一种近距离煤层采掘接替巷道围岩控制方法与流程

1.本发明涉及一种巷道围岩控制方法，具体是一种近距离煤层采掘接替巷道围岩控制方法。


背景技术：

2.随着我国煤炭资源的高强度开发，部分矿井在近距离煤层群赋存条件下采用单一层面单一工作面方式回采煤炭资源，这种方式限制了矿井产量的提升；并且在后续变更开采煤层时，由于没有其他工作面回采造成采掘接替紧张；而已采用煤层群联合开采的矿井，由于没有系统的针对近距离煤层群采掘接替巷道进行特定支护措施设计，目前仍然依靠常规单一层面开采时的巷道围岩控制方法，导致近距离煤层群采掘接替巷道在使用过程中存在巷道围岩稳定性差，最终严重影响工作面的安全生产。因此如何提供一种方法，使得在采用近距离煤层群采掘接替巷道方式进行工作面回采基础上，能持续保证巷道围岩稳定性，从而不仅能解决采掘接替关系紧张的问题，而且能持续保证工作面的安全生产，是本行业的研究方向。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种近距离煤层采掘接替巷道围岩控制方法，在采用近距离煤层群采掘接替巷道方式进行工作面回采基础上，能持续保证巷道围岩稳定性，从而不仅能解决采掘接替关系紧张的问题，而且能持续保证工作面的安全稳定生产。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种近距离煤层采掘接替巷道围岩控制方法，具体步骤为：
5.步骤一、先选择具有近距离煤层群的待采掘煤矿，其中相邻两层煤层中靠近地面的为上煤层，另一层作为下煤层，然后以上煤层作为先采煤层，开始进行上煤层工作面回采，在上煤层工作面回采的同时对下煤层工作面巷道进行掘进，具体为：
6.根据上煤层工作面回采与下煤层工作面巷道掘进过程中从空间上将掘进分成在原岩应力区内掘进和在采动应力区内掘进；其中采动应力区是指下煤层工作面巷道掘进受上煤层工作面支承压力影响的巷道布置范围；原岩应力区是指下煤层工作面巷道掘进不受上煤层工作面回采影响的区域；采动应力区和原岩应力区根据行业公知技术手段进行划分；
7.其中根据上煤层工作面回采与下煤层工作面巷道掘进过程中从时间上将在采动应力区内的掘进分成三个阶段；将上煤层工作面正常回采与下煤层工作面巷道正常掘进相向同时进行时定义为采掘相向段；将上煤层工作面正常回采同时下煤层工作面巷道停止掘进时，或上煤层工作面停止回采同时下煤层工作面巷道正常掘进时定义为采掘单一段；将上煤层工作面正常回采与下煤层工作面巷道正常掘进相背同时进行时定义为采掘相背段；
8.步骤二、根据步骤一的划分开始进行上煤层工作面回采及下煤层工作面巷道的掘
进，并在此过程中通过数值计算、理论分析和矿压观测确定下煤层工作面巷道的停掘距和复掘距，进而根据停掘距和复掘距确定步骤一中各个阶段的具体位置，其中停掘距为上煤层工作面未回采到下煤层工作面巷道上方，但上煤层工作面回采带来的支承压力到达下煤层工作面巷道掘进迎头时上煤层工作面与下煤层工作面巷道迎头之间的水平距离；复掘距为上煤层工作面经过下煤层工作面巷道迎头上方并在下煤层工作面巷道上方回采一定距离后，上煤层工作面回采带来的支承压力对下煤层工作面巷道掘进迎头无影响时的上煤层工作面与下煤层工作面巷道迎头之间的水平距离；其中停掘距和复掘距的确定过程为：
9.停掘距：l
停
＝6
×k×
m t1×
s110.式中，k为层间距影响系数，h为上煤层和下煤层之间的层间距，m为上煤层的采高，单位均为m，t1为下煤层工作面巷道掘进稳定时间，单位为d，s1为巷道平均日掘进量，单位为m/d，上式t1根据矿压观测结果确定；
11.矿压观测采用监测下煤层工作面巷道围岩变形速度和锚杆、锚索应力及钻孔窥视，钻孔深度l＞l1，式中，l1为围岩裂隙、离层深度；巷道掘进稳定时间t1＝t2 t3，t2为下煤层工作面巷道自开挖到围岩变形速度小于10mm/d的时间，若锚杆、锚索应力达到破断极限，则需补打锚杆、锚索的支护措施，此时，t3为补打支护措施的时间，若锚杆、锚索应力未达到破断极限，则t3＝0；
12.巷道复掘距：l
复
＝60 t4×
s213.式中，t4为上煤层工作面推过下煤层工作面巷道迎头上方60m后下煤层工作面巷道围岩变形速度小于10mm/d的时间，单位为d，s2为上煤层工作面日推进量，单位为m/d；
14.上式中60m是为了避免下煤层工作面巷道掘进迎头受工作面滞后支撑压力过大影响确定的安全距离，若下煤层工作面巷道围岩变形速度在上煤层工作面与下煤层工作面巷道迎头之间的水平距离未达到60m时已小于10mm/d时，则t4＝0；
15.步骤三、根据步骤二确定的各个阶段的具体位置，在下煤层工作面巷道掘进到达采掘相向段、采掘单一段、采掘相背段时分别采用不同的支护方式，从而保证下煤层工作面巷道整个掘进过程中巷道围岩的稳定，具体为：
16.(1)采掘相向段：此阶段后期受上煤层工作面回采扰动大，下煤层工作面巷道采用高预紧力的锚杆、锚索联合加强支护；其中保证巷道顶板及两侧帮各自每9m2至少布置一根锚索，锚索滞后下煤层工作面巷道掘进迎头距离不大于20m，从而避免锚索支护不及时，深部围岩泄压，产生裂隙或离层，降低支护效果；
17.上述锚索长度l
锚
＝l1 1，确保锚索锚固段在完整围岩区域内；
18.巷道在完成上述支护措施后，在各帮角补打帮角锚杆，且锚杆、锚索分别用平行巷道轴线布置的钢筋梯子梁连接；
19.采掘单一段：此阶段上煤层工作面回采对下煤层工作面巷道稳定产生较大影响，对下煤层工作面巷道l
停
l
复
范围内进行补强支护，支护措施如下：
20.①
上煤层工作面正常回采同时下煤层工作面巷道停止掘进时：此阶段仅上煤层工作面进行回采，自下煤层工作面巷道迎头向后沿巷道中轴线对称布置多个单体支柱，配合π钢梁进行加强支护，使每组支护结构至少包含一个π钢梁和两个单体支柱，相邻两单体支柱间排距不大于2m，且单体支柱补强区长度大于上煤层工作面超前支承压力影响的范围；
21.②
上煤层工作面停止回采同时下煤层工作面巷道正常掘进时：工作面停止回采，下煤层工作面巷道正常掘进，此段跟随掘进机持续布置单体支柱和π钢梁，在架设好的单体支柱中间补打锚索，提高巷道支护强度；
22.(3)采掘相背段：此阶段下煤层工作面巷道掘进迎头不受上工作面回采支承应力影响时，根据前一阶段支护情况增大锚杆、锚索支护间距，从而提高巷道掘进速度。
23.进一步，在采掘相背段中根据上煤层工作面日推进量s2，将靠近下煤层工作面巷道掘进迎头的单体支柱拆除并移架至靠近采掘单一段的位置布设相应距离的单体支柱，保证受上煤层工作面回采影响的巷道区段始终处于加强支护状态。
24.进一步，对步骤一确定的在原岩应力区内掘进的下煤层工作面巷道，根据围岩条件采用常规支护措施进行巷道支护。
25.进一步，所述步骤三的
①
中单体支柱和π钢梁的布置形式包括每组支护结构由一个π钢梁和两个单体支柱组成，或每组支护结构由一个π钢梁和三个单体支柱组成，或每组支护结构由一个π钢梁和四个单体支柱组成，根据巷道围岩具体情况选择使用。
26.与现有技术相比，本发明采用上煤层工作面回采的同时对下煤层工作面巷道进行掘进，并先从空间上将下煤层工作面巷道掘进分成在原岩应力区内掘进和在采动应力区内掘进，由于原岩应力区内掘进不受上煤层工作面回采影响，因此可以采用常规支护措施对该部分掘进进行支护；接着根据下煤层工作面巷道掘进和上煤层工作面回采之间的时间关系将在采动应力区内的掘进分成采掘相向段、采掘单一段和采掘相背段共三个阶段，接着通过数值计算、理论分析和矿压观测确定下煤层工作面巷道的停掘距和复掘距，进而根据停掘距和复掘距确定各个阶段的具体位置，然后下煤层工作面巷道掘进时在达到各个位置进入三个阶段时，分别针对每一阶段受采动应力影响特征，采用特定的支护措施进行支护，最终在下煤层工作面巷道整个掘进过程中，既确保了巷道受采动应力影响时的围岩稳定性，又加快了受采动应力影响后巷道掘进速度；同时，将巷道围岩支护措施参数化处理，使整个围岩控制方法具有广泛的适应性与工程实践性；并且在上煤层工作面回采结束时，下煤层工作面巷道也已完成掘进施工，此时可直接进行下煤层工作面回采工作，有效解决采掘接替关系紧张的问题，持续保证工作面的安全稳定生产。
附图说明
27.图1是本发明中下煤层工作面巷道从空间上的划分示意图；
28.图2是本发明中下煤层工作面巷道从时间上划分各个阶段的示意图；
29.图3是本发明中对采掘相背段进行支护时单体支柱的移架支护示意图。
具体实施方式
30.下面将对本发明作进一步说明。
31.本发明具体步骤为：
32.步骤一、先选择具有近距离煤层群的待采掘煤矿，其中相邻两层煤层中靠近地面的为上煤层，另一层作为下煤层，然后以上煤层作为先采煤层，开始进行上煤层工作面回采，在上煤层工作面回采的同时对下煤层工作面巷道进行掘进，具体为：
33.如图1所示，根据上煤层工作面回采与下煤层工作面巷道掘进过程中从空间上将
掘进分成在原岩应力区内掘进和在采动应力区内掘进；其中采动应力区是指下煤层工作面巷道掘进受上煤层工作面支承压力影响的巷道布置范围；原岩应力区是指下煤层工作面巷道掘进不受上煤层工作面回采影响的区域；采动应力区和原岩应力区根据行业公知技术手段进行划分；在原岩应力区内掘进的下煤层工作面巷道，由于不受上煤层工作面回采影响，因此可采用上煤层工作面正常回采与下煤层工作面巷道正常掘进相向同时进行，并且根据围岩条件在掘进过程中采用常规支护措施进行巷道支护；
34.其中根据上煤层工作面回采与下煤层工作面巷道掘进过程中从时间上将在采动应力区内的掘进分成三个阶段；将上煤层工作面正常回采与下煤层工作面巷道正常掘进相向同时进行时定义为采掘相向段；将上煤层工作面正常回采同时下煤层工作面巷道停止掘进时，或上煤层工作面停止回采同时下煤层工作面巷道正常掘进时定义为采掘单一段；将上煤层工作面正常回采与下煤层工作面巷道正常掘进相背同时进行时定义为采掘相背段；
35.步骤二、如图2所示，根据步骤一的划分开始进行上煤层工作面回采及下煤层工作面巷道的掘进，并在此过程中通过数值计算、理论分析和矿压观测确定下煤层工作面巷道的停掘距和复掘距，进而根据停掘距和复掘距确定步骤一中各个阶段的具体位置，其中停掘距为上煤层工作面未回采到下煤层工作面巷道上方，但上煤层工作面回采带来的支承压力到达下煤层工作面巷道掘进迎头时上煤层工作面与下煤层工作面巷道迎头之间的水平距离；复掘距为上煤层工作面经过下煤层工作面巷道迎头上方并在下煤层工作面巷道上方回采一定距离后，上煤层工作面回采带来的支承压力对下煤层工作面巷道掘进迎头无影响时的上煤层工作面与下煤层工作面巷道迎头之间的水平距离；其中停掘距和复掘距的确定过程为：
36.停掘距：l
停
＝6
×k×
m t1×
s137.式中，k为层间距影响系数，h为上煤层和下煤层之间的层间距，m为上煤层的采高，单位均为m，t1为下煤层工作面巷道掘进稳定时间，单位为d，s1为巷道平均日掘进量，单位为m/d，上式t1根据矿压观测结果确定；
38.矿压观测采用监测下煤层工作面巷道围岩变形速度和锚杆、锚索应力及钻孔窥视，钻孔深度l＞l1，式中，l1为围岩裂隙、离层深度；巷道掘进稳定时间t1＝t2 t3，t2为下煤层工作面巷道自开挖到围岩变形速度小于10mm/d的时间，若锚杆、锚索应力达到破断极限，则需补打锚杆、锚索的支护措施，此时，t3为补打支护措施的时间，若锚杆、锚索应力未达到破断极限，则t3＝0；
39.巷道复掘距：l
复
＝60 t4×
s240.式中，t4为上煤层工作面推过下煤层工作面巷道迎头上方60m后下煤层工作面巷道围岩变形速度小于10mm/d的时间，单位为d，s2为上煤层工作面日推进量，单位为m/d；
41.上式中60m是为了避免下煤层工作面巷道掘进迎头受工作面滞后支撑压力过大影响确定的安全距离，若下煤层工作面巷道围岩变形速度在上煤层工作面与下煤层工作面巷道迎头之间的水平距离未达到60m时已小于10mm/d时，则t4＝0；
42.步骤三、根据步骤二确定的各个阶段的具体位置，在下煤层工作面巷道掘进到达采掘相向段、采掘单一段、采掘相背段时分别采用不同的支护方式，从而保证下煤层工作面巷道整个掘进过程中巷道围岩的稳定，具体为：
43.(1)采掘相向段：此阶段后期受上煤层工作面回采扰动大，下煤层工作面巷道采用高预紧力的锚杆、锚索联合加强支护；其中保证巷道顶板及两侧帮各自每9m2至少布置一根锚索，锚索滞后下煤层工作面巷道掘进迎头距离不大于20m，从而避免锚索支护不及时，深部围岩泄压，产生裂隙或离层，降低支护效果；
44.上述锚索长度l
锚
＝l1 1，确保锚索锚固段在完整围岩区域内；
45.巷道在完成上述支护措施后，在各帮角补打帮角锚杆，且锚杆、锚索分别用平行巷道轴线布置的钢筋梯子梁连接；
46.采掘单一段：此阶段上煤层工作面回采对下煤层工作面巷道稳定产生较大影响，对下煤层工作面巷道l
停
l
复
范围内进行补强支护，支护措施如下：
47.①
上煤层工作面正常回采同时下煤层工作面巷道停止掘进时：此阶段仅上煤层工作面进行回采，自下煤层工作面巷道迎头向后沿巷道中轴线对称布置多个单体支柱，配合π钢梁进行加强支护，单体支柱和π钢梁的布置形式包括每组支护结构由一个π钢梁和两个单体支柱组成，或每组支护结构由一个π钢梁和三个单体支柱组成，或每组支护结构由一个π钢梁和四个单体支柱组成，根据巷道围岩具体情况选择使用；相邻两单体支柱间排距不大于2m，且单体支柱补强区长度大于上煤层工作面超前支承压力影响的范围；
48.②
上煤层工作面停止回采同时下煤层工作面巷道正常掘进时：工作面停止回采，下煤层工作面巷道正常掘进，此段跟随掘进机持续布置单体支柱和π钢梁，在架设好的单体支柱中间补打锚索，提高巷道支护强度；
49.(3)采掘相背段：此阶段下煤层工作面巷道掘进迎头不受上工作面回采支承应力影响时，根据前一阶段支护情况增大锚杆、锚索支护间距，从而提高巷道掘进速度；如图3所示，根据上煤层工作面日推进量s2，将靠近下煤层工作面巷道掘进迎头的单体支柱拆除并移架至靠近采掘单一段的位置布设相应距离的单体支柱，保证受上煤层工作面回采影响的巷道区段始终处于加强支护状态。
50.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。