一种动力灾害矿井采区巷道结构及其开拓方法技术

本发明专利技术公开了一种动力灾害矿井采区巷道结构及其开拓方法，以井田区域性动力灾害防避设计思路为前提，从地质和开采技术角度出发，采用多元因素排除法对动力灾害矿井采区“U型通风系统+辅助功能巷”的采区回采巷道群主要致灾因素进行可控(调)性筛选，通过分析可调控子因素和利用采空区侧向应力分布规律来完成动力灾害矿井采区巷道减灾的新型布置方法，其思路方法科学、合理，具有实际借鉴意义，可降低煤损量，节省巷道减灾与维护成本，从根源上削弱了巷道动力灾害发生，提高生产中的安全性。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术属于煤矿井下动力灾害防治领域，具体涉及一种动力灾害矿井采区巷道减灾布置及开拓方法。【
技术介绍
】动力冲击型灾害是特厚煤层放顶煤开采矿井重要灾害之一。一般指在采掘工作面推进过程中，由于煤层赋存的特殊地质岩性条件和开采技术条件，矿山井巷和采场周围煤岩体由于受到强烈的矿山压力作用，使煤岩变形能释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力冲击灾害现象。如煤(岩)爆在煤矿井下以煤(岩)炮的形式瞬间发生，就是一种能量瞬间释放的动力现象。矿山煤(岩)爆冲击发生前，一般没有明显的宏观征兆。冲击发生时，煤(岩)体突然被抛出，造成支架折损、片帮冒顶、巷道堵塞、人员伤亡，并伴有巨大的声响和岩体震动。若发生高瓦斯煤层动力冲击时，还会伴有大量的瓦斯涌出，极易诱发次生灾害事故，从而给煤矿造成巨大的经济损失。我国厚至特厚煤层储量丰富，约占探明储量的47.7%，厚至特厚煤层采用综采放顶煤工艺具有产量大、效率高特点，每年开采的厚煤层产量约占全国煤炭产量的40%?50%。采区回采巷道接序需要每年新掘数万公里的巷道工程量，而综放工作面巷道在考虑顶板水、瓦斯、煤自燃等灾害的威胁时，工作面双巷、多巷布置亦成为一种主要的巷道布置方式，目前在我国神华、晋城、彬长等矿区应用较多。综放开采采区回采巷道的这种多巷系统如果布置不合理，不但会引起动力灾害的发生，还会增加巷道开拓与维护成本，增加煤柱损失。国内典型的动力灾害(以煤岩爆类型为主)矿井，如甘肃华亭煤矿、砚北煤矿、义马千秋煤矿、平庄古山煤矿、胡家河煤矿等，采掘工作面煤岩具有突发性、瞬时震动性及巨大破坏性的特征，煤岩弹性应变能瞬间积聚与释放，并以顶、底板破坏为主，两帮破坏为辅。动力显现问题已严重威胁矿井正常生产及工人的人身安全。实践表明，矿井动力冲击型灾害大多发生在回采工作面附近(部分由于地质构造原因发生在掘进面)，综放面由于采高较大，老顶的断裂回转变形空间大，侧向支承压力影响范围也就更远。在老顶悬顶、断裂引起的动载荷与低位煤岩静载荷叠加作用下，煤岩动力冲击极易发生。而支承压力影响范围(影响区)就成了矿井区域性防灾与采区煤柱宽度留设的关键。在矿井动力冲击型灾害防治中，通常分三个层次，第一层次为井田区域性防避(主要有巷道布置方式、方法优化、开采保护层、优化工作面接替顺序、优化采煤方法)，第二层次为采掘空间的技术性治理(如爆破和大孔径钻孔卸压技术)，第三层次为个体防护(如灾害心理疏导、危险区个体防护装备)。其中，井田区域性防避是动力冲击型灾害矿井治本工作，而巷道系统优化布置又是从根源上开展动力灾害的疏导与避让。在国内，一些动力冲击灾害综放开采矿井，采区回采工作面为了兼顾水、火、瓦斯等多灾害治理，巷道大多采用巷道群系统布置。为了更好的抽放工作面隅角和采空区瓦斯，在煤层上方岩层单独布置了一条高位瓦斯抽放巷，工作面两侧只需布置单U型通风方式即可满足通风要求，两侧辅助巷道只做功能巷，辅助疏排水和采空区灌浆，如图1所示。由于功能巷道布置的太多且顺序紧凑，小而不规则的煤柱群繁多，上区段工作面开采导致侧后方出现大范围高强度和中等强度的动力危险区(红色和黄色区域)。【
技术实现思路
】本专利的目的在于优化动力灾害矿井“U型通风系统+辅助功能巷”采区回采巷道群的不合理设计，降低伴随的高应力叠加及动力显现重复性恶化现象。从区域性优化防避设计的思路上分析动力致灾可控子因素，通过巧妙的利用小(窄)煤柱采空区侧向应力分布规律来完成新型巷道系统布置及开拓方法，在考虑多灾害防治功能的基础上大大减小(降低)动力灾害发生频率。本专利技术采用以下技术方案:一种动力灾害矿井采区巷道的开拓方法，先采掘上区段工作面，再采掘本区段工作面，在上区段工作面和本区段工作面之间预留出宽煤柱，最后在宽煤柱之间采掘本区段泄水平巷，所述本区段泄水平巷与上区段工作面之间为窄煤柱，最后加强本区段泄水平巷的支护强度。所述上区段工作面与煤柱相邻的巷道为回风巷，与回风巷平行的是运输巷；所述本区段与煤柱相邻的巷道为多功能巷道，兼做本区段回风巷道和上区段泄水巷道，与多功能巷道平行的另一边为本区段运输巷道。所述上区段的回风巷与运输巷同时采掘。所述本区段的回风巷与运输巷同时采掘。巷道的轴向方向与矿井的最大水平应力方向一致。在上区段工作面回采稳定后，再沿采空区边缘留窄煤柱掘进下区段辅助功能巷。所述本区段泄水平巷的支护采用“U型钢+锚杆或锚索+金属网+钢筋梯梁或W形钢带”组成复合型全断面支护形式。采掘速度为4_7m/d，回采速度为3_5m/d。—种动力灾害矿井采区巷道结构，上区段工作面和本区段工作面之间预留有宽煤柱，宽煤柱之间采掘有本区段泄水平巷，本区段泄水平巷与上区段工作面之间的距离为窄煤柱，本区段与宽煤柱相邻的是多功能平巷，兼做本区段回风巷和上区段泄水巷，多功能平巷另一侧为运输巷，上区段与窄煤柱相邻的是回风巷，另一侧为运输巷。所述上区段和本区段瓦斯高抽巷均布置在两工作面回风巷侧上方，且距回风平巷平距保持相等。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果:本专利技术的巷道由原来的9条变为7条，巧妙的在上下两个工作面之间的煤柱内布置一个巷道，利用煤柱设置巷道，在满足通风条件的基础上，节省了煤柱的损失，大大降低了成本，且避免了动力冲击灾害的发生。【【附图说明】】图1为本专利技术布置图；图2为采空区侧向支承压力分布图；图3为本专利技术采掘流程图；图4为现有动力至害矿井的“U”型通风系统+辅助功能巷”巷道群布置示意图。【【具体实施方式】】本专利技术公开了一种动力灾害矿井采区巷道布置及方法，以井田区域性动力灾害防避设计思路为前提，从地质和开采技术角度出发，采用多元因素排除法对动力灾害矿井采区“U型通风系统+辅助功能巷”的采区回采巷道群主要致灾因素进行可控(调)性筛选，通过分析可调控子因素和利用采空区侧向应力分布规律来完成动力灾害矿井采区巷道减灾的新型布置方法，其思路方法科学、合理，具有实际借鉴意义，可降低煤损量，节省巷道减灾与维护成本，从根源上削弱了巷道动力灾害发生，提高生产中的安全性。为了达到上述目的，本专利技术一种动力灾害矿井采区巷道新型减灾布置方法优化的前提(思路)包括以下内容:内容一:筛选出区域性至灾因素，分析可调控子因素。对于在掘进和回采中遇到动力冲击现象的矿井(井田)，在工程设计时要充分考虑到在巷道开拓和回采中出现的此类现象，做好前期技术分析保障工作。首先将引起动力冲击灾害显现的主要原因分为地质和开采技术两大因素，从上述两大主因素中，分析及筛选出可调控子因素，即是区段煤柱留设方式、水平应力方向及基本顶坚硬程度。其中，顶板(包括煤体)坚硬程度往往采用碎顶爆破或在煤岩中打设大孔径钻孔，以此进行技术性卸压，以破坏煤岩完整和释放集中应力的方式实现减灾的目的，但技术性解危存在治标不治本的特点，只能起到局部减灾、降灾效果，况且爆破本身存在工艺上的危险性，在区域性防避思路上不可取。内容二:调整巷道轴向方向(最好与水平应力的方向一致)。研究表明，巷道顶底板变形与稳定性主要受水平应力的影响。当巷道轴线与最大水平主应力平行，巷道受水平应力的影响最小，有利于顶底板稳定；当巷道轴线与最大水平主应力垂直，巷道受水平应力的影响最大，顶底板稳定性最差，更不利于顺槽顶、底板动力灾害的防避；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力灾害矿井采区巷道的开拓方法，其特征在于：先采掘上区段工作面，再采掘本区段工作面，在上区段工作面和本区段工作面之间预留出宽煤柱，最后在宽煤柱之间采掘本区段泄水平巷，所述本区段泄水平巷与上区段工作面之间为窄煤柱，最后加强本区段泄水平巷的支护强度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴学明，王苏健，乔懿麟，冯海，李亮，张元振，刘文静，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61