一种新型煤矿冲击地压治理方法技术

一种新型煤矿冲击地压治理方法，适用于矿井使用。当采空后工作面顶板稳定后沿采空区掘进新工作面顺槽，留设小煤柱，超前顺槽掘进向相邻采空区边界区施工钻孔至采空区，向钻孔灌注混凝土浆填满采空区边界空隙；留小煤柱沿空掘进顺槽，滞后掘进工作面向巷道围岩离层裂隙区钻孔，利用钻孔注浆加固围岩，重复施工直至完成整个顺槽的施工，混凝土浆沿采空区形成充填筑帮混凝土墙，然后布置新工作面的另一个顺槽和切眼对新综采工作面进行开采，回采结束后重复上述步骤实现全采区工作面之间留小煤柱开采。能够消除应力集中，避免冲击地压的产生，有效隔离采空区，显著降低小煤柱变形、破坏，杜绝小煤柱和采空区遗煤自燃，提升资源回收率。

【技术实现步骤摘要】
一种新型煤矿冲击地压治理方法
本专利技术涉一种冲击地压治理方法，尤其综合机械化采煤的现代化矿井使用，提供了一种提升资源回收率的新型煤矿冲击地压治理方法。
技术介绍
为了确保煤矿开采安全、高效，绝大多数矿井工作面之间留设20—40m宽度的隔离煤柱，一方面可以有效地防止生产或准备工作面与采空区漏风而引发遗留煤自燃，同时也确保了构成生产工作面所有生产系统、通道的安全、高效。目前无煤柱开采主要有两种技术，即沿空留巷和沿空掘巷技术。俄罗斯、德国、波兰等国家应用长壁开采方法时推行无煤柱开采较普遍，多为沿空留巷，但这一技术在我国推行时由于地质条件复杂、矿山压力大等原因遇到的困难较多，目前仅在部分浅埋深矿井有成功应用，大屯、兖州等矿区也曾在深埋矿井试验沿空留巷技术，但都未取得真正的成功。沿空掘巷并非真正的无煤柱开采，其实是留小煤柱掘巷，一般留设6-10米，但这一技术近年在兖矿、淮南等矿区解决冲击地压问题方面取得了较好的效果，但同时也留下采空区遗煤自燃、存在不能有效隔水等新的问题。近年来国内通过现场观测、实验室和理论研究，在无煤柱护巷、留小煤柱的机理、上覆岩层运动、矿压显现及支护方面开展了一系列基础研究工作，取得了进展。理论基础在于工作面开采后，采空区顶板运动形成冒落带、裂隙带、整体沉弯带的过程中，矿山压力会快速向高处、两侧转移，在两侧靠近未采区，由于巷帮围岩受压屈服，形成了卸压区。但实际上，隅角位于工作面与两侧未采煤体边界之间，沿工作面推进方向则呈线性延伸。开采后，低位冒落带和裂隙带快速形成的过程其实也是隅角区域局部受力拱生成的过程。这个受力拱一侧由未采区煤帮及顶板支撑，做为拱脚，另一侧由采空区冒落带提供支撑，这个拱形成的受力带可称为内应力区，力的来源为采空区边界断裂拱，这就决定了工作面隅角区域反而成为了低应力区，鉴于整个采空区冒裂带会形成一个近20倍采高的穹顶式大拱，压实又是一个较缓慢的过程，在上覆岩层压力作用下，未采区一侧应力会尽快转移、扩散，从而形成外应力区，就目前沿空留巷技术而言，在工作面后的采空区边缘人工构筑承载体将回采巷道保留下来。构筑承载体的方法传统多采用矸石+水泥砂浆砌筑，后来又发展出钢混凝土墙、柔模混凝土墙，但因施工区实已进入冒落区，顶板下沉异常严重，近年也有人提出在支护承载墙上部安装让压气囊。何满朝院士提出沿空切顶留巷，在顶板沿切顶线预支一排恒阻力锚索，通过爆破切落顶板做为巷道一帮，但这一技术在条件复杂和深埋矿井至今尚未取得真正突破。施工时要人员进入采空区冒落带边缘，安全无法保障。施工的结果往往是成本很高、效率效益很低，关键是留巷普遍还有严重的变形、底鼓，向采空区漏风，强度不足时甚至破坏不能使用。存在的主要问题是支护极其困难，尤其是巷旁承载墙的支护问题在我国一直都没有得到较好的解决。比较而言沿空掘巷技术在我国得到了较好的应用，尤其是在一些深埋矿井解决冲击地压方面，但也存在较严重的问题。①在回采接续工作面时，临近采空区小煤柱如果过窄，则受支撑力的影响变形、失稳严重，如果煤柱过宽，则巷道处于高应力区内，使巷道压力大、支护困难，冲击地压风险升高；②存在采空区大量破碎遗煤自燃威胁，就全国而言，一半以上为易自燃煤层，就鄂尔多斯地区而言，几乎全部开采煤层易自燃，多个矿井已经由此隐患③小煤柱因受压变形而产生的裂隙沟通了采空区，形成了导水通道，在采空区积水较多的矿井极易造成工作面被淹的局面。但针对冲击地压原理的研究表明，正是宽煤柱造成了应力集中，造成矿压不均匀释放而引发。以鄂尔多斯区域煤矿冲击地压为例，区内冲击地压无一例外地发生于接续工作面受二次采动影响巷道（多做回风）。接续工作面回采前，受二次动压巷道一侧为与上一工作面之间隔离煤柱，一般20~40m宽，另一侧为工作面前方未采区。巷道两侧煤体及上覆基岩作为相邻已采区所形成“受力拱”的拱脚而提供支撑力，成为应力集中区。上覆基岩临采空区侧为已采区冒裂边界，形成自由度，是最容易发生岩移的区域。因而该应力集中区构成“悬臂梁”承力结构。在工作面回采过程中，基本顶由于周期性断裂而产生动压。实验和实测证明，上覆岩层移动由下向上成组运动，形成层间离层，岩层移动的动态过程受控于覆岩关键层运动。岩体本身的非均质性及力学特征的非均一性，决定了不同高度、不同范围分层跨落的步距也不一致，所引起的应力集中范围和强度也不同。回采后两侧采空，只剩隔离煤柱作为不断向上发育的“多跨叠加拱”的中间拱脚提供支撑力，上覆岩层压力多集中于此，形成“扁担效应”。由于采空区冒落带形成初期还处于不断被压实的状态，能够提供的支撑力比较小，造成整个采空区上覆岩层压力很大一部分通过拱结构转移至“悬臂梁”区域和采空区隔离煤柱，其值大小又首先取决于上覆岩层的厚度，厚度越大，压力也越大。上述三个因素加上岩体本身的属性共同决定了受二次采动影响巷道区域压力只能是在应力集中、叠加超出支撑能力时，间断性地释放，从而形成冲击地压。综上所述，留宽煤柱开采存在冲击地压、采空区遗煤自燃、及造成资源浪费等问题，唯有实现无煤柱或留小煤柱开采才能彻底消除接续工作面前“悬臂梁”、面后“扁担效应”结构引起的应力集中，才能既解决冲击地压问题，提升资源回收率。然而现有的无煤柱开采技术需要在上一工作面回采过程中就同时兼顾下一工作面而施工，对已经形成的采空区，则尚无有效技术。留小煤柱则又明显存在小煤柱受矿压影响变形、破坏严重，在自燃煤层容易引发煤炭自燃，无法有效防控相邻采空区积水造成的突水等重大隐患。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，提供一种步骤简单，真正能够在已有采空区情况下的冲击地压地区使用无煤柱开采，既能真正实现无煤柱开采提升资源回收率，又能向井下充填处理矸石，还能治理冲击地压现象，且有效防止瓦斯向工作面渗透的新型煤矿冲击地压治理方法。为实现上述技术目的，本专利技术的一种提升资源回收率的煤矿冲击地压治理方法，其步骤如下：当采空后的综采工作面顶板运动趋于稳定后沿着采空区留设的3.0—8.0m小煤柱掘进新工作面的顺槽，超前顺槽掘进向采空区边界或上工作面隅角区方向施工钻孔直至采空区，向钻孔灌注混凝土浆，留小煤柱沿空掘进顺槽，支护巷道，滞后掘进工作面向巷道围岩离层裂隙区钻孔，然后利用钻孔，向采空区隅角顶板离层、裂隙空隙区注浆加固围岩，重复施工直至完成整个顺槽的施工，灌注的混凝土浆沿采空区形成一道充填筑帮混凝土墙，充填筑帮混凝土墙上方的裂隙区加固从而帮助充填筑帮混凝土墙隔离采空区并支撑顶板，然后布置新工作面的另一个顺槽和切眼，对形成的新综采工作面进行无煤柱开采，当回采结束后重复上述步骤实现全采区无煤柱开采。具体步骤如下：a、在综采工作面回采后不进行回填形成采空区且顶板运动趋于稳定后，采取留小煤柱沿空掘巷的方式继续布置新工作面的一个顺槽；b、自沿空掘巷工作面超前向相邻采空区边界方向施工注帮钻孔，钻孔开口位置在新掘巷道临空侧帮，滞后掘进迎头8-12m，仰角6-12°，向采空区侧偏角8-15°，每施工一个注帮钻孔后即使用泵车向注帮钻孔中灌注混凝土浆，每施工一个注帮钻孔后即本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型煤矿冲击地压治理方法，其特征在于步骤如下：/n当采空后的综采工作面顶板运动趋于稳定后沿着采空区留设的3.0—8.0m小煤柱掘进新工作面的顺槽，超前顺槽掘进向采空区边界或上工作面隅角区方向施工钻孔直至采空区，向钻孔灌注混凝土浆，留小煤柱沿空掘进顺槽，支护巷道，滞后掘进工作面向巷道围岩离层裂隙区钻孔，然后利用钻孔，向采空区隅角顶板离层、裂隙空隙区注浆加固围岩，重复施工直至完成整个顺槽的施工，灌注的混凝土浆沿采空区形成一道充填筑帮混凝土墙，充填筑帮混凝土墙上方的裂隙区加固从而帮助充填筑帮混凝土墙隔离采空区并支撑顶板，然后布置新工作面的另一个顺槽和切眼，对形成的新综采工作面进行无煤柱开采，当回采结束后重复上述步骤实现全采区无煤柱开采。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型煤矿冲击地压治理方法，其特征在于步骤如下：
当采空后的综采工作面顶板运动趋于稳定后沿着采空区留设的3.0—8.0m小煤柱掘进新工作面的顺槽，超前顺槽掘进向采空区边界或上工作面隅角区方向施工钻孔直至采空区，向钻孔灌注混凝土浆，留小煤柱沿空掘进顺槽，支护巷道，滞后掘进工作面向巷道围岩离层裂隙区钻孔，然后利用钻孔，向采空区隅角顶板离层、裂隙空隙区注浆加固围岩，重复施工直至完成整个顺槽的施工，灌注的混凝土浆沿采空区形成一道充填筑帮混凝土墙，充填筑帮混凝土墙上方的裂隙区加固从而帮助充填筑帮混凝土墙隔离采空区并支撑顶板，然后布置新工作面的另一个顺槽和切眼，对形成的新综采工作面进行无煤柱开采，当回采结束后重复上述步骤实现全采区无煤柱开采。


2.根据权利要求1所述的新型煤矿冲击地压治理方法，其特征在于具体步骤如下：
a、在综采工作面回采后不进行回填形成采空区且顶板运动趋于稳定后，采取留小煤柱沿空掘巷的方式继续布置新工作面的一个顺槽；
b、自沿空掘巷工作面超前向相邻采空区边界方向施工注帮钻孔，钻孔开口位置在新掘巷道临空侧帮，滞后掘进迎头8-12m，仰角6-12°，向采空区侧偏角8-15°，每施工一个注帮钻孔后即使用泵车向注帮钻孔中灌注混凝土浆，每施工一个注帮钻孔后即使用泵车向注帮钻孔中灌注混凝土浆，随着掘进在边界隅角区施工多个注帮钻孔，由于混凝土空间的采空区边界隅角一侧为实体煤，另一侧为冒落带跨落矸石，混凝土浆在重力的作用下在实体煤与采空区的跨落矸石之间形成一道隔离墙，随着顺槽掘进在边界隅角区施工多个注帮钻孔，多个注帮钻孔灌注的混凝土浆在掘进揭露时逐渐凝固最后形成一道随掘进方向延伸的充填注帮混凝土墙，从而隔离采空区确保瓦斯被封堵不向新工作面外溢，并且能够支撑顶板；
c、与采空区相隔3.0—8.0m小煤柱，与采空区边界平行沿空掘进新工作面顺槽；
d、采用全长锚固方式支护新工作面的掘进巷道；
e、掘进巷道过程中在新掘顺槽顶板水平仰角30°指向采空区施工加固钻孔，利用加固钻孔向相邻采空区隅角顶板离层、裂隙空隙区压入加固材料加固围岩；
f、重复步骤b至步骤e直至完成整个新工作面的一个顺槽，在未采区掘进另一条顺槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫军，
申请(专利权)人：陈卫军，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15