冲击地压煤层回采巷道宽掘窄用无煤柱防冲方法与流程

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回采巷道宽掘窄用无煤柱防冲方法。

背景技术：

随着我国煤矿开采深度及开采强度的增加，煤矿开采过程中冲击地压发生强度、频度以及区域也逐年增加。设置在已采空工作面与待回采工作面之间起到隔离和支撑护巷作用的区段煤柱是诱发冲击地压发生的主要因素。据统计，我国约有70％冲击地压发生和区段煤柱有关，区段煤柱往往一侧为采空区，另一侧为待回采的工作面的临空巷道，临空巷道事故多发的原因在于留设宽区段煤柱承受了来自工作面侧向采空区的支承压力，加之工作面推进引起的后方支承压力形成高水平基础静载荷，在与顶板运动或爆破作业等动静载荷扰动叠加后导致冲击地压显现。

现有防治手段，例如大直径钻孔卸压、煤层深孔爆破等，主要目的是制造和扩大煤体内塑性区，使煤柱支承压力峰值向深部转移。但目前临空巷道冲击地压防治存在以下问题：一方面现有手段制造的塑性区效果不理想，主要表现为卸压范围小和应力恢复快；另一方面巷道卸压手段对安全生产存在影响，表现在卸压手段对巷道局部支护产生破坏、卸压施工时人员和设备处于冲击危险中，且卸压施工影响其他工序正常作业等。

防治冲击地压比较好的方法就是在下一个工作面准备时，留4-6m宽的小煤柱沿空掘巷，但是由于煤柱太小不能采取卸压措施，应力也较为集中，使得煤柱破坏严重。

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冲击地压煤层回采巷道宽掘窄用无煤柱防冲方法，能够通过宽掘回采巷道中构筑的充填带替代原来的工作面间煤柱，大幅减弱了基础静载荷集聚程度，提高煤矿资源回收率，沿充填带掘进回采巷道显著降低了工作面回采完成后与其相邻的工作面实体煤的临空巷道冲击地压发生风险。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种冲击地压煤层回采巷道宽掘窄用无煤柱防冲方法，包括：

获取与当前开采布置形式相同开采布置形式下的新采区首采工作面两侧的原回采巷道宽度，将所述原回采巷道宽度扩大预设倍数得到计划回采巷道宽度；

在新采区的首采工作面两侧掘进所述计划回采巷道宽度的宽掘回采巷道，在所述宽掘回采巷道的非回采侧构筑充填带；

与首采工作面相邻的接续工作面的一侧沿所述充填带掘进所述原回采巷道宽度的巷道，另一侧掘进所述计划回采巷道宽度的宽掘回采巷道并在所述宽掘回采巷道的非回采侧构筑充填带，且后续其他工作面依据所述接续工作面的巷道掘进方式掘进巷道。

可选地，将所述原回采巷道宽度扩大预设倍数得到计划回采巷道宽度，包括：

将所述原回采巷道宽度扩大1.4～1.6倍得到计划回采巷道宽度。

可选地，在所述宽掘回采巷道的非回采侧构筑充填带，包括：

在所述宽掘回采巷道中的非回采侧留设巷道充填区，对所述巷道充填区进行充填构筑形成充填带。

可选地，所述巷道充填区的宽度不超过所述计划回采巷道宽度的三分之二。

可选地，在所述宽掘回采巷道中的非回采侧留设巷道充填区，包括：

所述非回采侧指所述宽掘回采巷道中远离本回采工作面的一侧，所述本回采工作面包括首采工作面或接续工作面。

可选地，对所述巷道充填区进行充填构筑形成充填带，包括：

在所述宽掘回采巷道的掘进迎头掘进至预设距离后，对所述巷道充填区开始充填；

保持所述巷道充填区充填施工进度滞后掘进迎头的掘进进度所述预设距离。

可选地，对所述巷道充填区进行充填构筑形成充填带，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带，并使所述充填带与所述宽掘回采巷道的顶板相接。

本发明实施例通过宽掘回采巷道实现较大范围的卸压，同时在宽掘回采巷道中砌筑窄充填带以替代工作面间煤柱，以实现整个采区工作面之间无煤柱支护，有效降低了冲击地压发生所必需的基础静载荷水平和煤层巷道冲击地压发生风险。充填带可作为理想的人工塑性区起到较好的让压作用，使得当前工作面回采完成后相邻接续工作面临空巷道无需重复实施煤层卸压施工，消除了卸压施工产生的消极影响。进一步地，充填带能够达到支撑回采巷道顶板、完成巷道封闭、隔离和维护的基本要求，通过取消工作面间宽煤柱，也大幅提高了煤矿资源回收率。

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临空巷道和宽煤柱布置形式俯视示意图；

图2示出了图1中临空巷道和宽煤柱布置形式的剖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回采巷道宽掘窄用无煤柱防冲方法的流程示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的新采区首采工作面回采巷道宽掘窄用布置形式俯视图；

图5a示出了根据本发明一实施例的冲击地压煤层采区首采工作面右侧宽掘回采巷道、充填带的布置形式俯视图；

图5b示出了图5a中布置形式的剖视图和对应位置的支承压力曲线的示意图；

图6示出了根据本发明一实施例的位于首采工作面右侧的接续工作面回采巷道宽掘窄用布置形式俯视图；

图7a示出了根据本发明一实施例的冲击地压煤层采区首采工作面右侧宽掘回采巷道、充填带及接续工作面回风巷道的布置形式俯视图；

图7b示出了图7a中布置形式的剖视图和对应位置的支承压力曲线的示意图；

图8a示出了根据本发明一实施例的冲击地压煤层采区首采工作面回采完成后工作面采空区、充填带及接续工作面的回风巷道的布置形式俯视图；

图8b示出了图8a中布置形式的剖视图和对应位置的支承压力曲线的示意图；

附图1-2、4-8b中，1：工作面实体煤；2：临空巷道；3：临空侧宽煤柱；4：侧向采空区；5：宽煤柱实体煤侧支承压力曲线；6：宽煤柱侧支承压力曲线；71：右侧宽掘回采巷道；72：左侧宽掘回采巷道；81：第一充填带；82：第二充填带；9：首采工作面实体煤；10：接续工作面回风巷道；11：右侧接续工作面实体煤；12：工作面采空区；13：第一支承压力曲线；14：第二支承压力曲线；15：第三支承压力曲线；16：第四支承压力曲线；17：第五支承压力曲线；18：第六支承压力曲线；19：第七支承压力曲线；21：接续工作面右侧宽掘回采巷道；22：第三充填带。

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。

基础静载荷是冲击地压发生的必要条件，现有防治措施如煤层大直径钻孔和深孔爆破旨在通过人为制造煤体塑性区来降低煤体支承压力，从而降低基础静载水平并提高动载叠加门槛，最终减弱冲击地压风险。

本发明实施例首先介绍通常煤层临空巷道冲击地压发生的原因。参见图1，图1为通常采用的回采工作面煤层临空巷道布置方式，临空巷道2宽为5m，高为3.5m，临空巷道2右侧为工作面实体煤1，临空巷道2左侧依次为临空侧宽煤柱3和侧向采空区4，其中，临空侧宽煤柱3宽度为20m。图1中回采工作面煤层临空巷道和宽煤柱的ⅰ-ⅰ方向的剖视图可以参见图2，图2还示出了工作面实体煤1侧的支承压力曲线5和临空侧宽煤柱3侧的支承压力曲线6。由此可知，工作面实体煤1和临空侧宽煤柱3均存在较高水平的支承压力，由于工作面实体煤1承载面积远大于临空侧宽煤柱3承载面积，因此临空侧宽煤柱3的支承压力的峰值较工作面实体煤1的支承压力的峰值更大，且支承压力分布较集中。在基础静载角度现有的工况下临空侧宽煤柱3较工作面实体煤1更易发生冲击地压显现。

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回采巷道宽掘窄用无煤柱防冲方法。图3示出了根据本发明一实施例的冲击地压煤层回采巷道宽掘窄用无煤柱防冲方法的流程示意图，参见图3，该方法至少包括步骤s302至步骤s306。

步骤s302，获取与当前开采布置形式相同开采布置形式下的新采区首采工作面两侧的原回采巷道宽度，将原回采巷道宽度扩大预设倍数得到计划回采巷道宽度。

在本发明实施例中，新采区首采工作面两侧通常指首采工作面左右两侧，在首采工作面左右两侧的回采巷道包含回风巷道和运输巷道，例如左侧的回采巷道为回风巷道，右侧的回采巷道为运输巷道，本发明实施例对原回采巷道宽度增宽。原回采巷道宽度指的是与当前开采布置形式相同开采布置下的新采区首采工作面两侧通常挖掘的巷道宽度。

步骤s304，在新采区的首采工作面两侧掘进计划回采巷道宽度的宽掘回采巷道，在宽掘回采巷道的非回采侧构筑充填带。

在该步骤中，宽掘回采巷道的非回采侧指的是首采工作面两侧的宽掘回采巷道中远离首采工作面的一侧。

步骤s306，与首采工作面相邻的接续工作面的一侧沿充填带掘进原回采巷道宽度的巷道，另一侧掘进计划回采巷道宽度的宽掘回采巷道并在宽掘回采巷道的非回采侧构筑充填带，且后续其他工作面依据接续工作面的巷道掘进方式掘进巷道。

在该步骤中，宽掘回采巷道的非回采侧指的接续工作面另一侧的宽掘回采巷道中远离该接续工作面的一侧。

该实施例中，接续工作面的一侧指的是靠近首采工作面的一侧。这里的接续工作面可以是在首采工作面左侧接续，也可以在首采工作面右侧接续。

发明实施例通过宽掘回采巷道实现较大范围的卸压，同时在宽掘回采巷道中砌筑窄充填带以替代工作面间煤柱，以实现整个采区工作面之间无煤柱支护，有效降低了冲击地压发生所必需的基础静载荷水平和煤层巷道冲击地压发生风险。充填带可作为理想的人工塑性区起到较好的让压作用，使得当前工作面回采完成后相邻接续工作面临空巷道无需重复实施煤层卸压施工，消除了卸压施工产生的消极影响。进一步地，充填带能够达到支撑回采巷道顶板、完成巷道封闭、隔离和维护的基本要求，通过取消工作面间宽煤柱，也大幅提高了煤矿资源回收率。

宽掘回采巷道在掘进过程中可以进行应力释放，起到释放两侧煤体压力的作用，并且，宽掘回采巷道在掘进过程中会对巷道顶板进行锚网索支护，能够有效减少充填带顶板下沉，从而降低充填带应力。

参见上文步骤s302，在本发明一实施例中，将原回采巷道宽度扩大预设倍数得到计划回采巷道宽度时，可以将原回采巷道宽度扩大1.4～1.6倍得到计划回采巷道宽度。例如，将原回采巷道宽度扩大1.6倍，原回采巷道宽度为5m，将原回采巷道宽度扩大1.6倍得到计划回采巷道宽度为8m。又例如，将原回采巷道宽度扩大1.4倍，原回采巷道宽度为5m，将原回采巷道宽度扩大1.4倍得到计划回采巷道宽度为7m。原回采巷道宽度扩大倍数可以是1.4～1.6范围内的任意数值，本发明实施例对此不作具体限定。

参见上文步骤s304，在本发明一实施例中，在宽掘回采巷道的非回采侧构筑充填带时，可以先在宽掘回采巷道中的非回采侧留设巷道充填区，然后对巷道充填区进行充填构筑形成充填带。本发明实施例中，巷道充填区的宽度可以不超过计划回采巷道宽度的三分之二。例如，计划回采巷道宽度为8m，巷道充填区的宽度可以是4m、4.5m、5m等数值，本发明实施例对此不作具体限定。

在本发明一实施例中，对巷道充填区进行充填形成充填带的过程中，为避免影响掘进设备对掘进迎头(掘进工作面)的掘进过程并保证顶板安全，巷道充填区的充填施工应滞后掘进迎头预设距离，这个预设距离可以根据掘进迎头作业设备所需空间和顶板支护方式进行确定。例如，预设距离可以是10m、15m等数值。因此，在对巷道充填区进行充填形成充填带的过程中，可以在掘进迎头掘进至预设距离后对巷道充填区开始充填。然后，保持巷道充填区充填施工进度滞后掘进迎头掘进进度预设距离，此时的充填施工可以与掘进工作同时向前推进，且当前充填施工区和掘进迎头之间保持预设距离。

本发明实施例中，充填带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带，并且使充填带与宽掘回采巷道的顶板相接。

本发明实施例中，宽掘回采巷道在掘进过程会对巷道充填区的顶板进行锚网索的安全支护，因此对巷道充填区充填的过程是在有支护的窄空间内进行，保证了充填施工的安全性。另外，对巷道充填区的充填施工可以在滞后掘进迎头预设距离后与巷道掘进同时进行，因此也不会影响掘进效率。

参见上文步骤s306，在本发明一实施例中，与首采工作面相邻的接续工作面掘进巷道时，接续工作面一侧沿充填带掘进巷道，另一侧掘进宽掘回采巷道并在宽掘回采巷道的非回采侧构筑充填带。并且，后续其他工作面依据接续工作面的巷道掘进方式掘进巷道，即其他接续工作面一侧沿上一接续工作面的宽掘回采巷道中的充填带掘进原回采巷道宽度的巷道，另一侧掘进宽掘回采巷道并在宽掘回采巷道中的非回采侧构筑充填带，从而使得任意两个接续工作面之间不留设煤柱。

本发明实施例的非回采侧指宽掘回采巷道中远离本回采工作面的一侧，若当前对首采工作面开采，则本回采工作面为首采工作面，若当前对首采工作面的接续工作面开采，则本回采工作面为该接续工作面。

本发明实施例中，沿充填带掘进巷道的原巷道宽度可以为3～5m范围内的任意数值，本发明实施例对此不作具体限定。本发明实施例在接续工作面一侧掘进巷道之前已经砌筑完成充填带，充填带已经发挥了减轻冲击地压的作用，从而使得对接续工作面掘进巷道的过程更安全。

为了更加清楚的体现本发明实施例，参见图4～图8a，现对本发明的回采巷道宽掘窄用防冲过程进行介绍。本发明实施例假设获取到的原回采巷道宽度为5m，原工作面间煤柱宽度为20m，原回采巷道高度为3.5m。本发明实施例将原回采巷道宽度扩大1.6倍得到计划回采巷道宽度为8m，且回采巷道高度不变(高度为3.5m)。

图4为新采区首采工作面回采巷道宽掘窄用布置形式俯视图，在新采区首采工作面两侧掘进右侧宽掘回采巷道71和左侧宽掘回采巷道72，从而在首采工作面实体煤9的两侧形成右侧宽掘回采巷道71和左侧宽掘回采巷道72。在右侧宽掘回采巷道71和左侧宽掘回采巷道72的非回采侧分别构筑第一充填带81和第二充填带82。由于两侧巷道施工方式相似，以首采工作面右侧掘进运输巷道为例进行具体说明，参见图5a，在首采工作面的右侧掘进宽度为8m的右侧宽掘回采巷道71。右侧宽掘回采巷道71的右侧为非回采侧，因此，在右侧宽掘回采巷道71右侧留设宽度为3m的巷道充填区，在掘进迎头向前掘进10m距离后，开始对巷道充填区进行充填形成第一充填带81，充填施工与掘进迎头掘进过程同步进行，且充填施工区和掘进迎头之间保持10m距离。第一充填带81充填完成后，右侧宽掘回采巷道71中设置有第一充填带81，右侧为接续工作面实体煤11，左侧为首采工作面实体煤9。

图5a中右侧宽掘回采巷道71和第一充填带81在ⅱ-ⅱ方向的剖视图可以参见图5b，图5b还示出了右侧宽掘回采巷道71中的第一充填带81施工完成后首采工作面实体煤9的第一支承压力曲线13和右侧的接续工作面实体煤11的第二支承压力曲线14。在右侧宽掘回采巷道71的卸压作用以及第一充填带81类似塑性区的作用下实体煤支承压力峰值向侧向实体煤深处转移，从而显著降低实体煤临巷道侧的基础静载荷，提高了动静载荷叠加发生冲击地压的门槛，进而大大降低了宽掘回采巷道的冲击地压发生风险。

进而，接续工作面可沿首采工作面任一侧充填带进行掘进，参见图6和图7a，首采工作面的右侧接续工作面左侧沿首采工作面右侧的第二充填带82掘进宽度为5m、高度为3.5m的接续工作面回风巷道10，用于为接续工作面服务。继续参见图6，右侧接续工作面的右侧掘进宽度为8m的接续工作面右侧宽掘回采巷道21，并在接续工作面右侧宽掘回采巷道21中构筑第三充填带22。并且，在首采工作面实体煤9回采过程中会在首采工作面实体煤9后面形成工作面采空区12。

图7a中右侧宽掘回采巷道71和第一充填带81及接续工作面回风巷道10在ⅲ-ⅲ方向的剖视图可以参见图7b，图7b还示出了接续工作面沿第一充填带81掘巷后首采工作面实体煤9的第三支承压力曲线15、第一充填带81的第四支承压力曲线16和右侧的接续工作面实体煤11的第五支承压力曲线17。在右侧宽掘回采巷道71的卸压作用及第一充填带81类似塑性区的作用下实体煤支承压力峰值向实体煤深处转移，从而显著降低实体煤临巷道侧基础静载荷，提高了动静载荷叠加发生冲击地压的门槛，进而大大降低了宽掘临空巷道的冲击地压发生风险。

参见图8a示出了当首采工作面实体煤9回采完成后会形成工作面采空区12，这里工作面采空区12与第一充填带81相邻，且对工作面采空区12充填的充填材质与第一充填带81相接。图8a中工作面采空区12、第一充填带81及接续工作面回风巷道10在ⅳ-ⅳ方向的剖视图可以参见图8b，图8b还示出了首采工作面实体煤9回采完成后第一充填带81的第六支承压力曲线18及右侧的接续工作面实体煤11的第七支承压力曲线19。第一充填带81类似塑性区的作用可以使实体煤支承压力峰值向接续工作面实体煤11深处转移，从而显著降低实体煤临空巷道侧基础静载荷，提高了动静载荷叠加发生冲击地压的门槛，进而大大降低了接续工作面的回风巷道的冲击地压发生风险。

上述实施例以首采工作面右侧运输巷道为例进行说明，对于首采工作面左侧回采巷道(如回风巷道)的宽掘窄用过程也同理，此时宽掘回采巷道(回风巷道)右侧为回采侧，因此在宽掘回采巷道7中的左侧构筑充填带，本发明实施例对此不再具体说明。

本发明实施例中，后续其他工作面依据接续工作面的巷道掘进方式掘进巷道的过程中，后续工作面一侧沿上一工作面的宽掘回采巷道中的充填带掘进巷道，另一侧掘进宽掘回采巷道并在宽掘回采巷道的非回采侧构筑充填带。如上文介绍的图4所示的整个采区的多个工作面进行回采巷道宽掘窄用后的布局，整个采区实现无煤柱开采，而是采用人工充填带支护。

本发明实施例通过加宽原回采巷道的宽度，可以利用宽掘回采巷道对实体煤进行充分卸压，对宽掘回采巷道进行部分充填形成的填充带能够有效地支护顶板，在接续工作面沿充填带掘进巷道的过程中可以无需留设工作面间煤柱，有效降低了冲击地压发生所必需的基础静载荷水平，在工作面实体煤回采完成形成工作面采空区后，还可以显著降低相邻工作面的临空巷道冲击地压发生风险。无需留设工作面间煤柱还进一步大幅提高了煤矿资源回收率。此外本发明实施例无需重复实施煤层卸压施工，可以克服现有卸压防治手段的缺点。

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。