專利名稱：一種長壁工作面無煤柱開采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤層的開采方法，尤其與長壁工作面的煤層開采方法有關(guān)。
背景技術(shù)：
隨著煤炭開采深度的增加，長壁開采通常采用留設(shè)煤柱的辦法保護上順槽巷道， 巷道較深時由于地應(yīng)力的急增導(dǎo)致留設(shè)煤柱的寬度增大，傳統(tǒng)長壁開采工作面沿空留 (掘)巷開采工藝，在深部開采過程中存在的巷道工程量大、采掘比高、生產(chǎn)效率低，資源浪費嚴重以及留設(shè)煤柱造成的瓦斯突出、沖擊地壓頻發(fā)、采空區(qū)漏風(fēng)等安全隱患，已經(jīng)成為困擾和影響煤礦安全和高效開采的重大問題。目前國內(nèi)外主要采煤國家中對于無煤柱開采的研究主要集中在沿空掘巷和沿空留巷兩方面。沿空掘巷是在上一工作面回采完成后，并且采場頂板垮落充分，矸石得到擠壓壓實，覆巖礦壓顯現(xiàn)停止，圍巖穩(wěn)定以后，在采空區(qū)和煤體邊緣形成一個卸壓帶，在卸壓帶內(nèi)重新掘進一條新的巷道。沿空掘巷必須要在上一區(qū)段工作面回采完畢，采場頂板垮落完成并壓實后才能進行掘巷，因此需要相當長的時間，給我國很多礦井的生產(chǎn)接替造成很大的困難。沿空留巷是在本工作面回采過程中即采用相關(guān)的技術(shù)將本工作面中的下順槽保留下來，作為下一個工作面回采的上順槽。目前的沿空留巷技術(shù)中，巷內(nèi)支護先后發(fā)展了木棚、工字鋼棚、可縮支架、錨網(wǎng)索等，巷旁支護發(fā)展了木垛、密集支柱、矸石帶、混凝土砌塊、 膏體充填和高水材料充填等技術(shù)。雖然取得一定的成績，但是仍然存在很多不足和問題忽視巷旁煤體的支護作用，巷內(nèi)主動支護技術(shù)應(yīng)用少，巷旁支護與圍巖變形不協(xié)調(diào)，支護設(shè)計缺乏系統(tǒng)性。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種支護可靠、開采效率高且無須設(shè)置煤柱的長壁工作面無煤柱開采方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種長壁工作面無煤柱開采方法，包括如下步驟(1)在煤層上挖掘連通的兩個巷道作為首采面的上順槽巷道與下順槽巷道；(2)對下順槽巷道頂板進行加固，并在該下順槽巷道頂板工作面一側(cè)向上鉆設(shè)用來預(yù)裂爆破的多個聚能孔；(3)進行回采，直至形成采空區(qū)，巷道消失；(4)在采空區(qū)原下順槽位置的頂板的對應(yīng)聚能孔位置進行爆破，在頂板靠近開采面的一側(cè)形成沿整個原下順槽巷道且上下延伸的定向切縫；(5)來自采空區(qū)上部深層巖層的壓力使開采面頂板斷裂下沉，原下順槽巷道位置重新成為巷道；(6)以原下順槽巷道位置自動形成的巷道作為下一開采面的上順槽巷道，并挖掘CN 102536239 A
相對該上順槽巷道的下順槽巷道，形成新的開采面；(7)重復(fù)所述步驟0)-(6)，連續(xù)開采煤炭，直至該煤層開采完畢。進一步，所述步驟(2)中還包括如下步驟在下順槽巷道的頂板上安裝傳感器，并有線傳輸?shù)降孛?，對下順槽巷道狀態(tài)進行遠程實時監(jiān)測。進一步，所述步驟(2)中采用恒阻大變形錨桿對作為下順槽的巷道頂板進行加固。進一步，所述步驟中采用雙向聚能預(yù)裂爆破方法進行定向切縫。進一步，所述步驟(1)與步驟(6)中，還需要對巷道進行防漏防火處理。進一步，所述步驟O)中傳感器包括頂板離層儀與錨桿受力儀。本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中在下順槽巷道工作面一側(cè)的頂板上鉆設(shè)用來預(yù)裂爆破的聚能孔，并在對應(yīng)聚能孔位置進行爆破，在頂板靠近開采面的一側(cè)形成沿原下順槽巷道方向延伸的切縫，采空區(qū)沿該切縫垮落，使得原下順槽巷道位置自動成巷，且該巷道頂板不會受采空區(qū)垮落影響，可保持較好的狀態(tài)，然后以該巷道為下一開采面的上順槽巷道繼續(xù)下一輪開采，每兩個開采面之間是連續(xù)的，無煤柱支撐，開采率高，且成巷過程無須長時間等待，作業(yè)效率提高。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明圖1為本發(fā)明一種長壁工作面無煤柱開采方法中開采面結(jié)構(gòu)俯視示意圖；圖2為本發(fā)明一種長壁工作面無煤柱開采方法中開采面結(jié)構(gòu)主視示意圖；圖3為本發(fā)明一種長壁工作面無煤柱開采方法中首采面下順槽加固及鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明一種長壁工作面無煤柱開采方法中首采面形成采空區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明一種長壁工作面無煤柱開采方法中采空區(qū)垮落結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明一種長壁工作面無煤柱開采方法中恒阻大變形錨桿結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及附圖在本質(zhì)上是當作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。本發(fā)明中采用的無煤柱開采方法，首先需要形成首采面。如圖1與圖2所示，形成首采面1的方法與現(xiàn)有方法相同，在煤層開采的邊緣上確立首次開采位置，在該位置上采用S100A型總決機挖掘出兩個平行的巷道2、3，兩個平行的巷道2、3在尾部通過巷道4連通?？拷吘壍南锏?為上順槽巷道，靠近繼續(xù)開采面的巷道3為下順槽巷道，連通上順槽巷道2與下順槽巷道3的巷道為回采面4。每個開采面都必須形成兩條巷道，上順槽巷道是用于材料運輸巷道，下順槽巷道是用于回風(fēng)的巷道。在實際開采中，從回采面4進行開采， 直至采空上順槽巷道2與下順槽巷道3之間區(qū)域所有煤炭，再進行下一開采面的開采。然后如圖3所示，對首采面1的下順槽巷道3進行支護。支護包括被動支護與主動支護，被動支護是在下順槽巷道3內(nèi)搭置框架，被動地承受下順槽巷道3頂板下壓的力量，該種支護方式耗材高、成本高且支護效果有限。主動支護是在下順槽巷道3頂板5上加裝錨桿，以加固頂板5，該錨桿6 —般長度在5-10米，通過連接上層較為穩(wěn)固的巖石層來托頂下順槽巷道3的頂板5。普通的錨桿變形量小，容易折斷，本發(fā)明中采用恒阻大變形錨桿進行加固，公告號為CN101858225B的專利已對該恒阻大變形錨桿進行了詳細公開。恒阻大變形錨桿6均勻分布在首采面1的下順槽巷道3的頂板5上，間距根據(jù)需要設(shè)定在2-5米。如圖6所示，恒阻大變形錨桿6是專門針對大變形巷道和高應(yīng)力巷道設(shè)計的一款可以保持恒阻并靠機械滑動裝置保持延伸量的錨桿。恒阻大變形錨桿6包括螺母61、球墊 62、托盤63、恒阻裝置64、連接套65與桿體66，恒阻裝置64呈筒狀結(jié)構(gòu)，套裝于桿體66的尾部，托盤63和螺母61依次套裝在恒阻裝置64的尾部，其中托盤63的中間部分設(shè)有一孔以供恒阻裝置64穿過，螺母61螺紋連接于恒阻裝置64，螺母61與托盤63之間安裝緩沖的球墊62，連接套安裝在恒阻裝置64另一端。在將恒阻大變形錨桿6應(yīng)用于巷道中時，當巷道圍巖的變形能超出錨桿所能承受的范圍，通過其結(jié)合面上設(shè)置有螺紋結(jié)構(gòu)的恒阻裝置64和錨桿桿體66產(chǎn)生相對位移，也即該錨桿6隨著圍巖大變形而發(fā)生表現(xiàn)為徑向拉伸的大變形。圍巖發(fā)生大變形之后，其能量得到釋放，而恒阻大變形錨桿6在拉伸之后仍然能夠保持恒定的工作阻力，圍巖的變形能小于恒阻大變形錨桿6的恒定工作阻力，恒阻裝置64恢復(fù)原狀并緊緊的套裝在桿體66上時，巷道將再次處于穩(wěn)定狀態(tài)，實現(xiàn)了巷道的穩(wěn)定，消除了冒頂沖擊等安全隱患。恒阻大變形錨桿6承載力15 20KN，延伸量均可達到300 600mm，具有較大的變形能力以適應(yīng)沿空巷道的大變形能力。另外，在首采面下順槽3靠近首采面1的一側(cè)的頂板5上，使用MQT-120J鉆機在頂板5上依次向上鉆設(shè)呈直線排列的聚能孔7，以方便通過該聚能孔7進行爆破，實現(xiàn)定向切縫。該聚能孔7間距在2-5米，根據(jù)實際巖層特點來確定。同時，還需要對各巷道2、3、4 噴涂尿醛塑料泡沫，以防漏防火。本發(fā)明中，還在作為首采面下順槽巷道3的頂板5上安裝頂板離層儀與錨桿受力儀，還可在下順槽巷道3的側(cè)壁及底面相應(yīng)位置上安裝形狀位置傳感器。頂板離層儀安裝在頂板5上，可探知確定的近點相對于確定的遠點的相對位移變化，以監(jiān)測頂板5下落狀態(tài)；錨桿受力儀通過錨桿6安裝在頂板5上，可探知頂板5對恒阻大變形錨桿6的托盤63 頂面的壓力，以監(jiān)測頂板5下落壓力變化情況；形狀位置傳感器分別安裝在下順槽巷道3的頂板5、底面及兩個側(cè)壁上，對下順槽巷道3截面形狀變化進行監(jiān)測。頂板離層儀、錨桿受力儀與形狀位置傳感器所監(jiān)測得到的信號均通過線路傳輸?shù)降孛嫔希诘孛嫔线M行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并通過以太網(wǎng)等形式對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行遠程傳輸，工作人員可在遠程監(jiān)測和分析該數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對下順槽巷道3狀態(tài)進行遠程實時監(jiān)測。完成上述工作后，在該開采面逐步進行回采，直至形成采空區(qū)。如圖4所示，形成采空區(qū)后，首采面1的下順槽巷道3—側(cè)側(cè)壁消失，與采空區(qū)連成一片，巷道消失。首采面1形成采空區(qū)后，在原下順槽巷道3的頂板5上對應(yīng)聚能孔7的位置安裝雙向聚能預(yù)裂爆破裝置，連接爆破引線，對該處頂板5進行爆破預(yù)裂，在原下順槽巷道3的頂板5靠近采空區(qū)一側(cè)形成一條預(yù)裂面，該預(yù)裂面為在頂板5靠近開采面的一側(cè)的沿原下順槽3方向雙向延伸的切縫，也就是在原下順槽巷道3的頂板5上實現(xiàn)了定向切縫。雙向聚能預(yù)裂爆破方法的專利號為ZL200610113007X，該爆破方法可以實現(xiàn)對頂板5圍巖的預(yù)裂作用，同時又可以保護頂板5不受爆破的破壞作用，簡單易用，爆破效果好，成本低廉，操作方便。該爆破技術(shù)在預(yù)裂線上施工炮孔，采用雙向聚能裝置裝藥，并使聚能方向?qū)?yīng)于巖體預(yù)裂方向。爆轟產(chǎn)物將在兩個設(shè)定方向上形成聚能流，并產(chǎn)生集中拉張應(yīng)力，使預(yù)裂炮孔沿聚能方向貫穿，形成預(yù)裂面。由于鉆孔間的巖石是拉斷的，爆破炸藥單耗將大大下降， 同時由于聚能裝置對圍巖的保護，鉆孔周邊巖體所受損傷也大大降低，所以該技術(shù)可以達到實現(xiàn)預(yù)裂的同時又可以保護沿空巷道頂板的目的。其中雙向聚能裝置是由一定強度(單軸抗壓強度為1. 6MPa 2. OMPa)的管材(包括PVC管和金屬管兩種)經(jīng)過加工而成；聚能裝置直徑依據(jù)炮孔直徑而異，其值的大小依據(jù)特定巖體的裝藥不耦合系數(shù)確定；雙向抗拉聚能裝置上的聚能孔形狀多樣，可以是圓形、橢圓形、方形、矩形等，其參數(shù)依據(jù)巖性、炸藥確定；雙向抗拉聚能裝置上聚能孔孔徑大小、孔間距與巖性、巖體結(jié)構(gòu)以及施工巖體的原巖應(yīng)力狀態(tài)等有關(guān)，需要建立相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式，依據(jù)相關(guān)計算結(jié)果進行設(shè)計。采空區(qū)在定向切縫影響下及采空區(qū)上方的深層巖層壓力作用下，采空區(qū)發(fā)生垮落，如圖5所示。由于原首采面下順槽巷道3的頂板5實施了定向切縫，采空區(qū)垮落時不會帶下原首采面下順槽巷道3的頂板5，垮落的采空區(qū)在下順槽巷道3預(yù)裂側(cè)沿預(yù)裂面垮落后形成了下順槽巷道3的側(cè)幫(即圖5中A區(qū)域)，原下順槽巷道3位置重新成為巷道。對新形成的上順槽巷道3的側(cè)幫采用素混凝土進行噴漿密閉，防止采空區(qū)內(nèi)的瓦斯、CO等有害氣體進入新形成的上順槽巷道3內(nèi)，這樣原首采面的下順槽巷道3就被保留下來作為第二個工作面的上順槽巷道進行重復(fù)利用。同理，進行第三個工作面的回采時，利用本發(fā)明的工藝方法將第二個工作面的下順槽巷道作為第三個工作面的上順槽巷道使用。最后，以原首采面下順槽巷道位置自動形成的巷道3作為下一開采面的上順槽巷道，并挖掘相對該上順槽巷道3的下順槽巷道，并形成新的開采面。同時，還需要對各巷道噴涂尿醛塑料泡沫，以防漏防火。重復(fù)上述開采步驟，連續(xù)開采煤炭，直至該煤層開采完畢。就實現(xiàn)了長壁工作面無煤柱開采。本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中在下順槽巷道3的工作面一側(cè)的頂板5上鉆設(shè)用來預(yù)裂爆破的聚能孔7，并在對應(yīng)聚能孔位置進行爆破，在頂板 5靠近開采面的一側(cè)形成沿原下順槽巷道3方向延伸的切縫，采空區(qū)沿該切縫垮落，使得原下順槽巷道3位置自動成巷，且該巷道3的頂板5不會受采空區(qū)垮落影響，可保持較好的狀態(tài)，然后以該巷道3為下一開采面的上順槽巷道繼續(xù)下一輪開采，每兩個開采面之間是連續(xù)的，無煤柱支撐，開采率高，且成巷過程無須長時間等待，作業(yè)效率提高。本發(fā)明的技術(shù)方案已由優(yōu)選實施例揭示如上。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當意識到在不脫離本發(fā)明所附的權(quán)利要求所揭示的本發(fā)明的范圍和精神的情況下所作的更動與潤飾，均屬本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種長壁工作面無煤柱開采方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在煤層上挖掘連通的兩個巷道作為首采面的上順槽巷道與下順槽巷道；(2)對下順槽巷道頂板進行加固，并在該下順槽巷道頂板工作面一側(cè)向上鉆設(shè)用來預(yù)裂爆破的多個聚能孔；(3)進行回采，直至形成采空區(qū)，巷道消失；(4)在采空區(qū)原下順槽位置的頂板的對應(yīng)聚能孔位置進行爆破，在頂板靠近開采面的一側(cè)形成沿整個原下順槽巷道且上下延伸的定向切縫；(5)來自采空區(qū)上部深層巖層的壓力使開采面頂板斷裂下沉，原下順槽巷道位置重新成為巷道；(6)以原下順槽巷道位置自動形成的巷道作為下一開采面的上順槽巷道，并挖掘相對該上順槽巷道的下順槽巷道，形成新的開采面；(7)重復(fù)所述步驟0)-(6)，連續(xù)開采煤炭，直至該煤層開采完畢。
2.如權(quán)利要求1所述的長壁工作面無煤柱開采方法，其特征在于，所述步驟(2)中還包括如下步驟在下順槽巷道的頂板上安裝傳感器，并有線傳輸?shù)降孛?，對下順槽巷道狀態(tài)進行遠程實時監(jiān)測。
3.如權(quán)利要求1所述的長壁工作面無煤柱開采方法，其特征在于，所述步驟(2)中采用恒阻大變形錨桿對作為下順槽的巷道頂板進行加固。
4.如權(quán)利要求1所述的長壁工作面無煤柱開采方法，其特征在于，所述步驟(4)中采用雙向聚能預(yù)裂爆破方法進行定向切縫。
5.如權(quán)利要求1所述的長壁工作面無煤柱開采方法，其特征在于，所述步驟(1)與步驟 (6)中，還需要對巷道進行防漏防火處理。
6.如權(quán)利要求2所述的長壁工作面無煤柱開采方法，其特征在于，所述步驟(2)中傳感器包括頂板離層儀與錨桿受力儀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種長壁工作面無煤柱開采方法，包括如下步驟(1)挖掘上順槽巷道與下順槽巷道；(2)對下順槽巷道的頂板進行加固，并在頂板上鉆設(shè)用來預(yù)裂爆破的聚能孔；(3)進行回采，直至形成采空區(qū)；(4)對應(yīng)聚能孔進行爆破，在頂板形成切縫；(5)開采面斷裂下沉，成為新巷道；(6)以原下順槽巷道作為下一開采面的上順槽巷道，并挖掘相對該上順槽巷道的下順槽巷道，形成新的開采面；(7)重復(fù)所述步驟(2)-(6)，連續(xù)開采煤炭，直至該煤層開采完畢。本發(fā)明中每兩個開采面之間是連續(xù)的，無煤柱支撐，開采率高，且成巷過程無須長時間等待，作業(yè)效率提高。
文檔編號E21C41/16GK102536239SQ20121000366
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者何滿潮, 俞學(xué)平, 劉萬波, 孫曉明, 張國鋒, 楊曉杰, 湯曉東, 魏正均 申請人:何滿潮