[發明專利]傾斜煤層穿小煤柱深切淺注阻矸護巷技術及切頂位置確定方法

有效

• 申請號: 202210923081.7
• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN115182729B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 孫建;陳運生;張若飛;趙永杰
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了傾斜煤層穿小煤柱深切淺注阻矸護巷技術及切頂位置確定方法，所述方法首先依據現場地質條件及采場覆巖破壞特征，確定傾斜煤層穿小煤柱切頂卸壓鉆孔的位置及其傾角、孔深、孔徑、孔距；其次在本工作面沿空巷道內沿其徑向施工穿小煤柱的采場覆巖卸壓鉆孔，沿其軸向依據孔距依次施工相同工藝的穿小煤柱采場覆巖卸壓鉆孔，并依據上區段采場覆巖裂隙發育高度，將卸壓鉆孔分為深部和淺部兩個區域；然后在卸壓鉆孔的深部區域安裝預裂介質，淺部區域注漿封堵，實施采場深部覆巖切頂，使其向上區段采空區側垮落，壓實傾斜采空區內矸石，阻擋其向下方小煤柱側滑落擠壓。通過傾斜煤層穿小煤柱深切淺注阻矸技術，實現小煤柱及沿空巷道圍巖穩定。

技術領域

本發明涉及煤礦安全開采技術領域，具體涉及一種傾斜煤層穿小煤柱深切淺注阻矸護巷技術及切頂位置確定方法。

背景技術

留小煤柱沿空掘巷是我國常用的煤礦回采巷道布置和維護技術，即沿上區段工作面采空區邊緣留設小煤柱掘進下區段工作面順槽，留設小煤柱具有提高煤炭資源回收率和隔絕采空區瓦斯及有毒有害氣體等優點。但是在工程實際應用中，在采空側頂板懸臂巖梁及基本頂弧形三角塊結構形成的側向支承壓力作用下，留小煤柱沿采空區掘出的巷道在服務期間變形量較大,維護較為困難,而制約了留小煤柱沿空掘巷的推廣。

小煤柱及沿空巷道變形破壞受到的主要影響因素——在煤礦開采中，隨著工作面繼續推進，基本頂巖層會產生周期性“O-X”型破斷，即工作面周期來壓，工作面側向頂板在采動過程中亦發生斷裂垮落而形成穩定結構。在工作面端頭處，基本頂破斷后剩余部分懸露長度較短，形成懸臂梁結構。隨著懸臂梁的旋轉、下沉，基本頂在側向煤體深部產生破斷形成弧形三角塊B，弧形三角塊B前端與巖塊A鉸接，后端與巖塊C鉸接，形成“三鉸拱”結構；其中巖塊A為沿空巷道工作面基本頂巖塊，位于本工作面端頭上方；巖塊C為上區段采空區基本頂垮落巖塊，垮落后位于上區段采空區內；弧形三角塊B對鉸接結構穩定性和工作面側向支承壓力分布起主導作用，稱為關鍵塊，位于區段煤柱及沿空巷道上方。關鍵塊B的空間形態、斷裂位置、幾何尺寸、運動狀態及其穩定性將直接影響區段煤柱及沿空巷道的穩定性，其與巖塊A的位置關系及鉸接結構又進一步影響著本工作面回采時上覆巖層破斷形態及工作面端頭礦壓顯現特征。由于基本頂破斷位置不同，基本頂關鍵塊B向上區段采空區側的回轉角度、所引起的頂板下沉量也不同，造成的沿空巷道變形破壞程度、位置也不同。一般而言，當基本頂破斷位置位于工作面煤壁內側時，基本頂關鍵塊B受到工作面煤壁和區段煤柱的共同支承作用，基本頂關鍵塊B回轉、下沉量較小，使得沿空巷道圍巖變形量也相對較?。划敾卷斊茢辔恢梦挥谘乜障锏郎戏綍r，基本頂關鍵塊B受到區段煤柱和上區段采空區冒落矸石的支承作用，此時區段煤柱承受的上覆巖層載荷較大，基本頂關鍵塊B回轉、下沉量較大，所引起的沿空巷道圍巖變形量也相對較大，沿空巷道頂板下沉、底鼓及巷道煤柱側幫部變形、破壞最為嚴重；當基本頂破斷位置位于區段煤柱上方時，基本頂關鍵塊B僅受到部分區段煤柱和上區段采空區冒落矸石的支承作用，基本頂關鍵塊B在區段煤柱采空區側的回轉、下沉量較大，但所引起的沿空巷道圍巖變形量相對于基本頂破斷位置位于沿空巷道上方時的會略有減小，僅造成巷道煤柱側幫部的變形、破壞以及煤柱載荷的增大。

而進一步的對于傾斜煤層留小煤柱沿空掘巷來說，由于煤層傾斜造成工作面上下端頭所受上部荷載不對稱，小煤柱及沿空巷道受到比水平煤層時更大的影響，同時上區段采空區的矸石亦會由于傾角而向小煤柱側滑落，增大其變形和破壞。

針對上述傾斜煤層留小煤柱沿空掘巷所遭遇的問題，依靠傳統錨桿錨索對巷道加強支護無法有效控制圍巖變形，穿小煤柱切斷其上方懸臂巖梁，使懸臂巖梁向上區段采空區回轉下沉，才能從根本削弱小煤柱和沿空巷道的應力集中，從而提高小煤柱和沿空巷道圍巖的穩定性。