長壁工作面回采巷道超前支護段變形的鉆采卸壓控制方法與流程

本發明涉及一種巷道變形的鉆采卸壓控制方法，特別是一種長壁工作面回采巷道超前支護段變形的鉆采卸壓控制方法。

背景技術：

長壁工作面回采巷道受到超前支承壓力作用后，圍巖往往會產生大的收斂變形，影響其正常使用，而該段巷道又是工作面生產各系統的搭接點，生產工序多，設備多，作業人員多，工藝復雜，確保該區域巷道的圍巖穩定，保證足夠的工作空間成為工作面礦壓控制的重點和難點。

目前，回采巷道在超前支承壓力影響區主要采用密集支柱進行加強支護，該支護方式可以防止巷道頂板冒落，往往無法有效控制圍巖的變形，特別是在高應力作用下圍巖的軟化變形問題，這種情況下，需要邊回采邊在端頭區對巷道進行擴幫、挑頂和拉底。支柱的移設與巷道變形后的處理成為提高工作面效率的主要制約環節。

近年來，為了適應綜采工作面快速推進需要，開始研制相應的端頭與超前自移式液壓支架，采用自移式液壓支架后，使該范圍內支護強度獲得進一步提高，并降低了工人勞動強度，提高了該區域設備的前移速度，實現了減員增效。但端頭與超前液壓支架對巷道圍巖變形適應性差，較大的巷道變形將影響支架的正常推移，進而影響工作面的正常生產。

工作面超前支護問題的根源在于超前支承壓力造成的巷道圍巖變形，目前的解決方法是通過提高支護強度以適應高應力的圍巖環境，但無法有效控制軟弱圍巖和高應力導致的圍巖軟化變形。如果采取一定技術手段，降低該區域圍巖內的應力水平，或控制支承壓力的增高程度，將從根本上解決相應的礦壓控制問題。

目前適用于回采巷道的圍巖卸壓方法有兩種，包括開槽卸壓和松動爆破卸壓。對于開槽卸壓，目前尚無合適的開槽機具，常用成排的大直徑鉆孔來替代。由于成排鉆孔方式大多難以形成連續卸壓帶，孔間形成的應力集中，影響了圍巖應力向深部的轉移。實際應用中，有時利用鉆孔底藥壺爆破法進行限制性爆破，形成一個連續的松散、破碎帶，將支承壓力峰值轉移到圍巖深部，形成松動爆破卸壓。成排鉆孔卸壓的一個重要問題是高密度的鉆孔施工中，頻繁移動鉆機，勞動強度大，效率低。采用爆破進行輔助卸壓時，除爆破活動本身的安全問題外，會使圍巖擴容膨脹變形明顯增大，增大巷道的收斂變形。

螺旋鉆采煤機是適用于薄煤層開采條件的一種采煤設備，適用于產量較小，特別是衰老礦井中的極薄煤層的開采。螺旋鉆采煤機可同時鉆出連續鉆采孔，形成一個寬槽，自然形成了具有卸壓效果的卸壓槽。并且螺旋鉆采煤機具有配套的行走機構與運輸系統，機械化水平高，勞動強度低，可以快速高效的用于卸壓施工，適應了超前支承壓力隨工作面生產動態前移的特點，又可以對超前段巷道圍巖進行有效卸壓，減少圍巖變形，降低端頭和超前區工人勞動強度，提高整個工作面的生產效率。

技術實現要素：

本發明的目的是要提供一種長壁工作面回采巷道超前支護段變形的鉆采卸壓控制方法，實現對超前段巷道圍巖進行有效卸壓，減少圍巖變形，降低端頭和超前區工人勞動強度，提高整個工作面的生產效率。

本發明的目的是這樣實現的：該鉆采卸壓方法是在巷道煤幫設計三花眼鉆孔，根據巷道斷面尺寸與煤體物理力學參數，確定鉆孔的深度和相鄰鉆孔間水平與垂直距離，巷道內布置螺旋鉆采煤生產系統，在靠近超前支承壓力影響區位置施工卸壓鉆孔，并隨工作面的推進，不斷前移鉆采設備；

具體步驟如下：

a、在長壁工作面超前支承壓力影響區外，沿巷道煤幫向煤體內鉆孔，利用超前支承壓力對鉆采后的煤體進行松動；

b、采用螺旋鉆采煤機施工工作面回采巷道超前支護段卸壓鉆孔；

c、卸壓鉆孔采用三花孔布置方式。

所述的卸壓鉆孔深度不小于15m。

相鄰鉆孔間垂直距離與水平距離的比值大于其中為煤體的內摩擦角。

有益效果及優點：根據長壁工作面超前支承壓力影響區卸壓工程的工作環境，給出采用螺旋鉆采煤機進行鉆采卸壓的技術方法，滿足工作面不斷推進需要。采用三花眼卸壓鉆孔的布置與施工方式，并根據煤體的剪切破壞強度，確定鉆采孔間的相對位置參數，提高了鉆采后集中應力對巷道兩幫煤體的壓裂效果。

通過卸壓使高應力區向圍巖深部轉移，可降低或消除高應力導致的回采巷道圍巖的軟化變形，提高回采工作面超前支護的技術效果。螺旋鉆采煤機鉆采可同時鉆出連續鉆采孔，能形成有利于圍巖變形卸壓的寬槽，鉆采機械化水平高，勞動強度低，并能適應回采工作面生產動態前移的特點。鉆孔采用三花眼布置，有利于孔間煤體的剪切破壞，增加圍巖的松動變形，提高卸壓效果。

附圖說明

圖1為本發明的長壁工作面超前支護段鉆采卸壓平面布置示意圖

圖2為本發明的長壁工作面超前支護段鉆采卸壓鉆孔布置示意圖。

圖中：1、采煤工作面；2、回采巷道；3、采空區；4、鉆孔；5、鉆孔深度；6、螺旋鉆采煤機；7、刮板輸送機；8、轉載機；9、運煤設備；10、煤層；11、頂板；12、底板；13、巷道高度；14、孔間水平距離；15、孔間垂直距離。

具體實施方式

該鉆采卸壓方法是在巷道煤幫設計三花眼布置的鉆孔，根據巷道斷面尺寸與煤體物理力學參數，確定鉆孔的深度和相鄰鉆孔間水平與垂直距離，巷道內布置螺旋鉆采煤生產系統，在靠近超前支承壓力影響區位置施工卸壓鉆孔，并隨工作面的推進，不斷前移鉆采設備；

具體步驟如下：

a、在長壁工作面超前支承壓力影響區外，沿巷道煤幫向煤體內鉆孔，利用超前支承壓力對鉆采后的煤體進行松動；

b、采用螺旋鉆采煤機施工工作面回采巷道超前支護段卸壓鉆孔；

c、卸壓鉆孔采用三花孔布置方式。

所述的卸壓鉆孔深度不小于15m。

相鄰鉆孔間垂直距離與水平距離的比值大于其中為煤體的內摩擦角。

下面結合附圖對本發明的實施過程作進一步說明：

實施例1：本發明長壁工作面回采巷道超前支護段變形的鉆采卸壓控制方法，實施過程主要包括三個方面：鉆孔參數的設計，鉆采系統設計與設備的選型，以及鉆采工藝設計與施工。

鉆孔參數的設計：根據煤層10條件和巷道2設計參數，確定鉆孔4的深度d 5、鉆孔的水平距離w 14和鉆孔間垂直距離h 15。

鉆采系統設計與設備的選型：根據巷道2斷面尺寸與底板12條件，確定鉆采的運煤系統組成和螺旋鉆采煤機6、刮板輸送機7和轉載機9等設備的參數與型號。

鉆采工藝設計與施工：設計各生產設備的布置、生產環節的配合及生產系統的沿巷道的向前推移過程。

本發明長壁工作面回采巷道超前支護段變形的鉆采卸壓控制方法具體操作步驟如下：

首先要根據巷道尺寸，要求鉆孔深度5一般在15m以上，根據巷道高度，要求鉆孔高度16與巷道高度13滿足鉆孔間的水平距離14和垂直距離15應試滿足其中，為巖體的內摩擦角。

選擇滿足鉆孔尺寸要求的螺旋鉆采煤機6，選擇與螺旋鉆機煤機能力相配套的刮板輸送機7和轉載機8，要求刮板輸送機和轉載機運輸能力大于螺旋鉆采煤鉆采能力的1.2倍。輔助運輸采用無軌膠輪車的礦井，運煤設備9可選用梭車運煤，其它輔助運輸方式時，運煤設備9選用皮帶運輸機，選用皮帶運輸機時，要求其運輸能力大于螺旋鉆采煤機鉆采能力的1.2倍。

鉆采施工安置在超前支承壓力影響范圍以外，設備布置到位后，螺旋鉆采煤機水平鉆采，鉆頭割煤，螺旋鉆桿掏煤，煤出鉆孔后直接裝入刮板輸送機，轉入轉載機，裝入運煤梭車或皮帶輸送機。鉆采到設計深度5時，退出鉆桿，螺旋鉆采煤機整體前移，前移距離為設計孔間水平距離14。鉆機移到位后，調整鉆機高度，使鉆孔間垂直距離為設計值15，開始下一循環鉆采。隨工作面1的推進，鉆采區巷道進入超前支承壓力作用下，巷道淺部圍巖因鉆采而易于松動破壞，導致支承壓力升高區向煤體深部轉移，從而減小巷道收斂變形，為工作面的正常生產提供足夠勞動空間。

以上具體描述本發明的實施方案，除圖中標示的說明外，方案中所述巖體內摩擦角、輔助運輸、無軌膠輪車、皮帶運輸機和支承壓力升高區等為本領域常用概念與設備，所述具體實施過程必能被本領域的技術人員理解。以上所述是本發明的具體實施方式及所運用的技術原理，其體現的采用卸壓原理控制長壁工作面回采巷道超前支護段圍巖變形的技術思想也屬于本發明保護范圍之內。