[发明专利]一种特厚煤层放顶煤工作面巷道布置方法

说明书

本发明公开了一种特厚煤层放顶煤工作面巷道布置方法，在工作面两巷及开切眼沿煤层底板掘进完毕后，沿着煤层顶板和工作面走向掘进末采沿顶准备巷道，沿着末采准备巷道每隔1个周期来压步距掘进平行于开切眼的末采沿顶作业巷道，在工作面超前支承压力影响末采段工作面之前，进行末采段工作面顶板的松动爆破，然后进行工作面回采巷道的切顶预裂爆破，使得末采段顶板得到充分的增透破碎。工作面推至末采段时，采空区顶板充分垮落，矸石充填程度好，支撑上覆岩层能力较自然垮落法大幅提高，从而优化采场超前支承压力分布情况，降低工作面超前支承压力显现强度，缩小末采煤柱尺寸，优化回撤巷道应力环境，同时，回收末采煤柱内的部分煤炭资源。

技术领域

本发明涉及一种煤炭开采技术，尤其涉及一种特厚煤层放顶煤工作面巷道布置方法，尤其与末采期间大巷维护和减小末采煤柱有关。

背景技术

随着煤层高度的增加，工作面尤其是放顶煤工作面的采动影响逐渐增大，表现在煤壁片帮冒顶，超前工作面段的回采巷道变形剧烈，以及留设的末采保护煤柱尺寸大，不仅增加了回采期间的巷道支护与维护成本，也使得大量的煤炭资源留在地下，无法开采。

工作面开采后，上覆顶板向下垮落，破坏了采场的初始平衡状态，并在采场周围产生压力升高区域，升高的压力即称为支承压力。支承压力的存在，使得开采活动不可避免的对采场周围的巷道产生应力影响，为避免或尽可能的减小采动对周围巷道的影响，往往会留设区段煤柱和末采煤柱，隔离较高的支承压力，从而实现对相邻回采巷道和大巷的保护。

支承压力的力学来源，从开采后所形成的上覆岩层结构看，是顶板岩块在采空区矸石不断被压缩的过程中逐渐向采空区偏转下沉的结果。上覆顶板结构的变化过程，伴随着采场应力的重新分布，会导致在工作面走向和倾斜方向上形成超前和侧向支承压力，而支承压力的大小取决于矸石垮落充填后在采空区内形成的剩余空间和矸石充填体压缩变形量的大小。传统的自然垮落法管理顶板的方式，虽然技术最简单、经济成本也很低，但存在着顶板垮落不及时、坚硬厚层顶板难以冒落和采空区充填不充分等问题，往往会在采场周围形成较高的支承压力，加大区段和大巷保护煤柱的尺寸。

工作面末采期间，往往会设置较大的末采保护煤柱，以防止工作面停采后，工作面超前支承压力影响到大巷，从而影响整个矿井的生产，由于特厚煤层开采形成的超前支承压力区的宽度大，峰值压力高，需要留设的末采煤柱尺寸更大，浪费的煤炭资源量巨大，不能满足高产高效矿井建设的要求。

目前常用的工作面末采回撤方式为预掘回撤通道，即在工作面超前支承压力影响区外提前开挖出一条与工作面开切眼平行的巷道，作为工作面支架和采煤机等设备的回撤通道，待工作面推进至预掘巷道位置时停止工作面的回采并进行回撤。使用该方法进行工作面回撤技术原理简单，但由于特厚煤层放顶煤工作面的超前支承压力显现剧烈，预掘出的回撤通道不可避免得要受到完整的采动影响，其变形量通常很大，巷道围岩的控制难度和成本较高。

对于支承压力的控制目前常用的方法主要有两个：

一是随着工作面的推进，进行采空区充填，从而将采场上覆岩层的移动变形控制到很小的尺度，使得超前支承压力的范围和强度都得到极大的减小；

二是通过预裂和松动爆破，预先将采场顶板进行切断或弱化处理，从而使得工作面开采后，采空区顶板能够快速的垮落并充填采空区，切断或者弱化上覆岩层载荷向实体煤方向的转移，达到控制超前支承压力强度和影响范围的目的。采空区充填目前存在着成本高、影响工作面推进速度等问题，往往只在“三下”煤层开采中得以应用；松动爆破往往用在厚硬顶板初采期间，以防止顶板长距离悬顶带来的压力集中释放，但无法随着工作面的推进持续进行；预裂切顶爆破技术用在回采巷道靠近采空区一侧的顶板中，能够起到对巷道顶板卸压的作用，局部改善巷道围岩的应力分布情况，但难以对整个采场顶板的垮落和应力分布情况产生影响。

因此，在保证工作面原布置方案不变的情况下，如何通过优化末采期间的回采巷道布置，从而达到控制工作面超前支承压力显现强度，减小末采煤柱留设尺寸，有效提高工作面煤炭回收率的目的，是目前特厚煤层开采非常现实且关键的技术问题。