CN103266893B - 无煤柱采煤方法在下保护层开采中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无煤柱巷道布置在下保护层开采中的应用，所述无煤柱巷道布置包括错层位或者沿空掘巷的巷道布置，本发明在动力灾害煤层的下保护层开采中，采用无煤柱巷道布置，在相邻工作面之间取消对覆岩起支撑作用的煤柱，实现了采场沿倾向的连续回采，随着开采范围的增加，采场上方裂隙带升高，被保护煤层在裂隙带中的层位相对降低，拓宽了下保护层开采的应用范围，并且采动更充分、卸压效果更明显，被保护层不再受保护层留设煤柱的影响，实现了被保护层的安全、经济开采。

Description

无煤柱采煤方法在下保护层开采中的应用

技术领域

本发明涉及煤炭开采领域，尤其涉及无煤柱采煤方法在下保护层开采中的应用。

背景技术

开采保护层是消除被保护层发生动力灾害的有效手段，目前开采保护层已经成为区域性防治措施的首选。

采空区上方根据采动程度，划分为垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，关于上述“三带”划分的研究。然而，传统上认为，在应用保护层时，与被保护层之间存在一个距离的限制问题，即对保护层与被保护之间的距离有一定的要求，特别是下保护层的使用，如果距离不当，那么保护层开采不可行或者保护效果不明显。在应用下保护层进行区域性防治时，按照开采顺序，属于上行式开采，要求被保护层处于下保护层开采后的裂隙带内，并且常常按照“三带”判别法确定上行开采的可行性，例如，根据公式1：

$H_m=\frac{100M}{4.7M+19}\±2.2;$ $H_d=\frac{100M}{1.6M+3.6}\±5.6;$

式中，H_m-垮落带高度，m；H_d-导水裂隙带高度，m；M-下煤层采高，m。

或根据公式2：

$R=\frac{S}{M}\frac{1}{K{\mathrm{\β}}_1{\mathrm{\β}}_2{\mathrm{\β}}_{\mathrm{\α}}}$

式中，R-保护层与被保护层的当量相对层间距；S-保护层与被保护层的间距；M-保护层采高；K-顶板管理系数；β₁-保护层采高影响系数；β₂-层间硬岩所占百分比；β_α-煤层倾角α的系数。

由上可知，在应用下保护层开采时，对“三带”划分方法中，所依据的是一次采出厚度、煤层倾角、硬岩层在层间所占百分比、顶板管理方法以及二者层间距等，在分类中没有考虑工作面回采范围对上覆岩层的影响，限制了下保护层开采的应用。

另外，在下保护层开采中，由于工作面一般沿走向的推进距离较大，因此，工作面沿走向的卸压效果明显；但在工作面倾向上，由于工作面之间设有护巷煤柱，使得被保护层沿工作面倾向上的卸压效果不明显。

图1为首先开采煤层2作为煤层3的下保护层的开采方案。当工作面41开采时，形成相应的卸压区域71，当工作面42开采时，形成相应的卸压区域72。由于工作面41与工作面42之间存在护巷煤柱5，在煤层3中会存在一个卸压不充分的区域8，区域8的尺寸取决于煤柱5的尺寸以及卸压边界线61和62，并且，如果卸压边界线61与62在煤层3中不相交，则区域8属于承受高应力的区域，无论是高应力区域8还是卸压不充分的区域8，在煤层3开采过程中均属危险区域。因此，实现被保护层在倾向上的充分、连续卸压对于实现被保护层的安全、经济开采具有重要意义。

发明内容

综上，具有动力灾害煤层采用下保护层开采时，首先要求被保护层位于下保护层开采后形成的覆岩裂隙带的中下方，裂隙带的发育高度可以通过调整工作面开采尺寸来控制；其次，在被保护煤层中形成的充分卸压区域尽可能连续。

本发明的目的在于提供一种无煤柱采煤方法在下保护层开采中的应用，以解决被保护层在下保护层开采时难以充分、连续卸压的问题，实现被保护层的安全开采。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

无煤柱巷道布置在下保护层开采中的应用，所述无煤柱巷道布置为错层位巷道布置或沿空掘巷的巷道布置，在所述下保护层之上存在被保护层，其中，在下保护层开采中采用所述无煤柱巷道布置，以便在工作面倾向上形成连续工作面，并且在所述连续工作面上方形成垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，通过调整所述连续工作面在工作面倾向上的长度使所述被保护层处于垮落带上方与弯曲下沉带的下方。

根据本发明，优选地，在应用错层位巷道布置时，当所述下保护层的视厚度小于错层位巷道布置中错层的两个巷道的高度之和，所述错层的两个巷道采用半煤岩布置。

根据本发明，优选地，所述连续工作面的倾向长度之和使所述被保护层位于裂隙带的中部或下部。

根据本发明，优选地，在下保护层中形成连续的工作面，使所述被保护层的卸压区域的膨胀变形值不小于0.6%。

根据本发明，优选地，所述被保护层可安全开采范围满足公式：

$a=\mathrm{\ΣL}-H_0(\mathrm{ctg\β}+\mathrm{ctg\γ})$

式中，a为被保护层可安全开采范围；β为下山卸压角；γ为上山卸压角；H₀为保护层与被保护层之间的距离，m。

与现有技术相比，本发明在动力灾害煤层的下保护层开采中，采用无煤柱巷道布置，在相邻工作面之间取消对覆岩起支撑作用的煤柱，实现了采场沿倾向的连续回采，随着开采范围的增加，采场上方裂隙带升高，被保护煤层在裂隙带中的层位相对降低，拓宽了下保护层开采的应用范围，并且采动更充分、卸压效果更明显，被保护层不再受保护煤层留设煤柱的影响，实现了被保护层的安全、经济开采。

附图说明

图1为传统采煤方法在下保护层开采中的应用示意图；

图2无煤柱巷道布置示意图；

图3为无煤柱采煤方法在下保护层开采中的应用示意图。

具体实施方式

下面以本发明所述方法在煤炭生产中的实际应用为例，对本发明进行详细说明。然而本领域技术人员应该认识到，本发明并不因此而受到任何限制。

对于下保护层的开采，可以认为下保护层的应用效果主要取决于上方被保护层在“三带”中的位置：被保护层不能位于垮落带内；被保护层位于裂隙带中下部时，处于采动裂隙发育区内，煤层的透气性好；被保护层位于裂隙带上部时，裂隙的沟通不好，煤层仅有部分膨胀变形；被保护层位于裂隙带与弯曲下沉带边缘时，此处仅有少量破断裂隙，卸压效果有限；被保护层位于弯曲下沉带时，卸压效果进一步降低。

因此，在应用下保护层开采时，要求被保护层处于垮落带之上和弯曲下沉带之下。在本发明中，特别是针对采用传统方法判定被保护层位于弯曲下沉带而不适于应用下保护层开采的情况，本发明在确定是否可以应用下保护层开采时，认为无论是沿工作面倾向上的工作面长度还是沿工作面走向的推进距离均会影响到裂隙带的发展高度，即回采空间几何尺寸同样是影响垮落带、裂隙带以及弯曲下沉带高度的主要因素之一；从而，可以通过在工作面倾向上增大工作面长度（即在工作面之间采用无煤柱布置方式，形成连续工作面）来使裂隙带上升，进而调整被保护层在“三带”中的位置，使其位于导水裂隙带内。本发明采用这种方式，拓宽了下保护层开采的应用范围，以下将对其进行详细说明。

在本发明中，针对被保护层具有可以开采的下保护层的情况，在下保护层的开采中应用无煤柱的巷道布置，取消相邻工作面之间的煤柱留设，以便在工作面倾向上形成连续工作面，在工作面倾向上，工作面的长度为连续工作面的倾向长度之和。由于下保护层的开采，在所述连续工作面上方形成垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，通过调整形成的连续工作面在工作面倾向上的长度使所述被保护层处于垮落带上方与弯曲下沉带的下方。

在本发明中，下保护层开采时，由于采用无煤柱布置方式，随着工作面倾向上的工作面长度的增大，采场上方裂隙带升高，被保护煤层在裂隙带中的层位相对降低，进而使被保护层位于裂隙带内。优选地，其上方垮落带、裂隙带和弯曲下沉带可通过CN102654054A中所公开的方法确定。当被保护层中布置有n个连续的工作面时，随着裂隙带升高，被保护层受到保护层的n次采动影响，使被保护层形成充分连续的卸压，可以被安全开采。

在本发明中，所述无煤柱巷道布置包括错层位巷道布置或沿空掘巷的巷道布置。

图2为相邻工作面的无煤柱巷道布置示意图，图中a、b和c分别是错层位巷道布置的内错式、重叠式和外错式巷道布置，即将工作面进风巷与回风巷分别布置在煤层的不同层位。相邻工作面42的上巷与已采工作面41的下巷布置在煤层的不同层位，呈立体化搭接布置。图中d是完全沿空掘巷布置，相邻工作面42的上巷沿着已采工作面41采空区布置。

无论是错层位巷道布置还是沿空掘巷布置，当相邻工作面42回采时，其上覆岩层的运动与已采工作面41的上覆岩层的运动形成整体，相当于增加了沿倾向的工作面长度。

对于错层位巷道布置，其传统上适用于厚煤层开采。然而在应用下保护层开采时，其厚度通常不大，难以直接应用错层位巷道布置。

在本发明中，在应用错层位巷道布置时，当所述下保护层的视厚度（煤层的视厚度=煤层真厚度/煤层倾角的余弦）小于错层位巷道布置中错层的两个巷道的高度之和，所述错层的两个巷道可以采用半煤岩布置，即部分巷道可以布置在岩层中，只要煤层的视厚度能够实现两巷的重叠即可。

在下保护层开采时，要求被保护层处于垮落带上方与弯曲下沉带的下方，即裂隙带内。优选地，所述被保护层最好是位于裂隙带的中下部，卸压效果更好。

图3示出了下保护层采用无煤柱巷道布置对被保护层的卸压影响的示意图。在下保护层2首先进行工作面41的开采，受下山方向的卸压边界线61与上山方向的卸压边界线62的影响，在被保护层3中形成卸压区域71。

当采用完全无煤柱巷道布置开采相邻工作面42时，工作面41上山方向的卸压线62消失，工作面41与工作面42的上覆岩层形成一个整体，工作面42开采期间，裂隙带高度上升，被保护层在裂隙带中的相对层位降低，并且卸压区域从71扩大至区域72，这时两个工作面之间对被保护层3的卸压范围取决于工作面41下山方向的卸压边界线61和接续工作面上山方向的卸压边界线62，实现了对被保护层3的连续卸压。

同样，当被保护层中布置n个工作面时，由于无煤柱布置，被保护层3经过保护层2的n次采动影响，对被保护层3的采动影响程度充分，并且，工作面之间不再受下山方向卸压边界线61的影响，因此在被保护层3中的卸压范围连续。

因此，对于本发明，随着接续工作面个数的增加，累计倾斜方向的连续开采长度增加，下保护层上方受充分采动的裂隙带高度不断上升，被保护层3在裂隙带的相对层位下降，卸压程度越来越充分。

优选地，可以根据区域71的膨胀变形值来判断卸压效果，当区域71的膨胀变形值不小于0.6%时，则被保护层3卸压充分。

优选地，当下保护层2被开采以实现被保护层3的充分卸压后，所述被保护层3可安全开采的长度可通过下式计算：

$a=\mathrm{\ΣL}-H_0(\mathrm{ctg\β}+\mathrm{ctg\γ})$

式中，a-被保护层可安全开采长度；β-下山卸压角；γ-上山卸压角；H₀，两层煤间距。

本发明通过调节在工作面倾向上连续工作面的长度，从而调整被保护层在“三带”中的位置，使得传统上认为难以应用的下保护层开采得以实施，拓宽了下保护层开采的应用范围。

另外对于目前受工作面长度限制与留设煤柱影响，在开采下保护层时，下保护层与被保护层之间距离远时倾向卸压不充分、距离近时受卸压边界线影响被保护层存在高应力区域，煤柱的存在会影响被保护层的卸压效果，无法保证被保护层倾向的安全、连续开采。提供的无煤柱采煤方法在下保护层开采中的应用，提出使用无煤柱布置被保护层的回采工作面，工作面间的覆岩由于没有支撑体，接续工作面回采时上覆岩层的运动形成一个整体，实现了倾斜方向的连续开采长度，覆岩的采动程度更加充分，被保护层在裂隙带中的层位相对降低，卸压程度更加充分，并且无煤柱开采实现了倾斜方向的连续卸压，实现了被保护层倾向充分、连续卸压的安全、经济开采。

Claims (5)

1.无煤柱巷道布置在下保护层开采中的应用，所述无煤柱巷道布置为错层位巷道布置或沿空掘巷的巷道布置，在所述下保护层之上存在被保护层，其特征在于，在下保护层开采中采用所述无煤柱巷道布置，以便在工作面倾向上形成连续工作面，并且在所述连续工作面上方形成垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，通过调整所述连续工作面在工作面倾向上的长度使所述被保护层处于垮落带上方与弯曲下沉带的下方；

其中，所述沿空掘巷的巷道布置为完全沿空掘巷布置，使相邻工作面的上巷沿着已采工作面采空区布置。

2.如权利要求1所述的无煤柱巷道布置的应用，其特征在于，在应用错层位巷道布置时，当所述下保护层的视厚度小于错层位巷道布置中错层的两个巷道的高度之和，所述错层的两个巷道采用半煤岩布置。

3.如权利要求2所述的无煤柱巷道布置在下保护层开采中的应用，其特征在于，所述连续工作面在工作面倾向上的长度之和使所述被保护层位于裂隙带的中部或下部。

4.如权利要求2或3所述的无煤柱巷道布置在下保护层开采中的应用，其特征在于，在下保护层中形成连续的工作面，使所述被保护层的卸压区域的膨胀变形值不小于0.6％。

5.如权利要求2或3所述的无煤柱巷道布置在下保护层开采中的应用，其特征在于，所述被保护层可安全开采长度满足公式：

a＝ΣL-H₀(ctgβ+ctgγ)

式中，a为被保护层可安全开采长度；β为下山卸压角；γ为上山卸压角；H₀为保护层与被保护层之间的距离，m。