一种适用于顺采接替的无煤柱掘留巷开采方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别涉及一种适用于顺采接替的无煤柱掘留巷开采方法。

背景技术

随着无煤柱护巷技术的快速发展，沿空掘巷、沿空留巷布置回采巷道技术逐渐成为各矿提高资源回收率、延长矿井服务年限的新思路和有效途径。

沿空掘巷要求在上区段工作面回采的影响趋于稳定后再在侧向支承压力降低区中掘进巷道(留小煤柱或不留煤柱)，巷道只经受一次采动影响，相比较于沿空留巷，沿空掘巷更容易维护，其缺点是：沿空掘巷一般难以实现无煤柱开采，需留设5-8m左右的窄煤柱护巷，在煤厚较大的情况下，仍将丢失较多的煤炭资源，因此，沿空掘巷技术通常只适用于工作面跳采接替。

传统沿空留巷技术适用于工作面顺采接替，但是，传统沿空留巷技术需要在上区段工作面回采的同时维护好工作面后方的采空区侧巷道，在该巷道内沿着采空区重新构筑工作护巷体，因此，传统沿空留巷会受到上区段回采的强烈影响，本区段回采时又受到超前支承压力的影响，两次采动影响使得巷道维护困难，特别是厚煤层开采中，采用传统沿空留巷技术的施工难度更大，护巷成本也高，同时，需要实现工作面Y型通风，施工工艺与回采工艺相互干扰，技术管理难度大，增加采场工作的人员数量，留巷人员工作在采空区侧，安全生产风险增大。

公开号为CN112647947A公开了“一种采区无煤柱采掘开采方法”，将采区一翼分为一区段和二区段，一区段和二区段内同时进行掘进作业，并在一区段和二区段内交替进行回采作业，每次掘进作业包括交替进行的胶运顺槽的掘进和回风顺槽的掘进、对胶运顺槽和回风顺槽之间煤柱煤体的开采及对煤柱空顶区的支护和充填作业，因此，该采区内需要同时布置一个综采工作面和两个煤柱开采工作面，4个掘进工作面，造成同一采区内作业地点和人员多，增加了技术管理难度和事故风险。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供的一种适用于顺采接替的无煤柱掘留巷开采方法，能够减少同一采区内作业地点和人员数，降低了技术管理难度和事故风险。

本发明提供的一种适用于顺采接替的无煤柱掘留巷开采方法，包括以下步骤：

S1、实施宽巷掘进，超前掘出上区段工作面胶运顺槽；

S2、滞后上区段工作面胶运顺槽迎头，在该顺槽内紧靠非截割煤帮构筑护巷充填体墙；

S3、待该护巷充填体墙稳定后，沿护巷充填体墙掘进下区段工作面回风顺槽，实现无煤柱掘巷；

S4、上区段工作面回采，在上区段工作面胶运顺槽超前预裂顶板，维护护巷充填体和下区段工作面回风顺槽的稳定；

S5、下区段工作面回采，完成工作面顺采接替的一个循环。

优选的，步骤S1中，所述宽巷掘进采用锚网索联合支护。

优选的，根据宽巷掘进施工速度和护巷充填体墙施工速度，利用下式①计算护巷充填体墙施工作业与上区段工作面胶运顺槽迎头的滞后距离I：

S

其中，S

优选的，步骤S2中，构筑护巷充填体墙所用充填模板采用钢性模板或者柔性模板。

优选的，步骤S2中，构筑护巷充填体墙所用充填材料选择高水材料、混凝土、工业废渣或者水泥中的其中一种胶凝物质组成的固体材料。

优选的，步骤S3中，根据护巷充填体墙达到强度的时间和下区段工作面回风顺槽施工速度，利用下式②计算下区段工作面回风顺槽与护巷充填体墙施工作业之间的滞后距离II：

S

其中，S

优选的，步骤S4中，根据上区段工作面回采期间，超前支承压力影响范围，在上区段工作面胶运顺槽施工顶板爆破预裂破顶。

优选的，步骤S4中，整条巷道内护巷充填体墙施工全部完毕后，再施工下区段工作面回风顺槽掘进作业，实现一个采区配备一个采面和一个掘进工作面的采掘作业布置。

优选的，步骤S4中，不具备实施炸药爆破的矿井，采用水力割缝、水力压裂技术或者静态膨胀剂，在上区段工作面胶运顺槽超前预先破坏顶板，在矿压作用下，切断基本顶岩梁，减小基本顶悬顶长度，减小基本顶悬顶对护巷充填体和下区段工作面回风顺槽稳定性的影响。

优选的，步骤S4中，工作面胶运顺槽掘进到位即可施工工作面切眼和胶运顺槽贯通，形成全负压通风系统后安装工作面开采设备进行工作面回采。

与现有技术相比，本发明提供的一种适用于顺采接替的无煤柱掘留巷开采方法，其有益效果是：

1、本发明在工作面回采期间，接续工作面的顺槽掘进可以同步进行或已经提前准备完成，采掘接替正常或超前，同时满足一个采(盘)区内同一煤层的一翼最多只布置1个采煤工作面和2个煤(半煤岩)巷掘进工作面同时作业，减少了同一采区内作业地点和人员数，降低了技术管理难度和事故风险。

2、本发明在两个区段间不再留设煤柱，利用护巷充填体墙将原相邻工作面应留设的区段煤柱置换出来，实现区段完全无煤柱开采，实现了采(盘)区煤炭资源的高采出率。

3、本发明下区段工作面回风顺槽提前上区段工作面回采完成，但在上区段工作面回采时又能保留下来，受力环境和使用功能上和传统沿空留巷相同，但解决了传统沿空留巷施工过程中与工作面回采相互干扰和影响的问题，并且，避免了留巷工作面Y形通风的难题。

4、本发明护巷充填体相当于“岩柱”护巷，可以依据混凝土充填体强度高于煤柱强度的特点，通过混凝土材料选择和配比实验，合理设计混凝土充填体宽度和强度，既实现巷道稳定性，保证安全，又能节省混凝土充填材料，提高工作效率和支护效果。

附图说明

图1是本发明上区段工作面胶运顺槽宽巷掘进的剖面示意图；

图2是本发明护巷充填体墙施工位置的剖面示意图；

图3是本发明下区段工作面回风顺槽掘进的剖面示意图；

图4是本发明上区段工作面回采的剖面示意图；

图5是本发明下区段工作面回采的剖面示意图。

附图标记说明：

1—煤层；2—直接顶；3—基本顶；4—上区段工作面胶运顺槽；5—上区段回采区域；6—下区段回采区域；7—护巷充填体墙；8—下区段工作面回风顺槽；9—上区段工作面采空区；10—下区段工作面采空区；11—破碎护巷充填体。

具体实施方式

下面结合附图1至图5，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1至图5所示，本发明提供的一种适用于顺采接替的无煤柱掘留巷开采方法，如图1所示，煤层1顶部为直接顶2和基本顶3，S1、实施宽巷掘进，超前掘出上区段工作面胶运顺槽4，上区段工作面胶运顺槽4一侧为上区段回采区域5，另外一侧为下区段回采区域6，宽巷掘进采用锚网索联合支护，上区段工作面胶运顺槽4可以按照回采时设计使用面积进行掘进，施工到位后，再实施扩帮、支护和构筑护巷充填体墙7。

S2、滞后上区段工作面胶运顺槽迎头一定距离，在该顺槽内紧靠非截割煤帮构筑一定宽度的护巷充填体墙7；根据宽巷掘进速度和护巷充填体墙7施工速度，按照相协调配备的原则，确定护巷充填体墙7施工作业与上区段工作面胶运顺槽迎头的滞后距离；构筑护巷充填体墙7所用充填模板可以采用钢性模板，也可以采用柔性模板；构筑护巷充填体墙7所用充填材料可以采用高水材料，也可以采用混凝土，也可以采用工业废渣和水泥等胶凝物质组成的固体材料；

利用下式①计算护巷充填体墙7施工作业与上区段工作面胶运顺槽迎头的滞后距离I：

S

其中，S

S3、待该护巷充填体墙7稳定后，沿护巷充填体墙7掘进下区段工作面回风顺槽8，实现无煤柱掘巷；根据护巷充填体达到强度的时间和下区段工作面回风顺槽8掘进施工速度，确定下区段工作面回风顺槽8与护巷充填体墙7施工作业之间的滞后距离，实现一个采区配备一个采面和两个掘进工作面的采掘作业布置。工作面胶运顺槽掘进到位，即可施工工作面切眼和胶运顺槽贯通，形成全负压通风系统后安装工作面开采设备进行工作面回采；

利用下式②计算下区段工作面回风顺槽8与护巷充填体墙7施工作业之间的滞后距离II：

S

其中，S

S4、上区段工作面回采，形成如图4所示上区段工作面采空区9，在上区段工作面胶运顺槽4超前预裂顶板，维护护巷充填体和下区段工作面回风顺槽8的稳定；根据上区段工作面回采期间，超前支承压力影响范围，合理确定在上区段工作面胶运顺槽4超前预裂顶板的位置和钻孔长度、角度、间距、装药量等爆破预裂破顶技术参数，不具备实施炸药爆破的矿井，可以采用水力割缝、水力压裂技术和静态膨胀剂，在上区段工作面胶运顺槽4超前预先破坏顶板，在矿压作用下，切断基本顶岩梁，减小基本顶悬顶长度，减小基本顶悬顶对护巷充填体和下区段工作面回风顺槽8稳定性的影响，维护完整护巷充填体。

S5、下区段工作面回采，形成如图5所示下区段工作面采空区10，完成工作面顺采接替的一个循环，等待整条巷道内护巷充填体墙7施工全部完毕后，再施工下区段工作面回风顺槽8掘进作业，可以实现一个采区配备一个采面和一个掘进工作面的采掘作业布置方案。

实施例

本实施例以某矿52202工作面胶运顺槽和52204工作面回风顺槽的掘进施工为例，对一种适用于顺采接替的无煤柱留巷开采方法进行详细说明。该矿52202工作面胶运顺槽设计矩形断面，实施7.4m宽巷掘进，在非截割煤帮侧预留2m护巷充填体位置，滞后迎头500m实施护巷体充填施工，回采时使用宽度为5.4m，高3.8m；52202工作面胶运顺槽和2m护巷充填体施工完毕后，再沿着护巷充填体施工52204工作面回风顺槽，其设计矩形断面，宽度5.0m，高3.8m，掘进工作面沿底掘进，顶煤厚3.0m，直接顶为泥岩、粉砂岩，分别厚4.5m和2.4m，基本顶为细粒砂岩，厚度为7.7m，煤层采高3.8m。

根据该矿工程地质与生产条件，通过理论计算、数值模拟分析确定合理的充填体强度、宽度和巷内支护技术参数：充填体宽度为2m时，混凝土强度等级需要达到C30以上，巷内支护采用锚网索联合支护形式，锚杆采用左旋螺纹钢高强锚杆，锚杆型号为MSGLW-335，杆体屈服强度不低于335MPa，极限强度不低于490MPa，延伸率17％，锚尾进行强化热处理，屈服强度不小于杆体，杆尾螺纹规格M22，采用滚压加工工艺成型。

巷道顶板采用

52202工作面回采期间，超前工作面100m施工顶板水力压裂，经过计算确定顶板预裂角为10°，沿充填体外侧1m处施工，孔深26.6m，孔间距5m，利用矿山压力作用切落下位老顶。

以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。