專利名稱:受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓方法
技術領域：
本發明涉及一種受動壓影響下保證小煤柱沿空巷道安全掘進和巷道圍巖控制效果的技術，具體地說是一種極大降低小煤柱沿空掘巷時和巷道使用過程中巷道圍巖變形和支護難度的技術。
背景技術：
區段內多個采煤工作面一般按順序依次回采。相鄰工作面之間需要留設煤柱隔離已采空間。傳統的沿空掘巷一般在相鄰工作面采完6個月以上開始施工，煤柱較小，沿空掘巷在工作面推進方向處于相鄰采空區的后支承壓力穩定帶，側向處于煤體塑性區，巷道維護相對容易。但由于采掘接替緊張，往往未等相鄰工作面回采完畢或剛剛回采完畢便開始掘進沿空巷道，受相鄰工作面采動動壓影響，提前掘進的巷道圍巖變形劇烈，錨桿等支護材料斷裂嚴重，支護十分困難。為了解決這一難題，動壓影響下的沿空掘巷多采用加大隔離煤 柱寬度和掘巷后進行多次巷道修復和加強支護的方法來保證巷道圍巖穩定性。
加大隔離煤柱寬度至小煤柱寬度的2倍以上，極大的浪費了有限的煤炭資源，縮短了礦井服務年限。多次巷道修復和加強支護的方法使巷道支護成本提高I倍以上，仍不能完全滿足巷道安全生產之目標。因此，上述2種主要方法均不能滿足受動壓影響的沿空掘巷要求的提高資源回采率和確保巷道圍巖穩定性之雙重目標。
發明內容
本發明的任務在于解決現有受動壓影響下的小煤柱沿空掘巷技術所存在的本質缺陷，提供一種全新的受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓方法，該方法具有保證回采工作面正常生產及極大降低沿空巷道支護成本和難度的優點。
其技術解決方案是
一種受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓方法，其包括以下步驟
a選擇巷旁切頂的切頂方法、施工時間和地點
采取在工作面采動過程中，對工作面順槽內頂板進行深孔爆破切頂卸壓的方法。由于回采工作面采動后頂板及上覆巖層滯后運動的特征，沿空巷道的掘進一般要等工作面采畢6個月以上，否則巷道將會受到極強的采動影響導致作業環境不安全，巷道圍巖變形不可控和支護成本急劇增加。采取在工作面采動過程中，對工作面全長順槽內頂板爆破切頂使其冒落卸壓的方法，可以及時消除動壓對沿空掘巷的本質不利影響，確保巷道提前掘進。
b確定巷旁切頂卸壓炮眼位置及深度
根據現場工作面情況合理確定巷旁切頂卸壓炮眼位置，炮眼位置應盡可能靠近小煤柱；根據工作面采高和頂板自由垮落情況確定炮眼深度，以達到最好的切頂卸壓效果，合理的炮眼深度為工作面采高的3 4倍。
c布置深孔爆破炮眼及裝藥封孔[0012]上述巷旁切頂卸壓炮眼位置及深度確定后，應超前工作面提前布置深孔爆破炮目艮，炮眼沿工作面順槽方向呈“一”字型布置，炮眼間距為4 Sm ;然后進行裝藥及導爆索布置工作，并完成炮眼封口 ；
d爆破切頂卸壓
爆破工作可超前工作面或者待炮眼進入采空區滯后進行，若巷道頂板完整性較好，則提前進行放炮工作，若頂板爆破后容易垮落，則在炮眼進入采空區后起爆；
e沿空巷道掘進
沿空掘巷巷旁切頂卸壓可以直接切斷懸頂，并充填密實采空區，基本消除回采工作面對沿空掘進巷道的采動動壓影響，因此相鄰工作面回采完畢之后可立即進行安全條件下的沿空巷道掘進工作，并且支護相對容易。
進一步的，步驟c中，優選深孔爆破炮眼超前工作面30m布置。
更進一步的，步驟c中，優選采用雙雷管、雙導爆引爆，兩根導爆索延伸至炮眼底部，每一根導爆索均采用一發雷管，兩發雷管采用并聯方式連接，采用連續耦合方式裝藥。
進一步的，步驟d中，對巷道頂板(即工作面直接頂)進行分析，若巷道頂板為I II類頂板時，則在炮眼進入采空區后起爆，若巷道頂板為III類或III類以上頂板時，則提前進行放炮工作。
本發明提供了一種動壓影響條件下基于有效減小沿空掘進巷道圍巖變形和支護難度的頂板卸壓技術，即受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓技術。所謂“沿空掘巷巷旁切頂卸壓”是指在沿空掘巷相鄰回采工作面巷道內布置頂板炮眼，在工作面前方或后方對巷道頂板進行爆破切頂，極大減小頂板回轉下沉量和運動時間，起到基本消除沿空掘進的巷道受開采動壓作用之目的。因此，在相鄰工作面巷道切頂卸壓之后，在動壓基本消除的采空區邊緣煤體中掘進巷道，巷道變形將會大幅減小，支護成本將會大幅降低。本發明原理明了，技術完整，操作工藝簡捷、勞動強度低、保證回采工作面正常生產、極大降低沿空掘進巷道支護難度，是一種受動壓影響的小煤柱沿空掘巷有效的巷道頂板卸壓技術，具有極大的推廣應用前景。
本發明的有益技術效果具體表現在
一、通過沿空掘巷巷旁切頂卸壓，極大減少了小煤柱側方采空區頂板的回轉下沉持續作用時間，基本消除了采動動壓對小煤柱的本質不利影響。切頂垮落巖體由于爆破后碎脹作用，對上覆巖體也可以起到很好的充填支撐作用，基本消除覆巖對小煤柱應力集中作用。采用切頂卸壓后，相鄰工作面采完后可立即進行小煤柱沿空掘巷施工，比傳統的小煤柱沿空掘巷掘進時間提前6個月以上，大大緩解礦井采掘接替緊張的局面。同時，護巷煤柱寬度甚至可以留設的更小，可以更有效地節約資源。
二、巷旁切頂卸壓之后，沿空巷道掘進時巷道圍巖所受應力大幅度減小，巷道圍巖變形和破壞程度也相應減小，采用簡單的錨桿(索)聯合I次支護方式便可以對巷道圍巖起到很好的控制作用，極大減小巷道返修工程量。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步說明
圖I為受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓實施地點及炮眼布置圖。[0026]圖2為受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓炮眼深度確定圖。
圖3為炮眼裝藥結構圖。
圖4為導爆索和雷管連接方式圖。
圖5為電雷管連接示意圖。
圖ImF1.相鄰工作面(側方正回采工作面XR1.側方工作面順槽，P.小煤柱(區段煤柱)，R2.沿空掘進巷道，F2.下一個工作面(準備工作面XB1In.切頂炮眼，d. “一”字型布置炮眼間距，h.炮眼斜長，w.炮眼最大垂深
圖2中I.沿空掘巷小煤柱，2.沿空掘進巷道，3.切頂巷道(側方工作面順槽)，4.切頂炮眼，Cl1.炮眼距切頂巷道小煤柱幫的距離，5.采空區，6.相鄰工作面頂板自由垮落線，7.下一個待采工作面煤體。
具體實施方式
結合圖I至圖5，受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓方法，包括以下步驟
一、選擇巷旁切頂的切頂方法、施工時間和地點
如圖I所示，采用全長側方工作面順槽頂板深孔爆破方法強制切頂。施工地點選擇在相鄰側方工作面順槽R1內，工作面回采過程中實施分段爆破切頂作業。
二、確定巷旁切頂卸壓炮眼位置及深度
巷旁切頂卸壓炮眼位置應選擇在側方工作面順槽頂板靠近小煤柱側(與小煤柱采空區側煤壁距離在切頂巷道寬度的1/3之內)，炮眼至小煤柱邊緣的距離用Cl1表示，如圖2所示，根據巖體力學中關于懸臂梁的認識，Cl1越小切頂效果越顯著，但具體實施切頂時應根據現場情況而定，如受鉆機等的限制，Cl1不可能為零，因此在條件許可的情況下，炮眼位置應盡可能靠近小煤柱。炮眼最大垂深w應根據工作面采高和切頂巷道高度確定，炮眼垂深過大，增加切頂工作量和成本；炮眼垂深過小，切頂高度不夠，切頂垮落巖石碎脹后不能充填滿采出空間，不能完全或基本消除上覆巖層運動對小煤柱的采動動壓影響。合理的炮眼深度為工作面采高的3 4倍。
三、布置深孔爆破炮眼和裝藥封孔
炮眼布置時應沿切頂巷道長軸方向呈“一”字形布置，，炮眼間距為4 Sm，且炮眼應超前工作面30m提前布置，即布置炮眼時，最靠近工作面的炮眼與其相距30m。為了保證最大裝藥深度，炮孔應與切頂巷道頂板水平方向呈30°夾角，同時由于封口炮泥較長，為增強切頂效果，需3個炮眼一組，每個炮眼孔深相差6m，一組炮眼中按照孔深最大的炮眼的最大垂深W1為工作面采高的3 4倍進行布置；炮眼相關參數根據《爆破工程》一書中關于深孔爆破的介紹及現場實踐經驗確定，炮眼直徑一般應> 78mm ;炮眼裝藥系數一般取0. 7，炮泥系數取0. 3，如圖3所示；炮眼采用簡化的間隔方式裝藥，即采用連續耦合方式裝藥，并采用雙雷管，雙導爆引爆，兩根導爆索延伸至炮眼底部，每一根導爆索均采用一發雷管，兩發雷管采用并聯方式連接，用膠帶紙將雷管和導爆索綁扎牢固，注意雷管的聚能穴端應和導爆索的傳爆方向相同，導爆索與雷管連接方式與每孔電雷管連接方式如圖4和圖5所示。
四、爆破切頂卸壓
應準確分析切頂巷道頂板力學性能，確定采用工作面超前爆破或者采空區內滯后爆破的爆破切頂方法；若巷道頂板為I II類頂板時，則必須在炮眼進入采空區后起爆，若巷道頂板為III類或III類以上頂板時，則可提前進行放炮工作。為了不影響生產，盡可能在檢修班進行爆破切頂作業。為了觀測切頂卸壓效果，應在未切頂段和切頂段分別布置煤體側向支承壓力觀測站等礦壓觀測站，對切頂效果進行對比分析，并進一步優化炮眼參數。
五、沿空巷道掘進
實施巷旁爆破切頂卸壓后，小煤柱沿空巷道掘進可在相鄰工作面回采完畢之后立 即進行，此時，沿空掘巷施工時巷道已基本或完全不受相鄰工作面動壓影響，但巷道仍應采取相對簡單但合理的支護方式和參數進行支護。
上述方式中未述及的部分采取或借鑒已有技術即可實現。
權利要求
1.一種受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓方法，其特征在于包括以下步驟 a選擇巷旁切頂的切頂方法、施工時間和地點 采取在工作面采動過程中，對工作面順槽內頂板進行深孔爆破切頂卸壓的方法； b確定巷旁切頂卸壓炮眼位置及深度 炮眼位置應盡可能靠近小煤柱；炮眼深度為工作面采高的3 4倍； c布置深孔爆破炮眼及裝藥封孔 上述巷旁切頂卸壓炮眼位置及深度確定后，應超前工作面提前布置深孔爆破炮眼，炮眼沿工作面順槽方向呈“一”字型布置，炮眼間距為4 Sm ;然后進行裝藥及導爆索布置工作，并完成炮眼封口 ；d爆破切頂卸壓 爆破工作可超前工作面或者待炮眼進入采空區滯后進行，若巷道頂板完整性較好，則提前進行放炮工作，若頂板爆破后容易垮落，則在炮眼進入采空區后起爆；e沿空巷道掘進 相鄰工作面回采完畢之后可立即進行安全條件下的沿空巷道掘進工作。
2.根據權利要求
I所述的一種受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓方法，其特征在于步驟c中，深孔爆破炮眼超前工作面30m布置。
3.根據權利要求
I所述的一種受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓方法，其特征在于步驟c中，采用雙雷管、雙導爆引爆，兩根導爆索延伸至炮眼底部，每一根導爆索均采用一發雷管，兩發雷管采用并聯方式連接，采用連續耦合方式裝藥。
4.根據權利要求
I所述的一種受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓方法，其特征在于步驟d中，對巷道頂板進行分析，若巷道頂板為I II類頂板時，則在炮眼進入采空區后起爆，若巷道頂板為III類或III類以上頂板時，則提前進行放炮工作。
專利摘要
本發明公開一種受動壓影響的小煤柱沿空掘巷巷旁切頂卸壓方法，包括如下步驟采用巷道頂板深孔爆破作為切頂方法，在沿空掘進巷道的相鄰工作面順槽全長范圍內布置切頂炮眼，并在工作面回采過程中實施分段爆破切頂作業；切頂炮眼位置應盡可能靠近小煤柱，切頂炮眼深度根據回采工作面采高和工作面頂板自由垮落高度確定；炮眼應超前工作面一定距離提前布置，并合理確定炮眼間距，然后進行裝藥及封孔工作；采取在工作面前方超前爆破或炮眼進入采空區后滯后爆破作業；相鄰工作面回采完畢之后，基本消除相鄰工作面動壓對小煤柱沿空掘巷的本質不利影響，可立即進行沿空巷道掘進。本發明可保證回采工作面正常生產，并極大降低沿空巷道支護成本和難度。
文檔編號F42D3/04GKCN102778182SQ201210261392
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月26日
發明者劉富道, 吳士良, 崔非非, 徐信增, 韓偉 申請人:山東科技大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan