冲击地压煤层开拓巷道宽掘窄用防冲方法与流程

本发明涉及煤矿安全开采技术领域，特别是一种冲击地压煤层开拓巷道宽掘窄用防冲方法。

背景技术：

冲击地压是一种严重的煤岩动力灾害，近年来西部矿区涌现出许多具有特大生产能力的现代化矿井发生冲击地压的事故，其中不同常规的是这些矿井开拓巷道常常发生冲击。开拓巷道不同于回采巷道，开拓巷道是矿井生产的核心枢纽，具有服务时限长、支护与维护成本高的特点，因此一旦开拓巷道出现大变形或冲击地压事故，对整个矿井生产影响十分巨大。

通过对此类事故原因进行分析，发现这类矿井的煤层开拓巷道布置特点较一致：主运、辅运和回风大巷布置在煤层中，且为保证巷道使用年限和防止漏风一般留设50m左右的巷间宽煤柱，但是此类布置方式同时带来严重的负面影响，主要表现为巷间宽煤柱中双峰支承压力水平高，且支承压力峰值分别位于巷间宽煤柱外侧临近巷帮位置，从而导致开拓巷道临近煤柱侧变形大且维护困难。此外，支承压力区更容易与外界动载荷叠加诱发冲击地压事故，因此具有极大的风险和隐患。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种冲击地压煤层开拓巷道宽掘窄用防冲方法，能够显著降低冲击地压煤层开拓巷道巷间煤柱的支承压力，解决巷间宽煤柱布置形式下开拓巷道临近煤柱侧大变形问题并降低冲击地压发生风险，同时显著提高矿井资源回收率。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种冲击地压煤层开拓巷道宽掘窄用防冲方法，包括：

获取与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原开拓巷道设计宽度和原巷间煤柱设计宽度，将所述原开拓巷道设计宽度增大预设数值得到计划开拓巷道宽度，将所述原巷间煤柱设计宽度减小至所述预设数值宽度；

在开拓巷道掘进过程中，掘进所述计划开拓巷道宽度的第一宽掘开拓巷道，在所述第一宽掘开拓巷道靠近任一巷帮侧构筑所述预设数值宽度的第一充填体；

沿所述第一充填体掘进所述计划开拓巷道宽度的第二宽掘开拓巷道，在所述第二宽掘开拓巷道中临近所述第一充填体的一侧构筑所述预设数值宽度的第二充填体；

沿所述第一宽掘开拓巷道远离第一充填体一侧或所述第二宽掘开拓巷道远离第二充填体一侧掘进所述计划开拓巷道宽度的第三宽掘开拓巷道且在开拓巷道间留设宽度为所述预设数值的巷间小煤柱，在所述第三宽掘开拓巷道中临近所述巷间小煤柱侧构筑所述预设数值宽度的第三充填体。

可选地，还包括：依据所述第三宽掘开拓巷道掘进方式掘进其他多条宽掘开拓巷道且在宽掘开拓巷道间留设宽度为所述预设数值的巷间小煤柱，在其他宽掘开拓巷道中临近巷间小煤柱侧构筑所述预设数值宽度的充填体。

可选地，所述预设数值的范围为所述原开拓巷道设计宽度的0.4～0.6倍的数值范围。

可选地，所述充填体的构筑过程包括：

在相应的宽掘开拓巷道中待构筑充填体的位置留设所述预设数值宽度的巷道充填区；

对所述巷道充填区进行充填构筑形成充填体。

可选地，对所述巷道充填区进行充填构筑形成充填体，包括：

在掘进工作面掘进至预设距离后，对所述巷道充填区开始充填；

保持所述充填区充填施工进度滞后所述掘进工作面掘进进度所述预设距离，以构筑形成充填体。

可选地，对所述巷道充填区进行充填构筑形成充填体，包括：

采用高水材料对所述巷道充填区进行充填构筑形成充填体，并使所述充填体与所在宽掘开拓巷道的顶板相接。

可选地，当前掘进的宽掘开拓巷道的掘进工作面与相邻宽掘开拓巷道的掘进工作面保持指定滞后错距，所述指定滞后错距与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原巷道滞后错距相等。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种冲击地压煤层开拓巷道宽掘窄用防冲方法，包括：

获取与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原开拓巷道设计宽度和原巷间煤柱设计宽度，将所述原开拓巷道设计宽度增大预设数值得到计划开拓巷道宽度，将所述原巷间煤柱设计宽度减小至所述预设数值宽度；

在开拓巷道掘进过程中，掘进所述计划开拓巷道宽度的第一宽掘开拓巷道，在所述第一宽掘开拓巷道靠近任一巷帮侧构筑所述预设数值宽度的第一充填体；

自所述第一充填体预留计划开拓巷道宽度和预设数值宽度之和的间距位置掘进所述计划开拓巷道宽度的第二宽掘开拓巷道，在所述第二宽掘开拓巷道中靠近所述第一充填体一侧构筑所述预设数值宽度的第二充填体；

在第一、第二宽掘开拓巷道间掘进所述计划开拓巷道宽度的第三宽掘开拓巷道，且在第一、第三宽掘开拓巷道间留设宽度为所述预设数值的巷间小煤柱或在第二、第三宽掘开拓巷道间留设所述巷间小煤柱，并在所述第三宽掘开拓巷道中远离巷间小煤柱一侧构筑所述预设数值宽度的第三充填体。

可选地，还包括：沿所述第一宽掘开拓巷道远离第一充填体一侧或所述第二宽掘开拓巷道远离第二充填体一侧掘进所述计划开拓巷道宽度的第四宽掘开拓巷道且在开拓巷道间留设宽度为所述预设数值的巷间小煤柱，在所述第四宽掘开拓巷道中临近所述巷间小煤柱侧构筑所述预设数值宽度的第四充填体。

可选地，还包括：依据所述第四宽掘开拓巷道掘进方式掘进其他多条宽掘开拓巷道且在宽掘开拓巷道间留设宽度为所述预设数值的巷间小煤柱，在其他宽掘开拓巷道中临近巷间小煤柱侧构筑所述预设数值宽度的充填体。

本发明实施例通过合理的增大煤层开拓巷道的宽度，减小煤柱宽度，并在煤层开拓巷道中构筑充填体，使得巷间煤柱上方支承压力向开拓巷道两侧实体煤深部转移，显著降低了冲击地压煤层开拓巷道巷间煤柱的支承压力，有效减弱了开拓巷道临近煤柱侧的大变形和冲击地压的风险。进一步地，通过大幅减小巷间煤柱的留设宽度，还可以显著提高矿井资源的回收率。并且，充填体较留设煤柱承载力低，让压效果好，具有更好的均质性和完整性，更利于开拓巷道和联络巷的日常维护。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了目前煤矿开采中的煤层开拓巷道和巷间宽煤柱布置形式的俯视图；

图2示出了图1中煤层开拓巷道和巷间宽煤柱布置形式的主视图和对应位置的支承压力曲线的示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的冲击地压煤层开拓巷道宽掘窄用防冲方法的流程示意图；

图4示出了根据本发明另一实施例的冲击地压煤层开拓巷道宽掘窄用防冲方法的流程示意图；

图5示出了根据本发明一实施例的煤层宽掘开拓巷道和巷间小煤柱及充填体布置形式的主视图；

图6示出了图5中宽掘开拓巷道和巷间小煤柱及充填体布置形式的主视图和对应位置的支承压力曲线的示意图；

附图1-2、5-6中，1：开拓回风巷道；2：开拓主运巷道；3：开拓辅运巷道；4：巷间宽煤柱；5：实体煤；6：巷间宽煤柱支承压力曲线；7：实体煤支承压力曲线；8：宽掘开拓回风巷道；9：宽掘开拓主运巷道；10：宽掘开拓辅运巷道；11：第一充填体；12：第二充填体；13：巷间小煤柱；14：第三充填体；15：调整后巷间煤柱支承压力曲线；16：调整后实体煤支承压力曲线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例首先介绍通常煤层开拓巷道冲击地压发生的原因。参见图1，图1为通常采用的煤层开拓巷道布置方式，自左至右依次掘进开拓回风巷道1、开拓主运巷道2和开拓辅运巷道3，为避免掘进扰动各巷道自左至右依次错距掘进，巷道掘进错距均为200m，巷间宽煤柱4留设宽度均为50m。参见图2，可以明显看出3条开拓巷道间巷间宽煤柱4与两侧的实体煤5共同承载上覆岩层压力，其中巷间宽煤柱4由于有限的承载宽度其巷间宽煤柱支承压力曲线6呈现双峰值形态，且峰值部分相较实体煤支承压力曲线7距离巷道煤壁更近，距巷道煤壁较近的支承压力峰值的存在具有直接诱导冲击地压发生的危险。同时，煤层巷道不可避免地存在围岩松散、软弱和破碎的特征，因此煤层开拓巷道受上覆岩层支承压力影响破坏严重且变形量大，开拓巷道作为整个矿井回风、运输及辅助运输的核心枢纽，严重威胁矿井安全有序运作。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种冲击地压煤层开拓巷道宽掘窄用防冲方法，图3示出了根据本发明一实施例的冲击地压煤层开拓巷道宽掘窄用防冲方法的流程示意图。参见图3，该方法包括步骤s302至步骤s308。

步骤s302，获取与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原开拓巷道设计宽度和原巷间煤柱设计宽度，将原开拓巷道设计宽度增大预设数值得到计划开拓巷道宽度，将原巷间煤柱设计宽度减小至预设数值宽度。

步骤s304，在开拓巷道掘进过程中，掘进计划开拓巷道宽度的第一宽掘开拓巷道，在第一宽掘开拓巷道靠近任一巷帮侧构筑预设数值宽度的第一充填体。

该步骤中，第一宽掘开拓巷道中任一侧可以是第一宽掘开拓巷道左侧，也可以是一宽掘开拓巷道右侧。本发明实施例的开拓巷道可以是开拓回风巷道、开拓主运巷道、开拓辅运巷道等。

步骤s306，沿第一充填体掘进计划开拓巷道宽度的第二宽掘开拓巷道，在第二宽掘开拓巷道中临近第一充填体的一侧构筑预设数值宽度的第二充填体。

步骤s308，沿第一宽掘开拓巷道远离第一充填体一侧或第二宽掘开拓巷道远离第二充填体一侧掘进计划开拓巷道宽度的第三宽掘开拓巷道且在开拓巷道间留设宽度为预设数值的巷间小煤柱，在第三宽掘开拓巷道中临近巷间小煤柱侧构筑预设数值宽度的第三充填体。

本发明实施例通过合理的增大煤层开拓巷道的宽度，减小煤柱宽度，并在煤层开拓巷道中构筑充填体，使得巷间煤柱上方支承压力向开拓巷道两侧实体煤深部转移，显著降低了冲击地压煤层开拓巷道巷间煤柱的支承压力，有效减弱了开拓巷道临近煤柱侧的大变形和冲击地压的风险。进一步地，通过大幅减小巷间煤柱的留设宽度，还可以显著提高矿井资源的回收率。并且，充填体较留设煤柱承载力低，让压效果好，具有更好的均质性和完整性，更利于开拓巷道和联络巷的日常维护。

本发明实施例中，宽掘开拓巷道的数量可以不仅仅是3条，还可以是4条、5条等其他数量，本发明实施例对宽掘开拓巷道的数量不作具体限定。对于后续掘进的其他多条宽掘开拓巷道，可以依据第三宽掘开拓巷道掘进方式进行掘进，并且在宽掘开拓巷道间留设宽度为预设数值的巷间小煤柱，其他宽掘开拓巷道中也同样在临近巷间小煤柱侧构筑预设数值宽度的充填体。

本发明实施例中的各条宽掘开拓巷道的宽度均为计划开拓巷道宽度，且各条宽掘开拓巷道中均构筑有预设数值宽度的充填体，因此，各条宽掘开拓巷道构筑充填体后保留下的开拓巷道间距均相等。

需要说明的是，该实施例中的第一宽掘开拓巷道、第二宽掘开拓巷道、第三宽掘开拓巷道是依据宽掘开拓巷道的掘进顺序进行命名，并非特定的某条开拓巷道，且该实施例中第一宽掘开拓巷道、第二宽掘开拓巷道、第三宽掘开拓巷道以及其他宽掘开拓巷道的掘进顺序是依据自左至右或自右至左的顺序，在实际煤矿开采过程中，还可以采用其他掘进顺序掘进多条宽掘开拓巷道，后文实施例会进行具体介绍。无论采用何种掘进顺序掘进宽掘开拓巷道，最终掘进得到的各宽掘开拓巷道的布置形式与上文步骤的掘进顺序得到的宽掘开拓巷道的布置形式一致，即相邻两条宽掘开拓巷道中构筑的充填体临近布置且相邻两条宽掘开拓巷道间不预留煤柱，或者相邻两条宽掘开拓巷道间留设巷间小煤柱且其中一条宽掘开拓巷道中的充填体与巷间小煤柱临近布置。

通常在开拓巷道掘进过程中会在不同的开拓巷道间设置滞后错距，本发明实施例可以按照与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原巷道滞后错距进行开拓巷道掘进，保持当前掘进的宽掘开拓巷道的掘进工作面与相邻宽掘开拓巷道的掘进工作面保持指定滞后错距。例如，原巷道滞后错距为200m，那么掘进第二宽掘开拓巷道的掘进工作面比第一宽掘开拓巷道的掘进工作面滞后200m，且第三宽掘开拓巷道的掘进工作面比第二宽掘开拓巷道的掘进工作面滞后200m，其他宽掘开拓巷道也依据该滞后错距进行掘进。

参见上文步骤s302，在本发明一实施例中，预设数值的范围可以为原开拓巷道设计宽度的0.4～0.6倍的数值范围。例如，预设数值为原开拓巷道设计宽度的0.5倍，原开拓巷道设计宽度为6m，原巷间煤柱设计宽度为50m，因此，将原开拓巷道设计宽度增大0.5倍，即将原开拓巷道设计宽度增大3m，得到的计划开拓巷道宽度为9m，减小后的煤柱宽度为3m。

在本发明一实施例中，在第一宽掘开拓巷道、第二宽掘开拓巷道、第三宽掘开拓巷道中分别构筑第一充填体、第二充填体、第三充填体、以及在其他宽掘开拓巷道中构筑充填体的过程相同。

具体在构筑充填体的过程中，首先在相应的宽掘开拓巷道中待构筑充填体的位置留设预设数值(如3m)宽度的巷道充填区，然后对巷道充填区进行充填构筑形成充填体，如构筑的充填体的宽度为3m。

在本发明实施例中，巷道充填区的宽度等于原开拓巷道设计宽度增大的预设数值，且等于巷间小煤柱的宽度。例如，原开拓巷道设计宽度增大3m，巷间小煤柱的宽度为3m，那么巷道充填区的宽度也为3m，对巷道充填区充填后的充填体宽度也为3m。由此充填体的宽度与巷间小煤柱的宽度一致。

在本发明一实施例中，在对巷道充填区进行充填构筑形成充填体的过程中，为避免影响掘进工作面的掘进并保证巷道顶板安全，充填区的充填施工可以滞后掘进工作面预设距离，这个预设距离可以根据掘进工作面作业设备所需空间和顶板支护方式进行确定，本发明实施例不作具体限定。

因此，在对巷道充填区进行充填构筑形成充填体的过程中，先掘进工作面掘进至预设距离，然后对巷道充填区开始充填，并在巷道充填区充填施工过程中保持充填区充填施工进度滞后掘进工作面掘进进度预设距离，以构筑形成充填体。

在本发明一实施例中，充填体可以采用具有均匀致密特性的材料，相比较煤壁而言不容易产生煤爆、弹射等动力现象。例如，可以采用高水材料对巷道充填区进行充填构筑形成充填体，并使充填体与所在宽掘开拓巷道的顶板相接。充填材料还可以是其他相似材料，本发明实施例对此不作具体限定。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了另一种冲击地压煤层开拓巷道宽掘窄用防冲方法。参见图4，该方法包括步骤s402至步骤s408。

步骤s402，获取与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原开拓巷道设计宽度和原巷间煤柱设计宽度，将原开拓巷道设计宽度增大预设数值得到计划开拓巷道宽度，将原巷间煤柱设计宽度减小至预设数值宽度。

步骤s404，在开拓巷道掘进过程中，掘进计划开拓巷道宽度的第一宽掘开拓巷道，在第一宽掘开拓巷道靠近任一巷帮侧构筑预设数值宽度的第一充填体。

该步骤中，第一宽掘开拓巷道中任一侧可以是第一宽掘开拓巷道左侧，也可以是第一宽掘开拓巷道右侧。本发明实施例的开拓巷道可以是开拓回风巷道、开拓主运巷道、开拓辅运巷道等。

步骤s406，自第一充填体预留计划开拓巷道宽度和预设数值宽度之和的间距位置掘进计划开拓巷道宽度的第二宽掘开拓巷道，在第二宽掘开拓巷道中靠近第一充填体一侧构筑预设数值宽度的第二充填体。

步骤s408，在第一、第二宽掘开拓巷道间掘进计划开拓巷道宽度的第三宽掘开拓巷道，且在第一、第三宽掘开拓巷道间留设宽度为预设数值的巷间小煤柱或在第二、第三宽掘开拓巷道间留设巷间小煤柱，并在第三宽掘开拓巷道中远离巷间小煤柱一侧构筑预设数值宽度的第三充填体。

在本发明一实施例中，宽掘开拓巷道的数量可以不仅仅是3条，还可以是4条。本发明实施例可以进一步的沿第一宽掘开拓巷道远离第一充填体一侧或第二宽掘开拓巷道远离第二充填体一侧掘进计划开拓巷道宽度的第四宽掘开拓巷道且在开拓巷道间留设宽度为预设数值的巷间小煤柱，在第四宽掘开拓巷道中临近巷间小煤柱侧构筑预设数值宽度的第四充填体。

当然，宽掘开拓巷道的数量可以是4条以上等其他数量，本发明实施例对宽掘开拓巷道的数量不作具体限定。对于后续掘进的其他多条宽掘开拓巷道，可以依据第四宽掘开拓巷道掘进方式进行掘进，并且在宽掘开拓巷道间留设宽度为预设数值的巷间小煤柱，其他宽掘开拓巷道中也同样在临近巷间小煤柱侧构筑预设数值宽度的充填体。

本发明实施例中的各条宽掘开拓巷道的宽度均为计划开拓巷道宽度，且各条宽掘开拓巷道中均构筑有预设数值宽度的充填体，因此，各条宽掘开拓巷道构筑充填体后保留下的开拓巷道间距均相等。

需要说明的是，该实施例中的第一宽掘开拓巷道、第二宽掘开拓巷道、第三宽掘开拓巷道、第四宽掘开拓巷道是依据宽掘开拓巷道的掘进顺序进行命名，并非特定的某条开拓巷道，且该实施例中第一宽掘开拓巷道、第二宽掘开拓巷道、第三宽掘开拓巷道的掘进顺序是依据先左再右再中间或者先右再左再中间的顺序。关于宽掘开拓巷道的其他介绍可以参考上文实施例，此处不再赘述。

为了更加清楚的体现本发明上文实施例内容，参见图5，现以3条开拓巷道(开拓回风巷道、开拓主运巷道、开拓辅运巷道)自左至右的掘进顺序依次掘进为例，对本发明实施例的开拓巷道宽掘窄用防冲过程进行介绍。

假设获取到与当前开采布置形式相同开采布置形式下的原开拓巷道设计宽度为6m，增大后的计划开拓巷道宽度为9m，将原巷间煤柱设计宽度减小后的巷间小煤柱13宽度为3m。

在开拓巷道掘进过程中，首先掘进位于最左侧的9m的宽掘开拓回风巷道8(对应上文的第一宽掘开拓巷道)，在宽掘开拓回风巷道8右侧布置3m巷道充填区，对巷道充填区进行充填施工构筑形成第一充填体11，构筑第一充填体11过程中保持充填施工滞后宽掘开拓回风巷道8的掘进工作面预设距离。

然后，在滞后宽掘开拓回风巷道8的掘进工作面200m位置处，沿宽掘开拓回风巷道8右侧的第一充填体11掘进9m的宽掘开拓主运巷道9(对应上文的第二宽掘开拓巷道)，在宽掘开拓主运巷道9左侧布置3m巷道充填区，对巷道充填区进行充填施工构筑形成第二充填体12，构筑第二充填体12的过程中保持充填施工滞后宽掘开拓回风巷道8的掘进工作面预设距离。并且，保证第二充填体12与第一充填体11充分接触，以防止巷道间漏风。

最后，在滞后宽掘开拓主运巷道9的掘进工作面200m位置处，沿宽掘开拓主运巷道9右侧留设3m巷间小煤柱13后的位置掘进9m的宽掘开拓辅运巷道10(对应上文的第三宽掘开拓巷道)，在宽掘开拓辅运巷道10左侧布置3m巷道充填区，对巷道充填区进行充填施工构筑形成第三充填体14，构筑第三充填体14的过程中保持充填施工滞后宽掘开拓主运巷道9的掘进工作面预设距离。并且，保证第三充填体14与巷间小煤柱13充分接触，防止巷道间漏风。

此外，为保证上述任意充填体充分硬化达到承载要求并充分接顶(宽掘开拓巷道顶板)，还可以在充填区前端采用垛式液压支架及锚网索进行支护。

参见图6，可以明显看到调整后巷间煤柱支承压力曲线15由原双峰形态(参见图2)变为单峰，且峰值大幅下降，整体支承压力处于较低水平，有效地消除了由巷间煤柱高静载荷和支承压力峰值小临巷距带来的冲击地压发生隐患。充填体较煤体具有更好的完整性和均质性，在低受载工况下不易发生大变形，大幅节省巷道维护和扩修成本。同时，开拓巷道宽度调整后的巷道群整体宽度减小，两侧实体煤承载面积增大，以使调整后实体煤支承压力曲线16向实体煤深部转移，增大了支承压力峰值最小临巷距，有效降低巷道临实体煤侧发生冲击地压的风险。

进一步地，通过大幅减小煤柱留设宽度，可以显著提升资源回收率，降低开采末期永久煤柱回收难度。

实现前述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件(诸如个人计算机，服务器，或者网络设备等的计算设备)来完成，所述程序指令可以存储于一计算机可读取存储介质中，当所述程序指令被计算设备的处理器执行时，所述计算设备执行本发明各实施例所述方法的全部或部分步骤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。