專利名稱：大采高綜采工作面小煤柱等壓過(guò)空巷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保證綜采工作面快速安全過(guò)煤層空巷的頂板控制方法，具體地說(shuō)是一種防止工作面過(guò)空巷時(shí)發(fā)生頂板切冒等災(zāi)變運(yùn)動(dòng)的巖層控制方法。
背景技術(shù)：
由于采礦條件的限制，綜采工作面經(jīng)常要通過(guò)尺寸較大的空巷。受到采動(dòng)影響，空巷頂板的整體性會(huì)降低，頂板破碎冒落，或者雖然頂板完整性較好，下沉量卻較大，它們均會(huì)嚴(yán)重影響工作面的快速推進(jìn)，甚至導(dǎo)致工作面停產(chǎn)，并對(duì)安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。空巷對(duì)大采高綜采工作面的影響尤為嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的過(guò)空巷方法有以下幾種①用密集支柱或木垛加強(qiáng)對(duì)空巷頂板的支護(hù)，或用錨桿、錨索加固空巷頂板和兩幫，工作面正常推進(jìn)直接進(jìn)入空巷；②跳采繞過(guò)空巷，重開切眼布置工作面；③先充填空巷，采煤機(jī)切割充填體過(guò)空巷。密集支柱或木垛承載能力低，在超前支承壓力的作用下空巷可能產(chǎn)生冒頂和兩幫大范圍的片幫，或空巷上方頂板發(fā)生斷裂，使工作面和空巷頂板下沉量大幅度增加，支架工作阻力急劇升高，出現(xiàn)壓死或壓壞支架等事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，并威脅安全生產(chǎn)。后一種方法主要用于炮采或普采等搬家費(fèi)用少、影響工期短的工作面，另外，由于在空巷前后兩側(cè)留設(shè)保護(hù)煤柱，搬家倒面還會(huì)造成資源浪費(fèi)?？障锍涮罘椒ǔ涮罟に噺?fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)料，且過(guò)空巷速度較慢。因此，上述三種傳統(tǒng)的過(guò)空巷方法由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益差或安全得不到保障， 都不能保證綜采工作面快速安全通過(guò)空巷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于解決現(xiàn)有技術(shù)中大采高綜采工作面過(guò)空巷方法所存在的技術(shù)缺陷，提供一種大采高綜采工作面小煤柱等壓過(guò)空巷方法；該方法是一種基于有效消減工作面和空巷礦壓顯現(xiàn)的頂板控制技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)捷、勞動(dòng)強(qiáng)度低、空巷支護(hù)成本低及過(guò)空巷耗時(shí)短等特點(diǎn)。其技術(shù)解決方案是一種大采高綜采工作面小煤柱等壓過(guò)空巷方法，包括以下步驟a降低工作面采高綜采工作面采高應(yīng)在停采等壓前平緩降低至空巷高度，用于減弱大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)，以確保工作面與空巷貫通時(shí)順利接頂；b留設(shè)等壓小煤柱上述綜采工作面采高降低至空巷高度后，并推進(jìn)至空巷前方一定距離時(shí)停采，在綜采工作面與空巷之間的預(yù)留煤柱作為等壓小煤柱，等壓小煤柱的寬度設(shè)為W，W優(yōu)選為 3 4m ；c工作面等壓綜采工作面在步驟b中的等壓小煤柱處停采等壓，等壓時(shí)間設(shè)為T，T優(yōu)選為4 12h，在等壓時(shí)間內(nèi)，采動(dòng)引起的集中應(yīng)力將會(huì)通過(guò)等壓小煤柱劇烈變形以及空巷圍巖適度變形的方式得到有效釋放；d采煤機(jī)割透等壓小煤柱進(jìn)入空巷等壓結(jié)束后，綜采工作面繼續(xù)推進(jìn)，采煤機(jī)割透等壓小煤柱后，工作面支架快速推移進(jìn)入空巷，安全控頂。上述步驟a中，在綜采工作面距空巷約30m時(shí)，開始平緩降低采高，由正常大采高降至空巷的高度。上述步驟d中，首先采取雙向割煤直線進(jìn)刀方式，當(dāng)工作面局部位置出現(xiàn)異常大礦壓時(shí)，采煤機(jī)優(yōu)先割透特殊部位的煤柱。本發(fā)明提供了一種基于有效消減工作面和空巷礦壓顯現(xiàn)的頂板控制關(guān)鍵技術(shù)，即小煤柱等壓技術(shù)。所謂小煤柱等壓技術(shù)，就是當(dāng)工作面推進(jìn)至距空巷一定距離(等壓小煤柱寬度)時(shí)，回采工作面主動(dòng)停采一段時(shí)間(等壓時(shí)間)，使得采動(dòng)影響以等壓小煤柱急劇變形和空巷圍巖的適度變形的方式提前有效釋放，采煤機(jī)切割小煤柱進(jìn)入空巷過(guò)程中，工作面和空巷礦壓顯現(xiàn)微弱，杜絕了頂板發(fā)生災(zāi)變運(yùn)動(dòng)的可能性，實(shí)現(xiàn)了工作面安全快速通過(guò)空巷。本發(fā)明操作簡(jiǎn)捷、勞動(dòng)強(qiáng)度低、空巷支護(hù)成本低、過(guò)空巷耗時(shí)短，是一種有效的過(guò)空巷技術(shù)，具有極大的應(yīng)用前景。本發(fā)明的有益技術(shù)效果具體表現(xiàn)在一、通過(guò)降低大采高綜采工作面的采高至較小的空巷高度，有效消減了采動(dòng)對(duì)工作面和空巷礦壓顯現(xiàn)的影響程度，同時(shí)保證了工作面和空巷頂板的無(wú)落差對(duì)接；通過(guò)留設(shè)合理的等壓小煤柱寬度和選擇小煤柱等壓時(shí)間，可以保證有害的采動(dòng)影響主要通過(guò)等壓小煤柱的顯著變形破壞方式提前得到大部分釋放；采用合理的采煤機(jī)割煤方式，可以保證等壓完成后工作面支架快速推移進(jìn)入空巷下方，實(shí)現(xiàn)安全控頂。二、空巷支護(hù)采用較簡(jiǎn)單有效的錨桿(索)支護(hù)方式能安全控頂，既避免了不等壓時(shí)該支護(hù)方式不能承受采動(dòng)影響而引發(fā)的空巷頂板切冒等頂板災(zāi)變運(yùn)動(dòng)，也避免了空巷內(nèi)采用垛式支架或充填材料密實(shí)充填空巷控頂帶來(lái)的巨大投入，又徹底解決了跳采搬家倒面過(guò)空巷固有的投入多、資源損失量大的弊端，實(shí)現(xiàn)了大采高綜采工作面快速安全高效過(guò)空巷工程目標(biāo)。實(shí)踐證明，采用上述小煤柱等壓過(guò)空巷技術(shù)過(guò)1條全長(zhǎng)320m、寬5. ^!、高3. 8m的空巷，比垛式支架或充填材料充實(shí)充填過(guò)空巷技術(shù)，可節(jié)約投入500萬(wàn)元以上，節(jié)省工時(shí) 12h以上；比跳采搬家倒面過(guò)空巷技術(shù)可以節(jié)約投入1000萬(wàn)元以上，節(jié)約工時(shí)144h以上。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明圖1為大采高綜采工作面全長(zhǎng)空巷及礦壓觀測(cè)測(cè)點(diǎn)布置平面圖。圖2為綜采工作面降低采高示意圖。圖3為綜采工作面停采時(shí)各空間相對(duì)關(guān)系圖。圖4為空巷頂板下沉量隨時(shí)間理論變化曲線圖。圖5為某礦大采高綜采工作面過(guò)空巷時(shí)實(shí)測(cè)小煤柱等壓時(shí)間與頂?shù)装逡平筷P(guān)系圖。圖6為雙向割煤直線平行推進(jìn)割煤方式示意圖。
圖7為優(yōu)先割透特殊部位煤柱割煤方式示意圖。圖中1.大采高綜采工作面，2.工作面前方第1條全長(zhǎng)空巷，3.工作面前方第2條全長(zhǎng)空巷，4.采空區(qū)，5.運(yùn)輸平巷，6.回風(fēng)平巷，7.綜采工作面內(nèi)基本支架工作阻力測(cè)點(diǎn)， 8.空巷內(nèi)頂?shù)装逡平亢晚敯咫x層測(cè)點(diǎn)，9.煤層，10.工作面基本支架，11.直接頂，12.老頂，13.等壓小煤柱，14.空巷間聯(lián)絡(luò)巷，15.采煤機(jī)，16.刮板運(yùn)輸機(jī)，17.工作面大礦壓局部區(qū)域，hi.正常推進(jìn)時(shí)綜采工作面采高，h2.空巷高度，W.等壓小煤柱寬度。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1至圖7，一種大采高綜采工作面小煤柱等壓過(guò)空巷方法，包括以下步驟一、降低工作面采高為消減大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)，確保工作面與空巷貫通時(shí)順利接頂，在回采工作面距空巷約30m時(shí)，開始平緩降低采高，至等壓開始時(shí)由正常的大采高h(yuǎn)i降至較小的空巷高度h2。二、留設(shè)等壓小煤柱工作面降低采高推進(jìn)至空巷前方一定距離時(shí)停采等壓開始，該距離與等壓小煤柱的寬度W相同。W過(guò)大時(shí)，煤柱有較大的彈性核區(qū)，等壓時(shí)，煤柱不變形破壞或變形破壞很小，限制了上方頂板的有利運(yùn)動(dòng)，達(dá)不到頂板卸壓效果；反之，W過(guò)小時(shí)，煤柱沒(méi)有彈性核區(qū)，沒(méi)有能力阻止頂板的有害運(yùn)動(dòng)，雖然達(dá)到了卸壓效果，但可能會(huì)造成支架壓死、空巷負(fù)幫大面積嚴(yán)重破壞并導(dǎo)致頂板突變性沉降或切落冒頂。因此，等壓小煤柱寬度太寬和太窄均不利于空巷卸壓。確定等壓小煤柱寬度最有效的方法是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)，當(dāng)工作面和空巷內(nèi)頂板下沉量和煤壁片落等宏觀礦壓顯現(xiàn)開始急劇增加，此時(shí)工作面煤壁至空巷正幫的煤柱寬度即為合理的等壓小煤柱寬度。等壓小煤柱寬度優(yōu)選為3 細(xì)。三、工作面等壓工作面在等壓小煤柱處停采等壓，等壓時(shí)間(T)內(nèi)，采動(dòng)引起的集中應(yīng)力將會(huì)通過(guò)等壓小煤柱劇烈變形以及空巷圍巖適度變形的方式得到有效釋放。工作面等壓時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則在較大的超前支承壓力作用下，空巷上方頂板急劇下沉并破斷冒落，空巷負(fù)幫大面積片幫，支架載荷急劇上升有可能超過(guò)其額定工作阻力，支架壓死或壓壞。工作面等壓時(shí)間過(guò)短時(shí)，則空巷卸壓不充分，采煤機(jī)切割等壓小煤柱和支架進(jìn)入空巷過(guò)程中，工作面和空巷圍巖會(huì)產(chǎn)生切冒等頂板事故。同樣，確定小煤柱等壓時(shí)間最有效的方法是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)礦壓
觀測(cè)，當(dāng)空巷圍巖和等壓小煤柱的礦壓顯現(xiàn)顯著緩和時(shí)，標(biāo)志等壓結(jié)束。采用開爾文流變模
( ^Λ
型推導(dǎo)出空巷頂板下沉量與等壓時(shí)間的關(guān)系為▽ = % 14 ，結(jié)合實(shí)測(cè)的空巷頂板下沉量
V J
知，支架進(jìn)入空巷安全控頂時(shí)，約80%以上的頂板下沉量發(fā)生在等壓4 12h以內(nèi)。因此， 可根據(jù)實(shí)測(cè)的空巷頂?shù)装逡平?一種礦壓顯現(xiàn))曲線判斷等壓時(shí)間，當(dāng)移近速度趨近于零時(shí)，標(biāo)志等壓結(jié)束，采煤機(jī)可以開始切割等壓小煤柱。等壓時(shí)間一般為4 12h。四、采煤機(jī)割透等壓小煤柱進(jìn)入空巷等壓結(jié)束后，綜采工作面繼續(xù)推進(jìn)，推進(jìn)過(guò)程中，工作面支架阻力和空巷礦壓顯現(xiàn)增量輕微，等壓小煤柱片幫嚴(yán)重。為使支架及早進(jìn)入空巷安全控頂，一般采取工藝簡(jiǎn)單和耗時(shí)最短的雙向割煤直線進(jìn)刀方式，當(dāng)工作面局部位置出現(xiàn)異常大礦壓時(shí)，采煤機(jī)優(yōu)先割透該部位的煤柱，工作面支架快速推移進(jìn)入空巷。上述一、二、三、四步驟依次實(shí)施后，能有效杜絕了回采工作面過(guò)空巷時(shí)可能發(fā)生的頂板災(zāi)變運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了采用小煤柱等壓技術(shù)保證大采高綜采工作面快速安全通過(guò)空巷的工程目標(biāo)。對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明如下(1)對(duì)大采高綜采工作面1、空巷2和空巷3圍巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)是防止圍巖災(zāi)變運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)工作。如圖1所示，回采工作面1過(guò)空巷2前首先布置礦壓觀測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)類型主要包括工作面基本支架工作阻力監(jiān)測(cè)點(diǎn)7和空巷頂?shù)装逡平亢晚敯咫x層監(jiān)測(cè)點(diǎn)8。另外，當(dāng)大采高綜采工作面1推近空巷時(shí)，詳細(xì)記錄工作面1及空巷2和3的圍巖宏觀礦壓顯現(xiàn)。(2)如圖2所示，為消減頂板礦壓顯現(xiàn)和保證工作面1與空巷2貫通時(shí)基本支架 10順利進(jìn)入空巷2挑頂。當(dāng)綜采工作面1推至距空巷2約30m時(shí)，開始平緩降低采高，由原大采高h(yuǎn)i降至空巷高度h2。(3)如圖3所示，確定等壓小煤柱13寬度W最有效的方法可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)特征，尤其是工作面1內(nèi)煤壁的片落情況確定。W較大時(shí)，割煤后大采高綜采工作面1內(nèi)煤壁較少片幫，頂板斷裂發(fā)生的頻率小，聲響輕，W合適時(shí)，割煤后綜采工作面1內(nèi)煤壁大面積、 大深度片幫，頂板斷裂發(fā)生的頻率高，響聲大。取等壓小煤柱13的寬度W為3 細(xì)較好。(4)當(dāng)空巷2圍巖和等壓小煤柱13的礦壓顯現(xiàn)顯著緩和時(shí)可認(rèn)為等壓結(jié)束。工作面1停采等壓時(shí)，繪制空巷2頂?shù)装逡平壳€圖，當(dāng)移近速度趨近于零時(shí)，認(rèn)為等壓結(jié)束， 開始割煤。圖5為某礦大采高綜采工作面過(guò)空巷時(shí)空巷頂?shù)装逡平孔兓€圖。(5)等壓結(jié)束后，為使支架10及早進(jìn)入空巷2，一般采取雙向割煤直線平行推進(jìn)方式，如圖6所示；當(dāng)工作面局部位置17出現(xiàn)異常大礦壓時(shí)，采煤機(jī)15優(yōu)先割透特殊部位煤柱，如圖7所示。(6)大采高綜采工作面1推過(guò)空巷2后，按照上述(3)、⑷、(5)步驟實(shí)施，推過(guò)空巷3，之后，大采高綜采工作面1采高逐步恢復(fù)至原大采高h(yuǎn)i，恢復(fù)綜采工作面1的正常生產(chǎn)。上述方式中未述及的部分采取或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種大采高綜采工作面小煤柱等壓過(guò)空巷方法，其特征在于包括以下步驟a降低工作面采高綜采工作面采高應(yīng)在停采等壓前平緩降低至空巷高度，用于減弱大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)，以確保綜采工作面與空巷貫通時(shí)順利接頂；b留設(shè)等壓小煤柱上述綜采工作面采高降低至空巷高度后，并推進(jìn)至空巷前方一定距離時(shí)停采，在綜采工作面與空巷之間的預(yù)留煤柱作為等壓小煤柱，等壓小煤柱的寬度設(shè)為r，r為3 細(xì)； c工作面等壓綜采工作面在步驟b中的等壓小煤柱處停采等壓，等壓時(shí)間為4 12h，在等壓時(shí)間內(nèi)， 采動(dòng)引起的集中應(yīng)力將會(huì)通過(guò)等壓小煤柱劇烈變形以及空巷圍巖適度變形的方式得到有效釋放；d采煤機(jī)割透等壓小煤柱進(jìn)入空巷等壓結(jié)束后，綜采工作面繼續(xù)推進(jìn)，采煤機(jī)割透等壓小煤柱后，工作面支架快速推移進(jìn)入空巷，安全控頂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大采高綜采工作面小煤柱等壓過(guò)空巷方法，其特征在于所述步驟a中，在綜采工作面距空巷約30m時(shí)，開始平緩降低采高，由正常的大采高降至空巷的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大采高綜采工作面小煤柱等壓過(guò)空巷方法，其特征在于所述步驟d中，首先采取雙向割煤直線進(jìn)刀方式，當(dāng)工作面局部位置出現(xiàn)異常大礦壓時(shí)，采煤機(jī)優(yōu)先割透特殊部位的煤柱。
全文摘要
本發(fā)明公開一種大采高綜采工作面小煤柱等壓過(guò)空巷方法，包括如下步驟降低工作面采高，綜采工作面采高應(yīng)在停采等壓前平緩降低至空巷高度；留設(shè)等壓小煤柱，綜采工作面推進(jìn)至空巷前方一定距離時(shí)停采，在綜采工作面與空巷之間的預(yù)留煤柱作為等壓小煤柱；工作面等壓，綜采工作面在等壓小煤柱處停采等壓；等壓結(jié)束后，綜采工作面繼續(xù)推進(jìn)，采煤機(jī)割透等壓小煤柱后，工作面支架快速推移進(jìn)入空巷，安全控頂。本發(fā)明操作簡(jiǎn)捷、勞動(dòng)強(qiáng)度低、空巷支護(hù)成本低、過(guò)空巷耗時(shí)短，是一種有效的過(guò)空巷技術(shù)，具有極大的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)E21C41/16GK102322261SQ20111014637
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者吳士良, 宋立兵, 杜科科, 潘金, 董尹庚, 趙永峰, 韓偉 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)