一种含夹矸煤层切顶沿空留巷下保护巷道的方法

本发明涉及一种煤炭开采技术，尤其涉及一种含夹矸煤层切顶沿空留巷下保护巷道的方法。


背景技术：

沿空留巷作为一种采区内不留设煤柱的开采方法，一直以来都是提高煤炭回收效率的重要途径。目前来看，沿空留巷的主要实现方法有两个：一是通过在巷道的采空区一侧构筑不同材料和结构的墙体，从而实现对原本留设煤柱的一个置换，置换后的巷旁墙体结构仍具备支撑并切断顶板、隔绝采空区和维护巷道空间的煤柱功能；另一种方法则是通过聚能爆破或者水力切缝等方法，预先切断巷道和工作面之间的顶板，使得工作面顶板能够在煤层开采后及时破断垮落，从而避免巷道顶板被破坏，同时利用垮落堆积的破碎岩块自动形成巷道一帮，省去构筑巷旁人工墙体的工作量和材料。在巷旁充填人工墙体进行沿空留巷的研究过程中，人们逐渐意识到巷旁的人工墙体不仅要有足够的强度，以支撑巷道顶板，限制其位移和变形，而且人工墙体还应该具备煤柱的可变形特性，实现对巷道顶板的让压和吸能，以防墙体应力不断累积后发生破裂甚至失效，这就给人工墙体的材料选择和结构设计提出了很高的技术要求。除此之外，巷旁充填人工墙体由于施工地点紧靠工作面支架，往往会影响回采速度，缩短保留下来的巷道宽度，其应用范围较小，成本较高。主动切断巷道顶板同样能够实现人工墙体的断顶效果，而且切顶的高度和位置都是可控的，但需要在巷道靠近采空区一侧架设挡矸结构，以防止垮落的破碎岩块涌入巷道，而且，失去了巷道一侧的强力支撑后，采后覆岩运动期间，需要在巷道内布置较为密集的临时支护结构，同时破碎矸石构成的巷帮有漏风和瓦斯溢出的危险，对于易自燃和高瓦斯煤层存在安全隐患，需要对此制定专项措施，增加了大量的工作和成本。煤层中覆存夹矸是较为普遍的情况，目前对于开采煤层时产生的矸石，通常采取地面筛选后再进行处理的方式，不仅增加了处理工序和成本，也在一定程度上造成资源的浪费。因此，如何在井下充分利用夹矸煤层开采产生的矸石，并吸收人工构筑墙体和切顶沿空留巷的优点，实现提高资源利用效率和留巷效果的统一，对于生态、高效矿井建设具有重要的促进作用。有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种含夹矸煤层切顶沿空留巷下保护巷道的方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：本发明的含夹矸煤层切顶沿空留巷下保护巷道的方法，包括步骤：a、首先在煤层中完成工作面回采巷道的布置；
b、在工作面开切眼中安装工作面回采设备，工作面回采设备包括液压支架、刮板输送机等；c、工作面开始回采前，在开切眼前方的工作面运输巷中，沿巷道回采帮在巷道直接顶中施工预裂爆破孔和松动爆破孔；d、待预裂爆破孔和松动爆破孔施工完毕后，在预裂爆破孔内装入已经安装有炸药的聚能管，在松动爆破孔内直接装填炸药；e、在预裂爆破孔和下位松动爆破孔内安装非延时雷管，在上位松动爆破孔内安装毫秒延时雷管，然后将各爆破孔内的炸药和雷管串联后进行爆破；f、重复步骤d、e和f，保证爆破后的巷道顶板超前工作面的距离不小于超前支承压力影响区长度；g、工作面开始回采后，安装转载破碎机和底卸式输送机，将工作面夹矸层开采的矸石经转载破碎机破碎后，由底卸式输送机运送并堆积在巷旁采空区，然后采用喷注混凝土的方式对巷旁岩块堆积体进行加固，从而形成巷旁浇筑矸石墙；h、随着工作面的推进，重复步骤g中的夹矸层矸石破碎、充填和浇筑工序，在巷道旁形成一个沿着巷道走向的连续巷旁浇筑矸石墙，完成巷道的留设和维护。与现有技术相比，本发明所提供的含夹矸煤层切顶沿空留巷下保护巷道的方法，能够在不影响工作面正常生产和不缩小留巷宽度的前提下，充分利用煤层开采中产生的矸石构筑巷旁人工墙体，充分利用预裂和松动爆破实现切顶和采空区矸石充填，实现了对顶板运动变形的分段控制和采空区有效封闭，对于巷道维护和资源最大化利用具有积极作用。
附图说明
图1为本发明实施例的巷旁充填位置及设备布置整体平面图；图2为图1所示a-a剖面图。图3为图1所示b-b剖面图。图4为图1所示c-c剖面图。图中：1-煤层，2-采空区矸石，3-巷旁浇筑矸石墙；4-工作面运输巷；5-直接顶；6-基本顶；7-工作面液压支架；8-刮板输送机，9-转载破碎机，10-底卸式输送机，11-预裂爆破孔，12-上位松动爆破孔，13-下位松动爆破孔。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，x和/或y表示既包括“x”或“y”的情况也包括“x和y”的三种情况。
术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明的含夹矸煤层切顶沿空留巷下保护巷道的方法，包括步骤：a、首先在煤层中完成工作面回采巷道的布置；b、在工作面开切眼中安装工作面回采设备，工作面回采设备包括液压支架、刮板输送机等；c、工作面开始回采前，在开切眼前方的工作面运输巷中，沿巷道回采帮在巷道直接顶中施工预裂爆破孔和松动爆破孔；d、待预裂爆破孔和松动爆破孔施工完毕后，在预裂爆破孔内装入已经安装有炸药的聚能管，在松动爆破孔内直接装填炸药；e、在预裂爆破孔和下位松动爆破孔内安装非延时雷管，在上位松动爆破孔内安装毫秒延时雷管，然后将各爆破孔内的炸药和雷管串联后进行爆破；f、重复步骤d、e和f，保证爆破后的巷道顶板超前工作面的距离不小于超前支承压力影响区长度；g、工作面开始回采后，安装转载破碎机和底卸式输送机，将工作面夹矸层开采的矸石经转载破碎机破碎后，由底卸式输送机运送并堆积在巷旁采空区，然后采用喷注混凝土的方式对巷旁岩块堆积体进行加固，从而形成巷旁浇筑矸石墙；h、随着工作面的推进，重复步骤g中的夹矸层矸石破碎、充填和浇筑工序，在巷道
旁形成一个沿着巷道走向的连续巷旁浇筑矸石墙，完成巷道的留设和维护。所述步骤c中，预裂爆破孔与铅垂方向的夹角为15
°
，偏向回采侧，孔深为：其中，l为预裂爆破孔的深度；h为煤层的厚度；k为自然垮落法管理顶板时采空区矸石的碎胀系数，即岩层破碎后的体积与破碎前体积的比值。松动爆破孔分为上位松动爆破孔和下位松动爆破孔，其与铅垂方向的夹角分别为30
°
和45
°
，偏向回采侧，其孔深分别为1.12l和1.36l。所述步骤e中，预裂爆破孔和松动爆破孔均采用串联的方式进行联接，以保证预裂爆破孔和下位松动爆破孔内的炸药首先发生爆炸，而后上位松动爆破孔内的炸药爆炸，从而提高切缝面附近采空区顶板的松动爆破效果，提高其垮落后的充填效果。所述步骤g中，巷旁浇筑矸石墙的宽度由下式计算得出：其中，l为巷旁浇筑矸石墙的宽度。所述步骤g中，向巷旁采空区充填岩块并浇筑混凝土时，应分层进行，即充填的岩块达到0.8～1m高度后便进行混凝土喷注，注意混凝土中应掺加速凝剂，以便浇筑后的堆积块体尽快形成强度，然后进行下一层岩块的充填和混凝土喷注，直至充填高度达到巷道高度为止。综上可见，本发明实施例的含夹矸煤层切顶沿空留巷下保护巷道的方法，能够在不影响工作面正常生产和不缩小留巷宽度的前提下，充分利用煤层开采中产生的矸石构筑巷旁人工墙体，充分利用预裂和松动爆破实现切顶和采空区矸石充填，实现了对顶板运动变形的分段控制和采空区有效封闭，对于巷道维护和资源最大化利用具有积极作用。本发明能够将煤层开采过程中产生的废弃矸石利用起来，将其破碎后作为巷旁充填墙体的骨料，与混凝土混合后形成对上覆岩层的强力支撑结构，同时，利用预裂和松动爆破，使得采空区直接顶破断垮落形成的矸石能够发挥其自身的承载和变形性能，适应顶板的变形，同时限制变形的进一步发展，实现对留巷巷道的有效维护，同时实现了采空区封闭的功能。为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的进行详细描述。实施例1如图1至图4所示本发明的含夹矸煤层切顶留巷的护巷方法，具体步骤如下：a、首先在煤层1中完成工作面回采巷道的掘进工作，完成工作面的布置。b、在工作面开切眼中安装工作面液压支架7、刮板输送机8和采煤机等设备。上述步骤b中，注意开切眼中安装工作面液压支架7时，不在工作面运输巷4中进行安装，以留出后续工序所需施工设备的安装空间。c、工作面开始回采前，在开切眼前方的工作面运输巷4中，沿巷道回采帮在巷道直接顶5中施工预裂爆破孔11、上位松动爆破孔12和下位松动爆破孔13。上述步骤中，预裂爆破孔11与铅锤方向的夹角为15
°
，偏向回采侧，预裂爆破孔11
深度的计算公式为：其中，l为预裂爆破孔11的深度；h为煤层1的厚度；k为自然垮落法管理采顶板时采空区矸石2的碎胀系数，即岩层破碎后的体积与破碎前体积的比值。上位松动爆破孔12和下位松动爆破孔13与铅垂方向的夹角分别为30
°
和45
°
，偏向回采侧。d、待预裂爆破孔11、上位松动爆破孔12和下位松动爆破孔13施工完毕后，进行炸药的安装，预裂爆破孔11内的炸药安装在聚能管内，松动爆破孔内直接装填炸药。e、在预裂爆破孔11和下位松动爆破孔13内安装非延时雷管，上位松动爆破孔12内安装毫秒延时雷管，然后进行爆破。所述步骤e中，爆破孔采取串联的方式进行联接，以保证预裂爆破能够在巷道顶板内形成切缝面，同时，远离切缝面的工作面顶板岩层经非聚能爆破破坏后完整性大大降低，节理裂隙大量发育，最后，靠近切缝面的工作面顶板岩层在预裂爆破孔11和下位松动爆破孔13爆破产生的自由面和炸药爆破松动的共同作用下，岩体破碎程度较好。f、重复步骤d、e和f，保证爆破后的巷道顶板超前工作面的距离不小于超前支承压力影响区长度。g、工作面开始回采后，待工作面向前推进的距离能够安装转载破碎机9和底卸式输送机10时，进行上述设备的安装，工作面夹矸层开采的矸石经工作面刮板输送机8输送到转载破碎机9处进行破碎，破碎后的岩块经底卸式输送机9堆积在巷旁采空区，岩块堆积体的宽度为2l，并采用喷注混凝土的方式对巷旁岩块堆积体进行加固，形成高度为巷道高度，宽度为l的巷旁浇筑矸石墙3。所述步骤g中，为保证上位松动爆破孔12爆破松动后的顶板岩块能够与下方充填浇筑形成的巷旁浇筑矸石墙3形成“上软下硬”的组合结构，巷旁浇筑矸石墙3的宽度计算公式为：
38.向巷旁采空区充填岩块并浇筑混凝土时，应分层进行，即充填的岩块达到一定高度(一般在0.8～1m左右)后便进行混凝土喷注，注意混凝土中应掺加速凝剂，以便浇筑后的堆积块体尽快形成强度，然后进行下一层岩块的充填和混凝土喷注，直至充填高度达到巷道高度为止。h、随着工作面的推进，重复步骤g中的夹矸层矸石破碎、充填和浇筑等工序，在巷道旁形成一个宽度为l，高度为巷道高度，且沿着巷道走向的连续巷旁浇筑矸石墙3。上述步骤h中，预裂爆破孔11和松动爆破孔爆破后切断了顶板，并且使得顶板垮落后形成的采空区矸石2碎胀系数增大，更好得发挥其对上覆基本顶6岩层的支撑作用，垮落的采空区矸石2配合巷旁浇筑矸石墙3形成了“上软下硬”的复合结构，能够在基本顶6偏转下沉的初期适应直接顶5和基本顶6的变形，而在变形后期，又可以充分利用巷旁浇筑矸石墙3限制上覆岩层下沉变形的进一步发展。此外，巷旁浇筑矸石墙3还可以发挥隔绝采空区的作用，避免采空区瓦斯进入巷道，同时防止巷道空气进入采空区从而引起遗煤的自燃发火。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。