實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及煤炭開采領(lǐng)域，尤其涉及實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法，將工作面的區(qū)段回風(fēng)平巷沿煤層頂板布置；確定實(shí)體煤側(cè)的分區(qū)情況；依據(jù)煤體完整性、實(shí)體煤的應(yīng)力分布，確定接續(xù)工作面相鄰巷道布置位置及支護(hù)方案；通過(guò)向回采巷道靠近實(shí)體煤一側(cè)的巷幫布置錨桿、錨索加固，為接續(xù)工作面相鄰巷道的頂板支護(hù)提供錨固點(diǎn)；對(duì)接續(xù)工作面相鄰的沿空掘巷頂部打錨桿與錨索，錨索的端部深入起坡巷道巷幫一側(cè)支護(hù)范圍內(nèi)，形成聯(lián)合支護(hù)。該方法沿空掘巷處于較低層位的完整實(shí)體煤內(nèi)，且頂煤處于極限平衡區(qū)內(nèi)，承載小，更利于巷道的掘進(jìn)與維護(hù)，改善現(xiàn)有厚煤層底板巷道支護(hù)困難的現(xiàn)狀。
【專利說(shuō)明】
實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及煤炭開采領(lǐng)域，尤其設(shè)及實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 沿空掘巷技術(shù)應(yīng)用的前提是留設(shè)3-5m小煤柱且能保持穩(wěn)定，其原理是通過(guò)在相鄰 工作面之間留設(shè)小煤柱使沿空巷道處于低應(yīng)力區(qū)，從而利于巷道支護(hù)。
[0003] 采動(dòng)過(guò)程中煤柱的留設(shè)依據(jù)圖1所示的實(shí)體煤一側(cè)應(yīng)力分布與分區(qū)情況。
[0004] 圖1所示，當(dāng)工作面開采后，在實(shí)體煤內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力峰值k 丫 H，坐標(biāo)原點(diǎn)到應(yīng)力峰 值之間稱為極限平衡區(qū)，包含破壞區(qū)I和塑性區(qū)II;應(yīng)力峰值W遠(yuǎn)包括彈性區(qū)應(yīng)力升高部分 III與原巖應(yīng)力區(qū)IV。
[0005] 其中，I區(qū)的應(yīng)力值介于0與原巖應(yīng)力丫 H之間，II區(qū)與III區(qū)的應(yīng)力值介于原巖應(yīng) 力丫 H與應(yīng)力峰值k 丫 H之間，IV區(qū)的應(yīng)力值為原巖應(yīng)力丫 H。
[0006] 在留設(shè)煤柱時(shí)，需要使巷道避開高支承應(yīng)力的影響，即圖中k 丫啡巧近位置。有兩種 留設(shè)方法，一種是將回采巷道布置在HI區(qū)靠近IV區(qū)的位置，巷道所處圍巖完整且承載較 小，但勢(shì)必造成煤柱尺寸過(guò)大；另外一種是將巷道布置在II區(qū)靠近I區(qū)的位置，也即采用沿 空掘巷技術(shù)(煤柱尺寸一般為3-5m)，巷道處于破壞-塑性煤體中，承載相對(duì)較小，約等于丫 H，但巷道掘進(jìn)時(shí)由于煤體處于塑形-破壞狀態(tài)，維護(hù)困難，且煤柱在工作面開采期間難W保 持穩(wěn)定，增加巷道的支護(hù)難度。另外，受工作面覆巖影響，工作面之間需要采用跳采的方式， 即一側(cè)采空后，先開采較遠(yuǎn)處的實(shí)體煤，待采空區(qū)穩(wěn)定后，在布置沿空掘巷開采圖中所示煤 體，運(yùn)樣會(huì)形成孤島工作面，加劇了工作面的承載，易引發(fā)動(dòng)力現(xiàn)象。
[0007] 綜述，留大煤柱開采，巷道的圍巖處于完整狀態(tài)、承載較小，但煤炭損失巨大;沿空 掘巷，掘進(jìn)難度大、小煤柱支護(hù)難度大W及需要跳采易造成孤島工作面，但煤炭回采率高， 現(xiàn)階段得到普遍應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于，提出了一種實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷 道聯(lián)合支護(hù)的方法，W解決現(xiàn)有技術(shù)存在的掘進(jìn)難度大、小煤柱支護(hù)難度大與跳采的問題。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0010] 實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法，包括W下過(guò)程：
[0011] a、厚煤層開采時(shí)，將工作面的區(qū)段回風(fēng)平巷沿煤層頂板布置；
[001^ b、確定實(shí)體煤側(cè)的分區(qū)情況；
[0013] C、依據(jù)煤體完整性、實(shí)體煤的應(yīng)力分布，確定接續(xù)工作面相鄰巷道布置位置及支 護(hù)方案；
[0014] d、通過(guò)向回采巷道靠近實(shí)體煤一側(cè)的巷幫布置錯(cuò)桿、錯(cuò)索加固，為接續(xù)工作面相 鄰巷道的頂板支護(hù)提供錯(cuò)固點(diǎn)；
[0015] e、對(duì)接續(xù)工作面相鄰的沿空掘巷頂部打錯(cuò)桿與錯(cuò)索，錯(cuò)索的端部深入起坡巷道巷 幫一側(cè)支護(hù)范圍內(nèi)，形成聯(lián)合支護(hù)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，適用于厚煤層開采，按照放頂煤要求一次采出厚 度超過(guò)5m，小于12m。
[0017] 具體的，步驟a中，厚煤層開采中，將靠近接續(xù)工作面一側(cè)的回采巷道在煤層中的 層位抬升至煤層頂板，起坡段下方存在=角煤體，起坡高度依據(jù)煤層厚度與巷道高度確定。 將區(qū)段回風(fēng)平巷沿煤層頂板布置，工作面沿煤層底板與回風(fēng)平巷之間利用相鄰溜槽按照3° 起坡抬升。
[0018] 步驟b中，依據(jù)一側(cè)采空、實(shí)體煤一側(cè)的分區(qū)情況，通過(guò)調(diào)整支護(hù)參數(shù)對(duì)極限平衡 區(qū)寬度進(jìn)行控制。
[0019] 步驟b中，確定極限平衡區(qū)的寬度，極限平衡區(qū)的計(jì)算依據(jù)公式：
[0020]
[0021] 式中：K，應(yīng)力集中系數(shù)；P1，支架對(duì)煤幫的阻力；m，煤層開采厚度；C，煤體的粘聚 力；0，煤體的內(nèi)摩擦角;f，煤層與頂?shù)装褰佑|面的摩擦系數(shù)；e，=軸應(yīng)力系數(shù)，S= n+w>w) /(1 -siiup)
[0022] 在步驟C中，在選擇接續(xù)工作面沿空掘巷位置時(shí)首先需要考慮煤體的完整性，需要 結(jié)合S角煤體穩(wěn)定進(jìn)行，工作面開采中，底板破壞深度約為2m左右，也即回風(fēng)平巷抬升超過(guò) 2m即可認(rèn)為煤體中存在穩(wěn)定區(qū)域。
[0023] 依據(jù)頂煤極限平衡區(qū)寬度與=角底煤的穩(wěn)定性，確定沿空掘巷的位置。在選擇接 續(xù)工作面相鄰巷道時(shí)，煤層厚度超過(guò)5m，起坡高度超過(guò)2m，S角煤體即可保持穩(wěn)定，也即沿 著起坡巷道外幫相切的位置布置回采巷道即處于圍巖穩(wěn)定區(qū)域，而煤層頂部處于支承應(yīng)力 較低區(qū)域，也即巷道處于完整圍巖與低應(yīng)力區(qū)域內(nèi)。
[0024] 在步驟d中，依據(jù)煤層厚度、頂部彈性極限平衡區(qū)的寬度，確定沿空掘巷的支護(hù)方 案與參數(shù)。如煤層厚度12m，巷道高度3m，則需要在沿空巷道中布置錯(cuò)索進(jìn)行錯(cuò)固；如煤層厚 度5m，巷道高度3m，則需要在沿空巷道中布置錯(cuò)桿進(jìn)行錯(cuò)固。
[0025] 向起坡巷道實(shí)體煤幫一側(cè)布置錯(cuò)桿，錯(cuò)桿間排距可根據(jù)煤體軟硬取600mm X 600mm、800mm X 800mm或1000mm Xl 000mm，煤硬取大間距，反之取小間距。
[0026] 在步驟e中，向接續(xù)工作面相鄰的沿空掘巷頂部布置錯(cuò)索，錯(cuò)索長(zhǎng)度超過(guò)6m既能與 起坡巷道巷幫支護(hù)體形成聯(lián)合支護(hù)。
[0027] 本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法，具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] (1)現(xiàn)有沿空掘巷技術(shù)，接續(xù)工作面相鄰的沿空巷道布置在破碎或塑形區(qū)內(nèi)，巷道 圍巖穩(wěn)定性差。本發(fā)明中，沿空掘巷處于較低層位的完整實(shí)體煤內(nèi)，且頂煤處于極限平衡區(qū) 內(nèi)，承載小，更利于巷道的掘進(jìn)與維護(hù)。
[0029] (2)厚煤層開采中，沿煤層底板布置回采巷道，接續(xù)工作面相鄰巷道之間是護(hù)巷煤 柱，兩巷單獨(dú)支護(hù)，而采用本技術(shù)，利用起坡巷道與接續(xù)工作面沿空掘巷之間的立體化關(guān) 系，通過(guò)加固起坡巷道實(shí)體煤側(cè)巷幫，為沿空掘巷頂板支護(hù)提供錯(cuò)固點(diǎn)，改善現(xiàn)有厚煤層底 板巷道支護(hù)困難的現(xiàn)狀。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為實(shí)施例的一側(cè)采空實(shí)體煤內(nèi)應(yīng)力與分區(qū)情況示意圖；
[0031 ]圖2為實(shí)施例的沿空掘巷布置位置及聯(lián)合支護(hù)方式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032 ]結(jié)合【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0033] 在本實(shí)施例中，工作面回采巷道沿煤層頂板布置，接續(xù)工作面的相鄰巷道采用沿 空掘巷的布置方式，綜合下方煤體穩(wěn)定區(qū)域W及上方回采巷道一側(cè)極限平衡區(qū)下方，實(shí)現(xiàn) 巷道圍巖穩(wěn)定與低承載區(qū)域，利用起坡巷道實(shí)體煤幫布置的主動(dòng)支護(hù)，為接續(xù)工作面相鄰 沿空掘巷頂板支護(hù)提供錯(cuò)固點(diǎn)，形成聯(lián)合支護(hù)技術(shù)方案。
[0034] 第一步:根據(jù)煤層厚度與巷道高度，確定起坡段高度。
[0035] 通常，在煤層開采前，依據(jù)煤層厚度與巷道高度確定起坡段高度，兩條巷道分別沿 煤層底板與頂板布置，從工作面煤層底板布置逐節(jié)抬升溜槽至預(yù)定起坡段高度，相鄰溜槽 間最大抬升角度為3°。
[0036] 第二步:依據(jù)巷道高度、支護(hù)強(qiáng)度、煤巖體物理力學(xué)參數(shù)W及支承應(yīng)力峰值確定巷 道實(shí)體煤一側(cè)極限平衡區(qū)寬度，見圖1所示，其表達(dá)式為：
[0037]
(1)
[0038] 式中：K，應(yīng)力集中系數(shù)；P1，支架對(duì)煤幫的阻力；m，煤層開采厚度；C，煤體的粘聚 力；於煤體的內(nèi)摩擦角;f，煤層與頂?shù)装褰佑|面的摩擦系數(shù)；￡，S軸應(yīng)力系數(shù)，S= ( 雌) l{\~sin(p)〇
[0039] 第=步：依據(jù)回采巷道起坡段高度確定=角底煤穩(wěn)定性，一般認(rèn)為工作面開采期 間對(duì)底板的破壞深度為2m，因此當(dāng)超過(guò)2m，=角底煤存在彈性穩(wěn)定區(qū)，因此可將接續(xù)工作面 相鄰的沿空掘巷沿起坡巷道實(shí)體煤幫相切布置在煤層底板，此處圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。
[0040] 第四步：通過(guò)向起坡巷道實(shí)體煤幫進(jìn)行錯(cuò)桿、錯(cuò)索加固，控制彈性極限平衡區(qū)范 圍。
[0041] 如利用公式（1)中，增加巷道實(shí)體煤幫的支護(hù)密度與強(qiáng)度，即提高公式中的Pl,減 小實(shí)體煤塑性區(qū)分布范圍，為接續(xù)工作面相鄰巷道頂板支護(hù)提供錯(cuò)固點(diǎn)。
[0042] 第五步:對(duì)接續(xù)工作面相鄰沿空掘巷頂板進(jìn)行支護(hù)，所采取的支護(hù)體應(yīng)打到起坡 巷道實(shí)體煤幫支護(hù)區(qū)域內(nèi)，如圖2所示。
[0043] 如煤層厚度較薄，如5m，則向沿空掘巷頂板布置錯(cuò)桿即可實(shí)現(xiàn)聯(lián)合支護(hù)技術(shù);如厚 度12m，則需要向沿空巷道頂板布置錯(cuò)索才可實(shí)現(xiàn)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法，其特征在于，包括以下過(guò)程： a、 厚煤層開采時(shí)，將工作面的區(qū)段回風(fēng)平巷沿煤層頂板布置； b、 確定實(shí)體煤側(cè)的分區(qū)情況； c、 依據(jù)煤體完整性、實(shí)體煤的應(yīng)力分布，確定接續(xù)工作面相鄰巷道布置位置及支護(hù)方 案； d、 通過(guò)向回采巷道靠近實(shí)體煤一側(cè)的巷幫布置錨桿、錨索加固，為接續(xù)工作面相鄰巷 道的頂板支護(hù)提供錨固點(diǎn)； e、 對(duì)接續(xù)工作面相鄰的沿空掘巷頂部打錨桿與錨索，錨索的端部深入起坡巷道巷幫一 側(cè)支護(hù)范圍內(nèi)，形成聯(lián)合支護(hù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法，其特征在于， 所述的步驟a中，將區(qū)段回風(fēng)平巷沿煤層頂板布置，工作面沿煤層底板與回風(fēng)平巷之間利用 相鄰溜槽按照3°起坡抬升。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法，其特征在于， 所襪的ifeHh由.施宙極阻平通?反的1Sf磨.極限平衡區(qū)的計(jì)算依據(jù)公式：式中:Κ，應(yīng)力集中系數(shù);P1，支架對(duì)煤幫的阻力;m，煤層開采厚度;C，煤體的粘聚力J，煤 體的內(nèi)摩擦角;f，煤層與頂?shù)装褰佑|面的摩擦系數(shù);ε，三軸應(yīng)力系數(shù)，ε= U +.s'_) /(1-Λ7卻八4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法，其特征在于， 所述的步驟c中，在選擇接續(xù)工作面沿空掘巷位置時(shí)，為煤體的完整性，結(jié)合三角煤體穩(wěn)定 進(jìn)行，工作面開采中，回風(fēng)平巷抬升超過(guò)2m即可認(rèn)為煤體中存在穩(wěn)定區(qū)域。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法，其特征在于， 所述的步驟c中，在選擇接續(xù)工作面相鄰巷道時(shí)，煤層厚度超過(guò)5m，起坡高度超過(guò)2m，三角煤 體即可保持穩(wěn)定，即沿著起坡巷道外幫相切的位置布置回采巷道即處于圍巖穩(wěn)定區(qū)域，而 煤層頂部處于支承應(yīng)力較低區(qū)域，即巷道處于完整圍巖與低應(yīng)力區(qū)域內(nèi)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法，其特征在于， 所述的步驟d中，向起坡巷道實(shí)體煤幫一側(cè)布置錨桿，錨桿間排距可根據(jù)煤體軟硬取600mm X 600mm、800mm X 800mm或1000mm X 1000mm，煤硬取大間距，反之取小間距。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)厚煤層沿空掘巷相鄰巷道聯(lián)合支護(hù)的方法，其特征在于， 所述的步驟e中，向接續(xù)工作面相鄰的沿空掘巷頂部布置錨索，錨索長(zhǎng)度不小于6m，與起坡 巷道巷幫支護(hù)體形成聯(lián)合支護(hù)。
【文檔編號(hào)】E21D19/00GK106014413SQ201610547347
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】王志強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)