煤矿综采工作面的设备回撤及回撤通道自成巷的方法与流程

本申请涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种煤矿综采工作面的设备回撤及回撤通道自成巷的方法。

背景技术：

煤矿综采工作面在回采结束后，需要通过回撤通道将液压支架及相关备转移到下一个采煤工作面。采煤工作面回撤通道的掘进方式目前最为常用的是预掘回撤通道。预掘回撤通道就是在停采线附近，预先掘出一条与采煤工作面平行的回撤通道，当采煤工作面与预掘回撤通道贯通后，用以回撤液压支架。但预掘回撤通道是超前于工作面回采完成，会产生超前工作面回采的压力，由于应力集中会在工作面附近一定范围内产生动压扰动，预掘的回撤通道在工作面回采的超前动态支撑压力影响下，易发生压垮末采段煤柱、压死液压支架等事故；并且在回撤过程中，经常出现顶板及两帮垮落现象，回撤通道维护困难，易造成瓦斯积聚、风速超限等问题，存在重大安全隐患。目前一是采用加强支护强度，如打锚索、注浆锚杆等技术进行加固巷道；二是改善回撤工艺，如调整支架设备撤出顺序等。虽然取得了一定的效果，但是并没有改变巷道的围岩结构，也就没有从根本上改变支撑压力的分布特点，不具备让压特性，存在应力集中造成巷道围岩大变形等问题。

公开号为cn108661643b，名称为一种采煤工作面末采回撤通道切顶卸压护巷方法的发明专利，提供了一种沿着停采线位置提前开掘工作面支架设备回撤通道并深孔预裂煤层顶板切断工作面采动超前支撑压力的传播路径,保护了采区大巷不受两侧回采工作面采动影响和缩小了工作面停采线与采区大巷之间保护煤柱的宽度。

官地矿22611工作面停采线深孔爆破断顶卸压技术研究及应用(煤炭科技2018,44(04))中开始利用深孔爆破进行停采线部位断顶，来切断顶板应力传递，来实现卸压和减弱采动应力影响的目的；综采工作面回撤通道切顶卸压技术实践(陕西煤炭,2017,36(02):69-73.)针对浅埋中厚煤层特点，采用“恒阻锚索补强支护+切顶爆破+单排垛式支架支护”的技术，提出了综采工作面回撤通道切顶卸压技术及改进的施工工艺。

上面的相关公开技术中，矿井对采煤工作面回撤通道进行爆破断顶卸压，在减小回撤通道应力集中等问题上虽取得一定效果，但也存在诸多缺点与不足。

(1)需预先掘进回撤通道，掘进工程量大。现有技术条件下，需在停采线位置提前预掘回撤通道，增加了巷道的掘进工程量，提高了吨煤生产成本；

(2)回撤通道受采动影响大维护困难。预先掘进回撤通道的巷道形成时间长，受回采工作面采动影响大，经常出现顶板及两帮垮落现象，巷道维护困难，易造成瓦斯积聚、风速超限等问题。

(3)回撤通道不能满足多次使用的要求。在液压支架回撤完成后，回撤通道垮落不再复用，在相邻工作面生产时，还需掘进运输石门或者联络巷，不仅增加巷道掘进工程量，新掘巷道时还会对大巷造成二次扰动影响，增加大巷的维护成本。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案。

本申请提供了一种煤矿综采工作面的设备回撤及回撤通道自成巷的方法，其包括以下步骤：

s1，综采工作面回采至煤壁距离停采线4.5m时，液压支架保持不动，割煤机向前割1.2m，在液压支架与煤壁之间的顶板上铺设钢筋网并安装第一列恒阻锚索；

s2，保持液压支架不动，割煤机继续向前割0.6m，继续在新形成的顶板上铺设钢筋网并安装第二列恒阻锚索；

s3，沿着液压支架顶梁最前端对顶板进行爆破形成预裂切缝；

s4，保持液压支架不动，割煤机继续向前割1.2m，然后在新形成的顶板上铺设钢筋网并安装第三列恒阻锚索；

s5，保持液压支架不动，割煤机继续向前割1.2m，然后在新形成的顶板上铺设钢筋网并安装第四列恒阻锚索；

s6，保持液压支架不动，割煤机继续向前割0.3m，然后对前方煤壁进行支护；

s7，依次撤出所述液压支架至第一顺槽，并超前末端的掩护支架沿着所述预裂切缝布置挡矸设施，在所述液压支架和所述煤壁之间安装临时支护设施；

s8，封闭采空区。

进一步的，四列所述恒阻锚索的间距为1.0m，排距为1.2m，第一列所述恒阻锚索距离液压支架顶梁最前端0.5m。

进一步的，在每一列所恒阻锚索中，相邻的三个恒阻锚索通过槽钢相连。

进一步的，所述预裂切缝的深度为采高的2.6倍，所述恒阻锚索的长度超出所述预裂切缝的深度1m-2m。

进一步的，在撤出所述液压支架的过程中，位于第二顺槽一端的两个液压支架旋转90°并排设置作为所述掩护支架，随着所述液压支架依次撤出至所述第一顺槽，所述掩护支架逐渐向所述第一顺槽的方向移动并在后方形成采空区。

进一步的，所述临时支护设施为多列单体支架。

进一步的，所述挡矸设施包括挡矸钢筋网和挡矸u型钢，所述挡矸u型钢沿所述预裂切缝间隔布置，所述挡矸钢筋网固定在所述挡矸u型钢上。

进一步的，所述封闭采空区包括：待顶板垮落并稳定后，对垮落不充分的地方进行填充，整理巷道形状满足使用要求，并对矸石帮进行喷浆。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：该方法以采代掘自动成巷，不需预先掘进回撤通道，而是通过预裂切缝爆破，在局部范围切断工作面顶板应力传递，减弱回撤通道顶板压力，且预裂爆破能够很好地保护巷道顶板完整性。利用恒阻大变形锚索进行补强加固，控制顶板下沉，使所留巷道围岩能够最大限度地发挥自身承载作用，减少巷道变形，保证留巷效果达到复用要求。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的回撤通道形成前采掘巷道布置图；

图2为本申请实施例提供的第一列恒阻锚索布置图；

图3为本申请实施例提供的第二列恒阻锚索布置图；

图4为本申请实施例提供的顶板预裂切缝设计图；

图5为本申请实施例提供的顶板预裂切缝设计展开图；

图6为本申请实施例提供的第三列恒阻锚索布置图；

图7为本申请实施例提供的第四列恒阻锚索布置图；

图8为本申请实施例提供的前方煤壁支护侧视图；

图9为本申请实施例提供的临时支护断面图；

图10为本申请实施例提供的临时支护展开图；

图11为本申请实施例提供的挡矸设施布置图；

图12为本申请实施例提供的回撤通道形成后采掘巷道布置图；以及

图13为本申请实施例提供的回撤通道成巷效果断面图。

图中：

1、采区大巷；2、未采煤体；3、采空区；4、综采工作面；5、第一顺槽；6、第二顺槽；7、液压支架；7-1、掩护支架；8、停采线；9、钢筋网；10、第一列恒阻锚索；11、槽钢；12、第二列横阻锚索；13、钻孔；14、预裂切缝；15、第三列横阻锚索；16、第四列横阻锚索；17、锚杆；18、锚索；19、小钢带；20、挡矸设施；20-1、挡矸钢筋网；20-2、挡矸u型钢；20-3、卡兰；21、单体支架；22、铰接顶梁；23、回撤通道。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。其中涉及的锚索长度、预裂切缝深度、切缝角度、封孔长度、恒阻锚索间排距、锚杆间排距等具体参数可以适用于大多数情况下的综采工作面，但当遇到地质或围岩情况特殊的煤层结构，可根据不同条件下的岩层情况进行调整对应的参数。

本申请实施例提供了一种煤矿综采工作面的设备回撤及回撤通道自成巷的方法。本发明技术方案所依赖的巷道结构如图1所示，煤层结构包括采区大巷1、未采煤体2、采空区3、综采工作面4、第一顺槽5和第二顺槽6，其中未采煤体2位于第一顺槽5和第二顺槽6之间，第一顺槽5和第二顺槽6分别与采区大巷1和综采工作面4连通，第一顺槽5和第二顺槽6其中一个为回风顺槽，另一个为运输顺槽。综采工作面4布置有用于采煤的割煤机(图中未示出)和液压支架7，随着综采工作面4的不断推进，未采煤体2逐渐减少，综采工作面4后方形成采空区3。

本申请提供了一种煤矿综采工作面的设备回撤及回撤通道自成巷的方法包括以下步骤。

步骤1，为保证留巷宽度能满足液压支架回撤和复用的要求，综采工作面4回采至煤壁与停采线8之间的距离为4.5m时，液压支架7保持不动，割煤机向前割1.2m，在液压支架7与煤壁之间的顶板上铺设钢筋网9并安装第一列恒阻锚索10。

如图2所示，在步骤1中，综采工作面前方煤壁距离停采线4.5m，该距离为最终形成的留巷的最大宽度，在液压支架7的支护作用下开始准备施工第一列恒阻锚索10，液压支架7保持不动，割煤机向前推进1.2m(对于常见的割煤机相当于向前割两刀煤的距离)，此时液压支架7顶梁的最前端与前方煤壁的距离为1.2m，然后在割煤后新形成的顶板上铺设钢筋网9并安装第一列恒阻锚索10，恒阻锚索垂直于顶板设置，恒阻锚索的长度根据步骤3施工形成的预裂切缝的深度再加1～2m来设计，第一列恒阻锚索10距离液压支架7顶梁最前端0.5m，排距(每一列内相邻两个恒阻锚索之间的距离)为1.2m，并且相邻三个恒阻锚索沿着走向采用槽钢11相连，槽钢11设置在钢筋网9外侧，恒阻锚索穿过槽钢11后将其固定在顶板上。

步骤2，保持液压支架不动，割煤机继续向前割0.6m，继续在新形成的顶板上铺设钢筋网并安装第二列恒阻锚索。

如图3所示，在施工完成步骤1后，综采工作面4前方的煤壁距离停采线3.3m，在液压支架7和第一列恒阻锚索10的联合支护作用下开始准备施工第二列恒阻锚索12，液压支架7保持不动，割煤机向前推进0.6m(对于常见的割煤机相当于向前割一刀煤的距离)，此时液压支架7顶梁的最前端与前方煤壁的距离为1.8m，然后在割煤后新形成的顶板上铺设钢筋网9并安装第二列恒阻锚索12，恒阻锚索垂直于顶板设置，恒阻锚索的长度根据步骤3施工形成的预裂切缝的深度再加1～2m来设计，第二列恒阻锚索12距离第一列恒阻锚索10为1.0m，距离液压支架7顶梁最前端1.5m，排距为1.2m，并且相邻三个恒阻锚索沿着走向采用槽钢11相连，槽钢11设置在钢筋网9外侧，恒阻锚索穿过槽钢11后将其固定在顶板上。通过高预应力的第一列恒阻锚索10和第二列恒阻锚索12的支护加固了顶板，可以减小步骤3中的爆破扰动。

步骤3，沿着液压支架顶梁最前端对顶板进行爆破形成预裂切缝。

如图4和5所示，在施工完成步骤1和步骤2后，工作面前方煤壁距离停采线2.7m，在液压支架7、第一列恒阻锚索10和第二列恒阻锚索12的联合支护作用下开始准备施工顶板预裂爆破钻孔，液压支架7保持不动，沿着液压支架7顶梁的最前端，与所留回撤通道方向平行且与铅垂线夹角为20°的方位依次利用110工法切缝钻机进行钻孔13施工，每个切缝孔的间距为500mm。利用双向聚能管装药，使聚能方向对应于岩体预裂方向。聚能爆破采用三级煤矿乳化炸药(拟采用炸药规格为直径φ32×300mm/卷)，爆破孔口采用专业设备用炮泥封(孔封长度2.5m)。然后对顶板进行爆破，爆轰产物将在两个设定方向上形成聚能流，并产生集中张拉应力，使预裂炮孔沿聚能方向贯穿，整个爆破过程一次性完成并在整个顶板形成预裂切缝14(预裂切缝14深度一般大于2.6倍的采高)。本步骤中的预裂切缝14一方面可以减小采空区3向预裂切缝14另一侧的动压传递，另一方面还可以降低后续步骤中液压支架7的回撤动压。

步骤4，保持液压支架不动，割煤机继续向前割1.2m，然后在新形成的顶板上铺设钢筋网并安装第三列恒阻锚索。

如图6所示，在施工完成步骤3后，通过预裂切缝14减弱了其两侧的顶板联系，并在液压支架7、第一列恒阻锚索10和第二列恒阻锚索12的联合支护作用下开始准备施工第三列恒阻锚索15，液压支架7保持不动，割煤机向前推进1.2m(对于常见的割煤机相当于向前割两刀煤的距离)，此时液压支架7顶梁的最前端与前方煤壁的距离为3m，然后在割煤后新形成的顶板上铺设钢筋网9并安装第三列恒阻锚索15，恒阻锚索垂直于顶板设置，恒阻锚索的长度根据步骤3施工形成的预裂切缝的深度再加1～2m来设计，第三列恒阻锚索15距离第二列恒阻锚索12为1.0m，距离液压支架7顶梁最前端2.5m，排距为1.2m，并且相邻三个恒阻锚索沿着走向采用槽钢11相连，槽钢11设置在钢筋网9外侧，恒阻锚索穿过槽钢11后将其固定在顶板上。

步骤5，保持液压支架不动，割煤机继续向前割1.2m，然后在新形成的顶板上铺设钢筋网并安装第四列恒阻锚索。

如图7所示，在施工完成步骤4后，通过预裂切缝14减弱了其两侧的顶板联系，并在液压支架7、第一列恒阻锚索10、第二列恒阻锚索12和第三列恒阻锚索15的联合支护作用下开始准备施工第四列恒阻锚索16，液压支架7保持不动，割煤机向前推进1.2m(对于常见的割煤机相当于向前割两刀煤的距离)，此时液压支架7顶梁的最前端与前方煤壁的距离为4.2m，然后在割煤后新形成的顶板上铺设钢筋网9并安装第四列恒阻锚索16，恒阻锚索垂直于顶板设置，恒阻锚索的长度根据步骤3施工形成的预裂切缝的深度再加1～2m来设计，第三列恒阻锚索16距离第三列恒阻锚索15为1.0m，距离液压支架7顶梁最前端3.5m，排距为1.2m，并且相邻三个恒阻锚索沿着走向采用槽钢11相连，槽钢11设置在钢筋网9外侧，恒阻锚索穿过槽钢11后将其固定在顶板上。

步骤6，保持液压支架不动，割煤机继续向前割0.3m，然后对前方煤壁进行支护。末采煤壁由于前期开采破环了原有煤层结构以及受到采空区侧围岩所给的巷道压力，末采煤壁属于软弱、松散、破碎的岩层。为保证回撤通道的最终成巷效果，须对末采煤壁进行锚杆锚索支护。在松散体中安装具有预应力的锚杆，能形成以锚头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。压缩区内的松散体由于受压而保持稳定。因此，将锚杆沿巷道按一定的间排距布置，每根锚杆所形成的锥型压缩区彼此重叠连结，便在围岩中形成一个均匀的连续压缩带，压缩带内的岩体受径向和切向约束，处于三向应力状态，承载能力得到提高，因此不仅能保持自身稳定，而且能承受地压，阻止围岩松动和变形。锚杆在锚固力的作用下，将破裂了的岩石组织起来，提高其残余强度，形成一定厚度的锚固层。随着围岩的变形，锚固层中将进一步形成次生的“压力拱”承受地压。一般加固拱厚度与锚杆长度和间距之间的关系按照公式来l＝(btanα+a)/tanα来确定(其中b为加固拱厚度，m；α为锚杆在围岩中的控制角，(°)；a为锚杆的间距，m)。在具体的设计方法上，还应借助于计算机进行数值模拟优化，在使用中还应根据监测结果修改完善初始设计。

如图8和图9所示，在施工完成步骤5后，通过预裂切缝14减弱了其两侧的顶板联系，并在液压支架7、第一列恒阻锚索10、第二列恒阻锚索12、第三列恒阻锚索15和第四列恒阻锚索16的联合支护作用下开始准备施工煤帮的支护结构，液压支架7保持不动，割煤机向前推进0.3m，此时液压支架7顶梁的最前端与前方煤壁的距离为4.5m，然后在前方煤壁补打三列锚杆17和两列锚18索。锚杆17规格为φ20×2200mm，间排距为800×800mm，最上面一列锚杆17设置在肩窝处，其与竖直方向呈45°安装，另外两列锚杆17垂直于煤壁施工，煤壁上竖直方向的三根锚杆17采用小钢带19相连接。锚索18规格为φ21.8×6300mm，间排距为1200×1600mm，靠近顶板的一列锚索18距离顶板1.2m，并与水平方向呈30°向上安装，另一列锚索18垂直于煤壁施工。

步骤7，在对煤壁完成支护后，依次撤出综采工作面上的液压支架至第一顺槽内，并超前末端的掩护支架沿着所述预裂切缝布置挡矸设施，在所述液压支架和所述煤壁之间安装临时支护设施。

如图9和10所示，在撤出所述液压支架7的过程中，位于第二顺槽6一端的两个液压支架旋转90°并排设置作为掩护支架使用，靠近采空区3一侧的掩护支架7-1兼具挡矸功能，在靠近煤壁一侧掩护支架7-1靠近煤壁的一侧施工挡矸设施20。随着液压支架7不断向第一顺槽的方向移动并依次撤出至第一顺槽5内，掩护支架7-1也逐渐向所述第一顺槽5的方向移动并在掩护支架7-1的后方(掩护支架7-1与第二顺槽6之间的区域)形成采空区。

在本步骤中，临时支护设施优选为多列单体支架21，用于抵抗液压支架7的回撤动压，且每列单体支架21与每列恒阻锚索间隔设置，形成联合支护的形式，通常情况下可以设置四列单体支架21，单体支架21的间排距为1000×1000mm，且靠近挡矸设施20的一列单体支架21距离挡矸设施1000mm，每一列单体支架21的顶端顶压在设置于顶板上的铰接顶梁22上，在实施恒阻锚索保护措施前提下加强顶板支护强度。在本步骤中，若单体支架21的支撑阻力不足以抵抗回撤动压，可以实施密集单体支架，两列恒阻锚索之间可以设置两列甚至更多列单体支架。如图11所示，挡矸设施20包括挡矸钢筋网20-1和挡矸u型钢20-2，所述挡矸u型钢20-2沿所述预裂切缝14间隔布置，间隔距离优选为500mm，所述挡矸钢筋网20-1固定在所述挡矸u型钢20-2上，挡矸u型钢20-2卧底200mm设置，多节挡矸u型钢20-2在竖直方向上通过卡兰20-3连接，形成可伸缩结构，挡矸u型钢20-2和钢筋网20-1跟随掩护支架7-1的移动向前推进。

步骤8，封闭采空区。待顶板垮落并稳定后，对垮落不充分的地方进行填充，整理巷道形状以满足使用要求，并对矸石帮进行喷浆，在采空区和煤壁之间形成保留下来的回撤通道23。回撤通道成巷后的采掘巷道布置图参考图12，成巷最终效果断面图参考图13。

上述实施例提供的煤矿综采工作面的设备回撤及回撤通道自成巷的方法中，主要采用聚能切顶爆破配合恒阻大变形锚索支护的方式进行卸压和加固控制围岩变形，具有如下的技术优势。

(1)以采代掘自动成巷。该工艺在回采的同时进行支护和切缝，以采代掘自动形成回撤通道，无需预先掘进，提高了生产效率，减少了掘进工程量，降低了吨煤成本。

(2)回撤通道受采动影响小，围岩稳定。该工艺的回撤通道是通过回采形成，同时进行了切顶卸压，受回采工作面采动影响小，提高了顶板的自承载能力，减弱回撤支架期间的压力，提高了回撤通道围岩稳定性，增加了回撤工作的安全性，解决了巷道瓦斯积聚、风速超限等问题。

(3)自成巷形成的回撤通道可作为下个回采工作面的通道使用。通过卸压和加固控制围岩变形后的回撤通道，成巷效果好，能达到作为相邻工作面运输石门或者联络巷的复用要求，减少了矿井巷道掘进工程量，同时避免了新掘巷道对大巷产生的二次扰动影响。

需要说明的是，根据上述实施例的方法还可以包括其他必要的步骤和结构。本申请中各未述及结构的对应的布置位置和连接关系，各未述及步骤的相互时序和控制参数均可参考现有技术中的同类装置和方法，各未述及结构的连接关系、操作及工作原理对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。

本说明书中部分实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。