[发明专利]倾斜煤层穿小煤柱深切浅注阻矸护巷技术及切顶位置确定方法

说明书

本发明公开了倾斜煤层穿小煤柱深切浅注阻矸护巷技术及切顶位置确定方法，所述方法首先依据现场地质条件及采场覆岩破坏特征，确定倾斜煤层穿小煤柱切顶卸压钻孔的位置及其倾角、孔深、孔径、孔距；其次在本工作面沿空巷道内沿其径向施工穿小煤柱的采场覆岩卸压钻孔，沿其轴向依据孔距依次施工相同工艺的穿小煤柱采场覆岩卸压钻孔，并依据上区段采场覆岩裂隙发育高度，将卸压钻孔分为深部和浅部两个区域；然后在卸压钻孔的深部区域安装预裂介质，浅部区域注浆封堵，实施采场深部覆岩切顶，使其向上区段采空区侧垮落，压实倾斜采空区内矸石，阻挡其向下方小煤柱侧滑落挤压。通过倾斜煤层穿小煤柱深切浅注阻矸技术，实现小煤柱及沿空巷道围岩稳定。

技术领域

本发明涉及煤矿安全开采技术领域，具体涉及一种倾斜煤层穿小煤柱深切浅注阻矸护巷技术及切顶位置确定方法。

背景技术

留小煤柱沿空掘巷是我国常用的煤矿回采巷道布置和维护技术，即沿上区段工作面采空区边缘留设小煤柱掘进下区段工作面顺槽，留设小煤柱具有提高煤炭资源回收率和隔绝采空区瓦斯及有毒有害气体等优点。但是在工程实际应用中，在采空侧顶板悬臂岩梁及基本顶弧形三角块结构形成的侧向支承压力作用下，留小煤柱沿采空区掘出的巷道在服务期间变形量较大,维护较为困难,而制约了留小煤柱沿空掘巷的推广。

小煤柱及沿空巷道变形破坏受到的主要影响因素——在煤矿开采中，随着工作面继续推进，基本顶岩层会产生周期性“O-X”型破断，即工作面周期来压，工作面侧向顶板在采动过程中亦发生断裂垮落而形成稳定结构。在工作面端头处，基本顶破断后剩余部分悬露长度较短，形成悬臂梁结构。随着悬臂梁的旋转、下沉，基本顶在侧向煤体深部产生破断形成弧形三角块B，弧形三角块B前端与岩块A铰接，后端与岩块C铰接，形成“三铰拱”结构；其中岩块A为沿空巷道工作面基本顶岩块，位于本工作面端头上方；岩块C为上区段采空区基本顶垮落岩块，垮落后位于上区段采空区内；弧形三角块B对铰接结构稳定性和工作面侧向支承压力分布起主导作用，称为关键块，位于区段煤柱及沿空巷道上方。关键块B的空间形态、断裂位置、几何尺寸、运动状态及其稳定性将直接影响区段煤柱及沿空巷道的稳定性，其与岩块A的位置关系及铰接结构又进一步影响着本工作面回采时上覆岩层破断形态及工作面端头矿压显现特征。由于基本顶破断位置不同，基本顶关键块B向上区段采空区侧的回转角度、所引起的顶板下沉量也不同，造成的沿空巷道变形破坏程度、位置也不同。一般而言，当基本顶破断位置位于工作面煤壁内侧时，基本顶关键块B受到工作面煤壁和区段煤柱的共同支承作用，基本顶关键块B回转、下沉量较小，使得沿空巷道围岩变形量也相对较小；当基本顶破断位置位于沿空巷道上方时，基本顶关键块B受到区段煤柱和上区段采空区冒落矸石的支承作用，此时区段煤柱承受的上覆岩层载荷较大，基本顶关键块B回转、下沉量较大，所引起的沿空巷道围岩变形量也相对较大，沿空巷道顶板下沉、底鼓及巷道煤柱侧帮部变形、破坏最为严重；当基本顶破断位置位于区段煤柱上方时，基本顶关键块B仅受到部分区段煤柱和上区段采空区冒落矸石的支承作用，基本顶关键块B在区段煤柱采空区侧的回转、下沉量较大，但所引起的沿空巷道围岩变形量相对于基本顶破断位置位于沿空巷道上方时的会略有减小，仅造成巷道煤柱侧帮部的变形、破坏以及煤柱载荷的增大。

而进一步的对于倾斜煤层留小煤柱沿空掘巷来说，由于煤层倾斜造成工作面上下端头所受上部荷载不对称，小煤柱及沿空巷道受到比水平煤层时更大的影响，同时上区段采空区的矸石亦会由于倾角而向小煤柱侧滑落，增大其变形和破坏。

针对上述倾斜煤层留小煤柱沿空掘巷所遭遇的问题，依靠传统锚杆锚索对巷道加强支护无法有效控制围岩变形，穿小煤柱切断其上方悬臂岩梁，使悬臂岩梁向上区段采空区回转下沉，才能从根本削弱小煤柱和沿空巷道的应力集中，从而提高小煤柱和沿空巷道围岩的稳定性。