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一种基于机械切割和复合爆破的无煤柱留巷方法


技术摘要:
本发明公开了一种基于机械切割和复合爆破的无煤柱留巷方法,用于无煤柱切顶留巷,方法如下:一、采用矿井机械精准切顶机切割巷道顶板;二、在工作面前方一定切顶范围内布置门式支架支护;三、在工作面后方两个切割步距间钻孔并放置复合爆破管。一定范围内引爆后留巷。  全部
背景技术:
矿井工作面开采过程中会遗留大量的保护煤柱,例如边界保护煤柱、区段保护煤 柱等。这些煤柱的留设不仅造成资源浪费,还会引发环境问题和一系列的矿井灾害,例如地 表不均匀下沉、采空区瓦斯集聚和煤柱失稳动力灾害。为了解决上述问题,无煤柱开采技术 是有效途径之一。然而,目前无煤柱开采面临的多种问题,一是,采用的聚能爆破钻孔、装 药、连线等操作工艺复杂、机械化程度低;二是,切顶后顶板破碎,垮落岩块自稳性差,巷道 变形大;三是工作面超前段的巷道在切顶后变形控制困,工作面后方的巷道顶板又不能及 时跨落。目前急需一种切顶效率高、变形易控制、顶板跨落及时的切顶方法,来确保无煤柱 开采。 因此,如何提供一种切顶高效、留巷变形量小、垮落及时,确保无煤柱开采的基于 机械切割和复合爆破的无煤柱留巷方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现要素:
有鉴于此,本发明提供了一种基于机械切割和复合爆破的无煤柱留巷方法,用于 无煤柱切顶留巷,方法如下:一、采用矿井机械精准切顶机切割巷道顶板;二、在工作面前方 一定切顶范围内布置门式支架支护;三、在工作面后方两个切割步距间钻孔并放置复合爆 破管。一定范围内引爆后留巷。四、反复执行切割、支护和爆破留巷,最总完成整个工作面的 切顶留巷过程。 该基于机械切割和复合爆破的无煤柱留巷方法,具体包括以下步骤: 1)、将矿井机械精准切顶机设置于巷道端头,采用行走机构将矿井机械精准切顶 机的切割刀具与所述巷道中心线平行设置; 2)、启动所述矿井机械精准切顶机的切割刀具,以均匀旋转速度,由一侧水平位置 旋转至另一侧水平位置; 3)、启动所述行走机构,将所述矿井机械精准切顶机沿着所述巷道的中心线方向 向所述巷道的另一端移动一定距离S1; 4)、再次执行步骤2)~3),然后在两次机械切顶中间位置钻取长度为L1,半径为D 的钻孔; 5)、将工作阻力为P的门式支架以排距为S2的距离均匀布置在所述巷道的切顶范 围内; 6)、反复执行步骤2)~5),直至工作面前方累计切顶长度大于S3或整个巷道顶板 切割完成; 7)、以推进速度V推进所述工作面; 4 CN 111577283 A 说 明 书 2/5 页 8)、反复执行步骤6),直至采空区布置的门式支架长度大于S4后,执行下一步; 9)、然后在所述采空区最深处的2个未爆破的钻孔内设置长度为L2、射孔弹间距为 L3的复合爆破管,封孔后,远程起爆所述复合爆破管; 10)、对垮落矸石墙喷水泥浆液,并撤出矸石墙段的所述门式支架; 11)、反复执行步骤8)~10); 12)、当所述工作面推完,同时所述采空区的门式支架回撤完毕,停止所有步骤。 优选地,所述步骤3)中所述矿井机械精准切顶机移动的距离S1与所述巷道直接顶 的单轴抗压强度、切顶深度d相关联; 当0<所述巷道直接顶的单轴抗压强度≤15GPa时,S1为1.3d~1.5d;当15GPa<所述 巷道直接顶的单轴抗压强度≤50GPa时,S1为1.2d~1.3d;当所述巷道直接顶的单轴抗压强 度>50GPa时,L为1.15d。 优选地,所述步骤4)中所述钻取长度L1设置为0.95~1.2倍的切顶深度,而所述钻 孔的半径D为70~80mm。 优选地,所述步骤5)中,所述门式支架的工作阻力P、排距S2与所述切顶深度d和所 述巷道埋深相关联; 当所述巷道的埋深>500m,或,所述切顶深度>12m时,P=2500kN,S2为1.2~2.0m; 当所述巷道埋深≤500m,0<所述切顶深度≤7.5m时,P=2000kN,S2为1.8~2.4m;当所述巷 道埋深≤500m,7.5m<所述切顶深度≤12m时,P=1500kN,S2为1.8~2.0m。 优选地,所述步骤6)中,所述工作面前方累计的切顶长度S3与所述巷道所处围岩 的垂直应力相关联; 当0<所述巷道所处围岩的垂直应力≤8MPa时,S3设置为3.0~4.0倍的切顶深度; 当8MPa<所述巷道所处围岩的垂直应力≤25MPa时,S4设置为4.0~4.5倍的切顶深度;当所 述巷道所处围岩的垂直应力>25MPa时,S3设置为5.0~7.0倍的切顶深度。 优选地,所述步骤7)中工作面的推进速度设置为7m/天~10m/天。 优选地,所述步骤8)中,所述采空区布置的门式支架长度S4与所述切顶深度d、所 述巷道直接顶的单轴抗压强度、所述开采煤层厚度相关联; 当0GPa<所述巷道直接顶的单轴抗压强度≤30GPa,且所述切顶深度>3倍的煤层采 厚时,S4设置为3.0~4.0倍的所述切顶深度;当0GPa<所述巷道直接顶的单轴抗压强度≤ 30GPa,且所述切顶深度≤3倍的煤层采厚时,S4设置为4.5~6.0倍的切顶深度;当所述巷道 直接顶的单轴抗压强度>30GPa,且所述切顶深度>4倍的煤层采厚时,S4设置为5.5~6.0倍 的切顶深度;当所述巷道直接顶的单轴抗压强度>30GPa,且所述切顶深度≤4倍的煤层采厚 时,S4设置为4.5~5.5倍的切顶深度。 优选地,所述步骤9)中,所述复合爆破管的长度L2与所述切顶深度d相关联,而所 述射孔弹间距L3与直接顶普氏系数相关联。 优选地,所述复合爆破管的长度L2与所述切顶深度d的具体关系如下:L2=0.65d ~0.80d; 所述射孔弹间距L3与直接顶普氏系数的关系如下:当0<所述直接顶普氏系数≤4 时,所述射孔弹间距L3设置为150~200mm;当4<所述直接顶普氏系数≤7时,所述射孔弹间 距L3设置为120~150mm;当所述直接顶普氏系数>7时,所述射孔弹间距L3设置为90~ 5 CN 111577283 A 说 明 书 3/5 页 120mm。 优选地,所述切顶深度d与所述直接顶普氏系数和所述煤层开采厚度相关联;当0< 所述直接顶普氏系数≤6时,所述切顶深度d设置为2.5~3.0倍的煤层开采厚度;当6<所述 直接顶普氏系数≤9时,所述切顶深度d设置为3.0~4.0倍的煤层开采厚度;当所述直接顶 普氏系数>9时,所述切顶深度d设置为4.0~6.0倍的煤层开采厚度。 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果: 与现有技术相比,本发明该方法操作简单、成本低、安全性高,同时对巷道顶板的 损伤小、切缝平整精准;留巷的采空区侧矸石墙自稳性好,后期易维护。 附图说明 图1为本发明一种基于机械切割和复合爆破的无煤柱留巷方法的剖面示意图; 图2为本发明一种基于机械切割和复合爆破的无煤柱留巷方法的工作面布置示意 图; 图中:1、矿井机械精准切顶机;2、巷道;3、行走机构;4、切割刀具;5、巷道中心线; 6、钻孔;7、门式支架;8、工作面;9、复合爆破管;10、矸石墙。
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