开一种近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法，针对的近距离煤层群结构中包括上煤层和下煤层，上煤层和下煤层之间设有煤层软岩顶板，软岩顶板即是上煤层底板，也是下煤层的顶板；

3、具体步骤如下：

4、步骤1.预先确定近距离煤层群下行开采中下煤层沿空留巷的位置和宽度、巷旁支护体的位置和宽度，并预先设定好下煤层沿空留巷和巷旁支护的位置；

5、步骤2.在上煤层进行沿空留巷开采方法的回采过程中，向预设的下煤层沿空留巷和巷旁支护位置上方软岩顶板进行钻孔注浆加固，每个注浆加固范围均覆盖整个支护顶部，以提高下煤层沿空留巷和巷旁支护体上方软岩顶板的强度和整体性，使沿空留巷与采空区之间的煤层软岩顶板中注浆加固区域与未注浆加固区域之间产生强度差，在巷旁支护采空区一侧边缘顶板形成非均匀强度区域；

6、步骤3.在下煤层回采过程中，利用覆岩对下煤层顶板向下的作用力和沿空留巷巷旁支护对顶板向上的作用力，随着对煤层软岩顶板的顶板来压，使得煤层软岩顶板在非均匀强度区域实现高质量的自然切落，使沿空留巷的巷道顶板保留完整，而巷道傍边的采空区顶板完整切落，从而对巷道进行了卸压；通过高质量自然切落有效减小采空区软岩顶板在破断、回转、弯曲下沉过程中对沿空留巷上部顶板和巷旁支护的扰动影响程度。

7、进一步，高质量切落指在上煤层回采时、下煤层开采前，由于煤层软岩顶板进行了注浆加固，到下煤层回采时，下煤层沿空留巷的顶板由软岩改善为坚硬顶板，随着下煤层顶板来压，下煤层软岩顶板在注浆加固和非加固界面切落。

8、进一步，通过在上煤层开采推进过程中，于上煤层内在对应下煤层的沿空留巷和巷旁支护体布置位置处向软岩顶板施工多个注浆孔；然后利用水泥浆液向注浆孔内进行注浆，单孔注浆时间控制在15～20min以内，注浆压力过大或相邻钻孔跑浆时立即停止注浆。

9、进一步，所述的水泥浆液水灰比为0.6～1。

10、进一步，下煤层的软岩顶板在注浆加固后被顶部垮落岩层压实形成非均匀强度区域，从而有效提高注浆区域的软岩顶板整体性，之后在回采下煤层的过程中施工沿空留巷与巷旁支护体，其中巷旁支护体采用混凝土墙体构筑。

11、进一步，在回采下煤层的过程中，利用采动过程中覆岩对下煤层采空区位置软岩顶板向下的作用力和沿空留巷巷旁支护体对注浆部位顶板向上的作用力，随着下煤层顶板来压，使得下煤层采空区顶板在非均匀强度区域实现自然切落。

12、有益效果：本发明可实现在近距离煤层群开采、沿空留巷、软岩顶板等多因素耦合复杂地质、开采条件下，提高沿空留巷成巷质量。本发明充分利用了软岩顶板强度低、易垮落的特点，通过注浆提高沿空留巷和巷旁支护体上部一定范围的顶板强度，使沿空留巷至采空区范围之间的顶板产生强度差，形成非均匀强度区域，充分利用了覆岩对顶板向下的作用力和沿空留巷巷旁支护体对顶板向上的作用力，随着顶板来压，使得采空区顶板在非均匀强度区域实现高质量的自然切落，既减小了采空区顶板在破断、回转、弯曲下沉过程中对沿空留巷上部顶板和巷旁支护的影响，又提高了沿空留巷顶板强度和整体稳定性，从而改善了留巷围岩应力环境，进而达到提高沿空留巷成巷质量的目的。

技术特征：

1.一种近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法，其特征在于，针对的近距离煤层群结构中包括上煤层和下煤层，上煤层和下煤层之间设有煤层软岩顶板，软岩顶板即是上煤层底板，也是下煤层的顶板；

2.根据权利要求1所述的近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法，其特征在于：高质量切落指在上煤层回采时、下煤层开采前，由于煤层软岩顶板进行了注浆加固，到下煤层回采时，下煤层沿空留巷的顶板由软岩改善为坚硬顶板，随着下煤层顶板来压，下煤层软岩顶板在注浆加固和非加固界面切落。

3.根据权利要求1所述的近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法，其特征在于，通过在上煤层开采推进过程中，于上煤层内在对应下煤层的沿空留巷和巷旁支护体布置位置处向软岩顶板施工多个注浆孔；然后利用水泥浆液向注浆孔内进行注浆，单孔注浆时间控制在15～20min以内，注浆压力过大或相邻钻孔跑浆时立即停止注浆。

4.根据权利要求3所述的近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法，其特征在于，所述的水泥浆液水灰比为0.6～1。

5.根据权利要求3所述的近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法，其特征在于，下煤层的软岩顶板在注浆加固后被顶部垮落岩层压实形成非均匀强度区域，从而有效提高注浆区域的软岩顶板整体性，之后在回采下煤层的过程中施工沿空留巷与巷旁支护体，其中巷旁支护体采用混凝土墙体构筑。

6.根据权利要求3所述的近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法，其特征在于，在回采下煤层的过程中，利用采动过程中覆岩对下煤层采空区位置软岩顶板向下的作用力和沿空留巷巷旁支护体对注浆部位顶板向上的作用力，随着下煤层顶板来压，使得下煤层采空区顶板在非均匀强度区域实现自然切落。

技术总结
本发明公开了一种近距离煤层群下行开采提高软岩沿空留巷成巷质量的方法，属于煤矿开采技术领域。近距离煤层群结构中包括上煤层和下煤层，在上煤层回采过程中，向下煤层沿空留巷和巷旁支护位置上部区域的软岩顶板注浆，提高注浆区域的顶板强度，使得注浆和未注浆顶板之间产生强度差，在巷旁支护采空区一侧边缘位置顶板处形成非均匀强度区域；下煤层回采时，随着顶板来压，采空区顶板在非均匀强度区域高质量自然切落，极大地减小了沿空留巷上部顶板和巷旁支护的受扰动程度；同时提高沿空留巷软岩顶板的强度和整体性。其步骤简单，实施方便，有效改善留巷的围岩应力环境，提高成巷质量，对工作面安全和高效生产具有积极意义。

技术研发人员：曹胜根,车驰远,张云,李江,赵长政,都书禹,刘阳,王凯飞,马瑞婷
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15