一种煤矿工作面定向连续-非连续造缝切顶卸压方法

1.本发明属于采煤技术领域，具体涉及一种煤矿工作面定向连续-非连续造缝切顶卸压方法。


背景技术：

2.目前，坚硬顶板矿区在全国三分之一以上，在坚硬顶板情况下，煤层开采之后顶板无法及时垮落，对临空巷道煤柱形成巨大的载荷，而使其变形严重，加上裸露较长距离的顶板发生垮落，造成强矿压显现，煤层安全开采存在巨大威胁。由强矿压显现诱发的大变形破坏，与井下工程所处的应力场环境密切相关。因此，必须从改善围岩运移规律入手，通过对覆岩卸压转移，改善围岩应力场环境。
3.目前，特厚煤层工作面开采期间，厚坚硬顶板在煤层开采之后无法及时垮落，对临空巷道煤柱形成巨大的载荷，而使其变形严重，造成工作面开采危险。
4.而定向连续-非连续造缝切顶卸压是解决上述问题的有效手段，但是，目前仍然缺少一种煤矿工作面有效的切顶卸压方法。


技术实现要素：

5.为了提供一种煤矿工作面定向连续-非连续造缝切顶卸压方法，来解决目前特厚煤层工作面开采期间，厚坚硬顶板在煤层开采之后无法及时垮落，对临空巷道煤柱形成巨大的载荷，使其变形严重，造成工作面开采危险的问题，本发明所采用的技术方案为：
6.一种煤矿工作面定向连续-非连续造缝切顶卸压方法，包括以下步骤：
7.s10、调整液压支架的支撑阻力为p1；在相邻的两个液压支架之间的间隙钻取直径为d1、深度为d2的钻孔，直到完成整个工作面的钻孔任务；
8.s20、将两个矿用链臂锯式切割机分别放置在两个巷道内；调整所述矿用链臂锯式切割机的切割刀具与巷帮之间的距离，使所述切割刀具与巷帮的距离为b；
9.s30、将所述矿用链臂锯式切割机沿巷道中心线向远离采空区的一端移动距离s1；
10.s40、以链速为υ、旋转速度为ω，将所述切割刀具由一侧水平位置旋转至另一水平位置；
11.s50、重复步骤s30～s40，直到累计切割的距离超过l1；
12.s60、当一班开采结束后，在检修班检修前，针对步骤s10中的钻孔，采用深度为h炮泥封孔后，以一次爆破距离l2，引出导爆索后引爆，直到完成整个工作面的爆破；检修班检修完毕后，下一班继续开采；
13.s70、重复步骤s60，直到完成整个工作面的钻孔爆破，移架；
14.s80、以排距为m，将支撑阻力为p2的单元支架均匀布置在步骤s50所累计的切割范围内；
15.s90、当工作面采空区内的单元支架累计距离超过l3，回撤工作面采空区内的单元支架；
16.s100、反复操作步骤s10～s90，以均匀速度推进工作面，直到完成工作面回采，同时采空区单元支架回撤完毕。
17.进一步地，在步骤s10中，所述液压支架的支撑阻力p1与巷道直接顶的单轴抗压强度相关联：
18.当0＜所述巷道直接顶的单轴抗压强度≤18mpa时，p1＝5800kn；
19.当18mpa＜所述巷道直接顶的单轴抗压强度≤50mpa时，p1＝6600kn；
20.当所述巷道直接顶的单轴抗压强度＞50mpa时，p1＝7200kn。
21.进一步地，在步骤s10中，所述钻孔的直径d1、深度d2与直接顶普氏系数、炮泥深度h相关联：
22.当0＜所述直接顶普氏系数≤5时，d1为0.025～0.030m、d2为(2.25～2.65)h；
23.当5＜所述直接顶普氏系数≤9时，d1为0.030～0.035m、d2为(2.65～3.05)h；
24.当所述直接顶普氏系数＞9时，d1为0.035～0.040m、d2为(3.05～3.55)h。
25.进一步地，在步骤s20中，所述切割刀具与所述巷帮的距离b与巷道宽度d相关联：
26.当所述巷道宽度d为3.5《d《4.5m时，b为(0.08～0.10)d；
27.当所述巷道宽度d为4.5≤d《5.5m时，b为(0.07～0.08)d；
28.当所述巷道宽度d为5.5≤d《6.5m时，b为(0.06～0.07)d。
29.进一步地，在步骤s30中，所述矿用链臂锯式切割机沿巷道中心线向远离采空区的一端移动距离s1与所述巷道所处围岩的垂直应力相关联：
30.当0＜所述巷道所处围岩的垂直应力≤8mpa时，s1＝6.5～8.5m；
31.当8＜所述巷道所处围岩的垂直应力≤25mpa时，s1＝5.5～6.5m；
32.当所述巷道所处围岩的垂直应力＞25mpa时，s1取4.5～5.5m。
33.进一步地，在步骤s40中，链速υ、旋转速度ω与巷道直接顶的单轴抗压强度相关联：
34.当0＜所述巷道直接顶的单轴抗压强度≤18mpa时，υ为1.2～1.4m/s、ω为25～30
°
/h；
35.当18＜所述巷道直接顶的单轴抗压强度≤50mpa时，υ为1.0～1.2m/s、ω为20～25
°
/h；
36.当所述巷道直接顶的单轴抗压强度＞50mpa时，υ为0.8～1.0m/s、ω为15～20
°
/h。
37.进一步地，在步骤s50中，累计切割的距离l1与巷道所处围岩的水平应力和矿用链臂锯式切割机沿巷道中心线向远离采空区的一端移动距离s1相关联：
38.当0＜所述巷道所处围岩的水平应力≤8mpa时，l1设置为(4.5～5.5)s1；
39.当8＜所述巷道所处围岩的水平应力≤25mpa时，l1设置为(3.5～4.5)s1；
40.当所述巷道所处围岩的水平应力＞25mpa时，l1设置为(2.5～3.5)s1。
41.进一步地，在步骤s60中，炮泥深度h为充填炸药长度的三分之一；所述爆破距离l2与工作面长度和矿井工作制度相关联：
42.当矿井为三八工作制度时，l2为三分之一的工作面长度；
43.当矿井为四六工作制度时，l2为四分之一的工作面长度。
44.进一步地，在步骤s80中，所述单元支架的排距m与支撑阻力p
2,
与巷道埋深相关联：
45.当所述巷道埋深＞600m时，p2＝2500kn，m2为0.8～1.5m；
46.当所述巷道埋深≤600m时，p2＝1800kn，m2为1.5～2.2m。
47.进一步地，在步骤s90中，所述单元支架的累计距离l3与巷道直接顶的单轴抗压强度、累计切割的距离超过l1相关联：
48.当0mpa＜所述巷道直接顶的单轴抗压强度≤25mpa时，l3为(0.30～0.35)l1；
49.当25mpa＜所述巷道直接顶的单轴抗压强度≤35mpa时，l3为(0.35～0.40)l1；
50.当所述巷道直接顶的单轴抗压强度＞35mpa时，l3为(0.40～0.45)l1。
51.本发明的有益效果：
52.本发明提供了一种煤矿工作面定向连续-非连续造缝切顶卸压方法，通过复合爆破切顶与链臂锯切割造缝切顶工艺相结合的方法，控制围岩损伤范围、裂缝延续性，达到定向连续-非连续造缝切顶卸压，从而保证工作面高效、安全生产。
53.解决了目前坚硬顶板工作面开采期间，厚坚硬顶板在煤层开采之后无法及时垮落，对临空巷道煤柱形成巨大的载荷，而使其变形严重，造成工作面开采危险问题；可改善巷道围岩所处的应力环境状态，降低巷道围岩控制的难度，具有广阔的应用前景。
附图说明
54.图1为本发明提供的一种煤矿工作面定向连续-非连续造缝切顶卸压方法的巷道平面示意图；
55.其中，1、巷道中心线；2、切割范围；3、钻孔；4、单元支架；5、液压支架；6、矿用链臂锯式切割机；7、巷道。
具体实施方式
56.本发明提供一种煤矿工作面定向连续-非连续造缝切顶卸压方法。以下结合附图对本发明技术方案进行详细描述，以使其更易于理解和掌握。
57.实施例1
58.一种煤矿工作面定向连续-非连续造缝切顶卸压方法，包括以下步骤：
59.s10、调整液压支架的支撑阻力为p1；在相邻的两个液压支架之间的间隙钻取直径为d1、深度为d2的钻孔，直到完成整个工作面的钻孔任务。
60.在本实施例中，液压支架的支撑阻力p1与巷道直接顶的单轴抗压强度相关联：
61.当0＜巷道直接顶的单轴抗压强度≤18mpa时，p1＝5800kn；
62.当18mpa＜巷道直接顶的单轴抗压强度≤50mpa时，p1＝6600kn；
63.当巷道直接顶的单轴抗压强度＞50mpa时，p1＝7200kn。
64.其中，钻孔的直径d1、深度d2与直接顶普氏系数、炮泥深度h相关联：
65.当0＜直接顶普氏系数≤5时，d1为0.025～0.030m、d2为(2.25～2.65)h；
66.当5＜直接顶普氏系数≤9时，d1为0.030～0.035m、d2为(2.65～3.05)h；
67.当直接顶普氏系数＞9时，d1为0.035～0.040m、d2为(3.05～3.55)h。
68.s20、将两个矿用链臂锯式切割机分别放置在两个巷道内；调整矿用链臂锯式切割机的切割刀具与巷帮之间的距离，使切割刀具与巷帮的距离为b。
69.在本实施例中，切割刀具与巷帮的距离b与巷道宽度d相关联：
70.当巷道宽度d为3.5《d《4.5m时，b为(0.08～0.10)d；
71.当巷道宽度d为4.5≤d《5.5m时，b为(0.07～0.08)d；
72.当巷道宽度d为5.5≤d《6.5m时，b为(0.06～0.07)d。
73.s30、将矿用链臂锯式切割机沿巷道中心线向远离采空区的一端移动距离s1。
74.在本实施例中，矿用链臂锯式切割机沿巷道中心线向远离采空区的一端移动距离s1与巷道所处围岩的垂直应力相关联：
75.当0＜巷道所处围岩的垂直应力≤8mpa时，s1＝6.5～8.5m；
76.当8＜巷道所处围岩的垂直应力≤25mpa时，s1＝5.5～6.5m；
77.当巷道所处围岩的垂直应力＞25mpa时，s1取4.5～5.5m。
78.s40、以链速为υ、旋转速度为ω，将切割刀具由一侧水平位置旋转至另一水平位置。
79.在本实施例中，链速υ、旋转速度ω与巷道直接顶的单轴抗压强度相关联：
80.当0＜巷道直接顶的单轴抗压强度≤18mpa时，υ为1.2～1.4m/s、ω为25～30
°
/h；
81.当18＜巷道直接顶的单轴抗压强度≤50mpa时，υ为1.0～1.2m/s、ω为20～25
°
/h；
82.当巷道直接顶的单轴抗压强度＞50mpa时，υ为0.8～1.0m/s、ω为15～20
°
/h。
83.s50、重复步骤s30～s40，直到累计切割的距离超过l1。
84.在本实施例中，累计切割的距离l1与巷道所处围岩的水平应力和矿用链臂锯式切割机沿巷道中心线向远离采空区的一端移动距离s1相关联：
85.当0＜巷道所处围岩的水平应力≤8mpa时，l1设置为(4.5～5.5)s1；
86.当8＜巷道所处围岩的水平应力≤25mpa时，l1设置为(3.5～4.5)s1；
87.当巷道所处围岩的水平应力＞25mpa时，l1设置为(2.5～3.5)s1。
88.s60、当一班开采结束后，在检修班检修前，针对步骤s10中的钻孔，采用深度为h炮泥封孔后，以一次爆破距离l2，引出导爆索后引爆，直到完成整个工作面的爆破；检修班检修完毕后，下一班继续开采。
89.在本实施例中，炮泥深度h为充填炸药长度的三分之一；爆破距离l2与工作面长度和矿井工作制度相关联：
90.当矿井为三八工作制度时，l2为三分之一的工作面长度；
91.当矿井为四六工作制度时，l2为四分之一的工作面长度。
92.s70、重复步骤s60，直到完成整个工作面的钻孔爆破，移架；
93.s80、以排距为m，将支撑阻力为p2的单元支架均匀布置在步骤s50所累计的切割范围内。
94.在本实施例中，单元支架的排距m与支撑阻力p
2,
与巷道埋深相关联：
95.当巷道埋深＞600m时，p2＝2500kn，m2为0.8～1.5m；
96.当巷道埋深≤600m时，p2＝1800kn，m2为1.5～2.2m。
97.s90、当工作面采空区内的单元支架累计距离超过l3，回撤工作面采空区内的单元支架。
98.在本实施例中，单元支架的累计距离l3与巷道直接顶的单轴抗压强度、累计切割的距离超过l1相关联：
99.当0mpa＜巷道直接顶的单轴抗压强度≤25mpa时，l3为(0.30～0.35)l1；
100.当25mpa＜巷道直接顶的单轴抗压强度≤35mpa时，l3为(0.35～0.40)l1；
101.当巷道直接顶的单轴抗压强度＞35mpa时，l3为(0.40～0.45)l1。
102.s100、反复操作步骤s10～s90，以均匀速度推进工作面，直到完成工作面回采，同时采空区单元支架回撤完毕。
103.实施例2
104.本实施例在实施例1的基础上，以晋能控股集团某综采工作面为例进行说明描述。
105.本实施例的巷道宽度为4.4m，巷道直接顶的单轴抗压强度为24mpa，巷道所处围岩的垂直应力为15mpa、水平应力为20mpa，巷道直接顶的普实系数为5，充填炸药的长度为1.8m，巷道埋深为650m，工作面长度为255m，工作制度为三八制。
106.s10、调整液压支架5的支撑阻力6600kn，在相邻的两个液压支架5之间的间隙钻取直径0.025m、深度4.05m的钻孔3，直到完成整个工作面的钻孔任务。
107.s20、将两个矿用链臂锯式切割机6分别放置在两个巷道7内，调整切割刀具，使切割刀具与巷帮的距离为400mm。
108.s30、将矿用链臂式切割机6沿巷道中心线1向远离采空区的一端移动距离s1为5.60m。
109.s40、以链速为1.2m/s、旋转速度为25
°
/h，将切割刀具由一侧水平位置旋转至另一水平位置。
110.s50、重复步骤s30～s40，直到累计切割的距离超过24.8m；
111.s60、当一班开采结束后，在检修班检修前，针对步骤s10中的钻孔3，采用深度为0.6m的炮泥封孔后，以一次爆破距离85m，引出导爆索后引爆，直到完成整个工作面的爆破；检修班检修完毕后，下一班继续开采。
112.s70、重复步骤s60，直到完成整个工作面的钻孔爆破，移动液压支架5。
113.s80、以排距1.2m，将支撑阻力2500kn的单元支架4均匀布置在步骤s50所累计的切割范围2内。
114.s90、当工作面采空区内的单元支架4累计距离超过7.44m，回撤工作面采空区内的单元支架4。
115.s100、反复操作步骤s10～s90，以均匀速度推进工作面，直到完成工作面回采，同时采空区单元支架4回撤完毕。
116.以上对本发明的技术方案进行了充分描述，需要说明的是，本发明的具体实施方式并不受上述描述的限制，本领域的普通技术人员依据本发明的精神实质在结构、方法或功能等方面采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。