專利名稱：厚煤層大采高工作面沿空留巷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤礦巷道支護技術(shù)，適用于深井大采高條件下的沿空留巷技術(shù)。
背景技術(shù)：
空留巷技術(shù)是煤礦開采及回采巷道支護技術(shù)的一項重大改革，它對提高煤炭源回 收率、降低巷道掘進率、緩解采掘緊張關(guān)系、減少煤與瓦斯突出的概率和實現(xiàn)礦井集約化生 產(chǎn)有顯著效果。 目前，在埋藏深度小于600m的薄煤層(厚度不大于1. 3m)及中厚煤層(1. 3 3. 5m)中，沿空留巷一般采用砌筑矸石帶、留小煤垛、叢柱切頂及混凝土充填等技術(shù)進行巷 旁支護。但在深井(埋藏深度大于600m屬于深井)厚煤層(煤層厚度大于3.5m)工作面， 由于采高大(采高大于3. 5m稱為大采高)導致冒高增大，在工作面后方側(cè)向老頂巖梁回轉(zhuǎn) 下沉過程中，在老頂巖梁及直接頂巖層的共同作用下，沿空留巷承受的礦山壓力急劇增大， 現(xiàn)行的巷旁支護技術(shù)不能有效的支撐大采高工作面的頂板，造成留巷變形劇烈，表現(xiàn)為底 板鼓起和充填體被壓壞等現(xiàn)象，不能滿足下一個工作面回采時的通風、設(shè)備運輸及行人的 要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有沿空留巷巷旁充填技術(shù)的缺陷，提供一種改進的沿空留 巷方法。
為達到上述目的，本發(fā)明的預留變形柔性讓壓沿空留巷方法具體步驟如下
第一步計算沿空留巷的頂板下沉量預測值hd 在采煤工作面開采之前，根據(jù)已知地質(zhì)條件和通用的采場結(jié)構(gòu)力學模型，計算沿 空留巷的頂板下沉量預測值hd ;hd =i[/z — wz(i^—l)] 式中hd_頂板下沉量預測值，單位m ; C-巷旁充填體到老頂巖梁端部斷裂線的距離，單位m ; L-老頂巖梁的跨度，單位m; h-采高，單位m; mz_直接頂厚度，單位m ; KA_采空區(qū)矸石碎漲系數(shù)，無量綱。KA = 1. 3 第二步采煤工作面采過后按照現(xiàn)有巷道充填方法進行留巷，首先用金屬鉸接頂 梁與單體液壓支柱加強巷旁頂板支護。 第三步按照現(xiàn)有巷旁充填方法進行巷旁充填，充填時充填體高度為巷道原設(shè)計 高度減去頂板下沉量預測值hd，給工作面后方側(cè)向老頂巖梁回轉(zhuǎn)下沉預留下變形空間。
第四步在巷旁充填體頂部留下的變形空間內(nèi)，安裝柔性讓壓氣囊，氣囊體充氣后的高度等于頂板下沉量預測值hd ;氣囊內(nèi)充滿空氣，充氣壓力為3MPa ;囊體上安裝有單向 泄壓閥，泄壓壓力為4MPa。
第五步撤出讓壓氣囊 當柔性讓壓氣囊被壓縮到接近不可壓縮的程度時，放出氣囊內(nèi)殘余的氣體，及時 將其撤出，讓頂板巖石直接壓在巷旁充填體上。此時由于老頂巖梁已經(jīng)完成回轉(zhuǎn)，不再產(chǎn)生 巨大壓力，并在采空區(qū)內(nèi)觸矸穩(wěn)定，所以巷旁充填體就不會再受到劇烈的頂板壓力。因此可 以保證巷旁充填體的安全，進而保證沿空留巷的成功。
第六步撤出金屬鉸接頂梁與單體液壓支柱，實現(xiàn)巷道充填工作。 在下一個工作面開始回采之前，再根據(jù)實際變形情況對上述沿空留巷道進行適當
的擴巷維修即可。 本發(fā)明的積極效果是1、由于讓壓風囊預留了變形空間，給側(cè)向老頂巖梁回轉(zhuǎn)下 沉留下了余地，當側(cè)向老頂巖梁回轉(zhuǎn)下沉時，壓縮囊體，囊體內(nèi)空氣壓力達到4MPa時，單向 閥即可開啟，氣體溢出，氣囊高度減小。由于單向閥卸載時的壓力為4MPa，遠遠小于巷旁 充填體的破壞強度(20-30MPa)，因此，在側(cè)向老頂巖梁回轉(zhuǎn)下沉過程中，使巷旁充填體免受 側(cè)向老頂巖梁回轉(zhuǎn)下沉過程中巨大的壓力作用，保護巷旁充填體不被壓壞，有效地保護了 巷旁充填體，達到了沿空留巷的目的；2、采用在巷旁充填體上安裝高度等于頂板下沉量hd 的柔性讓壓氣囊，即阻止了采空區(qū)瓦斯溢出，防止瓦斯爆炸，又阻止了工作面空氣進入采空 區(qū)，防止采空區(qū)煤炭自燃，保證了生產(chǎn)安全。


下面根據(jù)附圖進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
圖1是本發(fā)明沿空留巷變形量計算模型圖；
圖2是本發(fā)明巷旁充填實施示意圖。 圖中l(wèi)-煤層，2-空留巷道，3-采空區(qū)，4-老頂巖梁，5-直接頂板，6-金屬鉸接頂 梁，7-單體液壓支柱，8-氣囊，9-充填體。
具體實施例方式
下面以煤礦為例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。 某礦1302工作面開采第三層下煤層，一次采全高，采高厚度h = 6.2m，走向長度
1600m，傾斜長度180m。頂板巖性從下而上依次為粉砂巖(1. 09m)，細砂巖(9. 81m)，粗砂
巖(17m)，細砂巖(2. 45m)，粘土巖(16. 12m)，細砂巖(38m)。 根據(jù)已有的礦壓觀測結(jié)果，1302工作面主要礦壓參數(shù)為(見圖1): (1)直接頂板5 (垮落層)厚度mz = llm ; (2)巷旁充填體9到老頂巖梁4端部斷裂線的距離C = 6. 5 ; (3)老頂周期來壓步距(也就是老頂巖梁4的跨度)L = 20m ; (4)采高厚度h = 6. 2m ; (5)老頂厚度35-40m ; (6)老頂初次來壓步距55-60m ; (7)老頂端部斷裂線距離煤壁邊緣1. 5m。
該空留巷設(shè)計寬度a = 4. 0m，高度H = 3. 8m。 為了提高煤炭資源回收率，減少巷道掘進量，原設(shè)計采用巷旁充填的方式進行了 沿空留巷試驗作為下區(qū)段1304工作面的通風順槽，原設(shè)計充填體寬度5m。由于采高大，導 致直接頂5厚度較大，在留巷過程中巷道受到了老頂巖梁4回轉(zhuǎn)下沉帶來的巨大的動壓影 響，致使巷旁充填體9被壓壞，巷道變形嚴重，不能滿足后續(xù)工作面通風、運輸及行人的要 求。 采用本發(fā)明專利中提出的方法，對1302工作面運輸巷進行了沿空留巷。具體步驟 如下 第一步計算沿空留巷的頂板下沉量預測值hdhd = * [/ - wz (U]=嘗[6.2 -11 x (1.3 一 l)] = 0.945 ，取o. 9m。 第二步當工作面采過后進行留巷，用金屬鉸接頂梁6與單體液壓支柱7加強巷道 頂板支護。 第三步進行巷旁充填，充填體9高度為巷道原設(shè)計高度減去頂板下沉量預測值 hd。 巷道原設(shè)計高度為3. 8m，預計的頂板下沉量為0. 9m，因此，巷旁充填體9的高度為 hc = 3. 8-0. 9 = 2. 9m。 第四步在巷旁充填體9頂部，安裝柔性讓壓氣囊8，囊體上安裝有單向泄壓閥，氣 囊8充氣后的高度等于頂板下沉量預測值hd二 0. 9m，囊體里面充滿空氣，氣壓為3MPa，囊 體上安裝有單向泄壓閥，泄壓壓力為4MPa。當側(cè)向老頂巖梁4回轉(zhuǎn)下沉時，壓縮囊體，使囊 體內(nèi)空氣壓力增大，當達到4MPa時，單向閥即可開啟，氣體溢出，氣囊高度減小。由于單向 閥卸載時的壓力為4MPa，遠遠小于巷旁充填體的破壞強度(20-30MPa)，因此，在側(cè)向老頂 巖梁4回轉(zhuǎn)下沉過程中，巷旁充填體9不會被壓壞。
第六步撤出讓壓氣囊8 當柔性讓壓氣囊8被壓縮到接近不可壓縮的程度時，放出氣囊8內(nèi)殘余的氣體，及 時將其撤出，讓破碎下落的頂板5直接壓在巷旁充填體9上。根據(jù)實際情況，可采用黃泥等 對巷旁充填體9上部的局部空隙進行封堵，防止采空區(qū)3內(nèi)的瓦斯漏出，同時防止空氣進入 工作面采空區(qū)3，引起自燃。 第七步撤出金屬鉸接頂梁6與單體液壓支柱7，完成充填工作，形成堅固的留巷 巷道，作為下區(qū)段后續(xù)工作面1304的回風順槽。 該沿空留巷巷道在1304工作面回采期間，滿足了回風、行人及材料運輸?shù)囊蟆?不僅少掘了一條巷道，而且多采出煤炭1500mX5mX6. 2mX1.35t/m3 = 62775t。
權(quán)利要求
一種厚煤層大采高工作面沿空留巷方法，其特征在于，它包括以下步驟第一步計算沿空留巷的頂板下沉量預測值hd在采煤工作面開采之前，根據(jù)已知地質(zhì)條件和通用的采場結(jié)構(gòu)力學模型，計算沿空留巷的頂板下沉量預測值hd； <mrow><msub> <mi>h</mi> <mi>d</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mi>C</mi> <mi>L</mi></mfrac><mo>[</mo><mi>h</mi><mo>-</mo><msub> <mi>m</mi> <mi>z</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>K</mi><mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow>式中hd-頂板下沉量預測值，單位m；C-巷旁充填體到老頂巖梁端部斷裂線的距離，單位m；L-老頂巖梁的跨度，單位m；h-采高，單位m；mz-直接頂厚度，單位m；KA-采空區(qū)矸石碎漲系數(shù)，KA＝1.3；第二步采煤工作面采過后按照現(xiàn)有巷道充填方法進行留巷，首先用金屬鉸接頂梁與單體液壓支柱加強巷旁頂板支護；第三步按照現(xiàn)有巷旁充填方法進行巷旁充填，充填時充填體高度為巷道原設(shè)計高度減去頂板下沉量預測值hd，給工作面后方側(cè)向老頂巖梁回轉(zhuǎn)下沉預留下變形空間；第四步在巷旁充填體頂部留下的變形空間內(nèi)，安裝柔性讓壓氣囊，氣囊體充氣后的高度等于頂板下沉量預測值hd；氣囊內(nèi)充滿空氣，充氣壓力為3MPa；囊體上安裝有單向泄壓閥，泄壓壓力為4MPa；第五步撤出讓壓氣囊當柔性讓壓氣囊被壓縮到接近不可壓縮的程度時，放出氣囊內(nèi)殘余的氣體，及時將其撤出，讓頂板巖石直接壓在巷旁充填體上。此時由于老頂巖梁已經(jīng)完成回轉(zhuǎn)，不再產(chǎn)生巨大壓力，并在采空區(qū)內(nèi)觸矸穩(wěn)定，所以巷旁充填體就不會再受到劇烈的頂板壓力。因此可以保證巷旁充填體的安全，進而保證沿空留巷的成功；第六步撤出金屬鉸接頂梁與單體液壓支柱，實現(xiàn)巷道充填工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種厚煤層大采高工作面沿空留巷方法，它主要是在巷旁充填體頂部留下的變形空間內(nèi)，安裝柔性讓壓氣囊，氣囊體充氣后的高度等于頂板下沉量預測值，氣囊內(nèi)充滿空氣，充氣壓力為3MPa；囊體上安裝有單向泄壓閥，泄壓壓力為4MPa。通過設(shè)置柔性讓壓氣囊，一方面有效地保護了巷旁充填體，達到了沿空留巷的目的；另一方面防止采空區(qū)煤炭自燃，保證了生產(chǎn)安全；同時提高了煤炭的開采率。
文檔編號E21D15/44GK101725368SQ20091023152
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月28日
發(fā)明者盧國志, 宋振騏, 崔保春, 文志杰, 李偉, 湯建泉, 王剛, 石永奎 申請人:山東科技大學