一种实现倾斜煤层双巷布置与掘进立体化的联合支护方法技术

本发明专利技术涉及煤炭开采领域，尤其涉及实现厚煤层双巷布置与掘进立体化的联合支护技术。结合矿井开采存在的通风、运输以及采掘接续等问题，确定采用双巷布置与掘进的方式，与传统双巷沿煤层底板布置不同，本发明专利技术采用立体化的双巷布置形式，即靠近工作面一侧的巷道沿煤层顶板布置、另外一条巷道沿煤层底板布置。首先，这种布置方式可改善厚煤层现巷道布置存在的回采率低的问题；其次，利用立体化巷道布置沿煤层顶板布置的巷道，通过向该巷道顶部、帮部、底角与底板进行支护，向沿煤层底板布置巷道的顶部、帮部进行支护，两巷道形成立体化的联合布置技术；最后，该技术改善了目前厚煤层沿煤层底板布置回采巷道支护理论空白的现状。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤炭开采领域，尤其涉及一种实现倾斜煤层双巷布置与掘进立体化的联合支护方法

技术介绍
双巷布置与掘进是在掘进巷道时，将本工作面的回采巷道与接续工作面的相邻巷道同时进行布置与掘进，为保证接续工作面回采巷道的稳定，需要在双巷间留设一定宽度的护巷煤柱。该技术的应用主要是为了解决工作面推进距离过长的通风、运输问题或者为了满足矿井采、掘接续的要求，见图1所示。如图1所示，采用双巷布置与掘进时，回采巷道1与回采巷道2同时进行掘进，在两巷之间留设护巷煤柱3，两条同时掘进的巷道1和巷道2之间利用联络巷4进行连通，满足通风与运输要求。在厚煤层的双巷掘进中，一般需要留设较大尺寸的煤柱3，回采巷道2与护巷煤柱3要先后经历两次采动影响，双巷掘进一般情况需要留设30m煤柱，甚至更大。因此双巷掘进存在的问题主要集中在煤柱尺寸与回采巷道2的支护两个方面，煤层厚度越大，这两个问题越突出。煤柱尺寸大有利于巷道的掘进与维护，但丢煤多、煤损严重；而尺寸小，虽然回采率高，但巷道要经历两次采动，沿煤层底板布置巷道掘进与维护难度大，甚至出现无法使用的问题。如图1所示，巷道1与巷道2的支护情况，两巷之间是护巷煤柱3，两巷均沿着煤层底板布置，因此其支护方案与参数的设计是独立的。综述，在厚煤层中采用双巷布置与掘进时，两巷之间需要保留护巷煤柱，如留大煤柱开采，巷道的围岩处于完整状态、承载较小，但煤炭损失巨大；如留的煤柱小，巷道2要经历两次采动影响，巷道维护困难。且两巷均沿煤层底板布置，厚煤层底板巷道支护理论欠缺，且巷道1与巷道2需要单独进行支护，巷道支护难度大、成本高、效果差。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于，提出了一种实现倾斜煤层双巷布置与掘进立体化的联合支护方法，以解决现有技术存在的护巷煤柱尺寸大、巷道支护困难的问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种实现倾斜煤层双巷布置与掘进立体化的联合支护方法，包括以下过程：a、回采巷道的布置方式采用双巷布置和掘进；b、双巷布置和掘进时，将靠近回采工作面一侧的巷道沿煤层顶板布置，另外一条巷道沿煤层底板布置，两条回采巷道在煤层中形成立体化布置和掘进；c、依据护巷煤柱保持稳定的基本条件确定双巷之间的煤柱宽度；d、通过向沿煤层顶板的回采巷道顶板、巷帮、底角、甚至底板布置锚杆/索等支护与加固方式；向沿煤层底板的回采巷道顶板、巷帮布置锚杆/索，两条巷道的支护体在煤岩体中形成网状，实现了双巷布置和掘进立体化的联合支护方法。根据本专利技术所述的方法，优选地，适用于任何倾角厚煤层回采工作面，按照放顶煤要求一次采出厚度超过5m，小于12m。具体的，步骤a中，厚煤层开采中，为满足工作面推进距离过长的通风、运输要求或者实现工作面间的采、掘接续，采用双巷布置与掘进。步骤b中，双巷布置与掘进时，将靠近回采工作面一侧的巷道沿煤层顶板布置，另外一条巷道沿煤层底板布置，在煤层中形成两条回采巷道的立体化布置。在步骤c中，依据护巷煤柱保持稳定的基本条件确定双巷之间的煤柱宽度，确定依据为：B＝x0+2M+x1式中：x0，回采工作面在双巷间护巷煤柱形成的极限平衡区，m；x1，采准巷道帮部对护巷煤柱的有效支撑长度，m；M，煤层开采厚度，m。回采工作面在双巷间护巷煤柱形成的极限平衡区的计算依据公式：式中：K，应力集中系数；γ，覆岩容重，MPa；H，埋深，m；p1，支架对煤帮的阻力，MPa；C，煤体的粘聚力，MPa；煤体的内摩擦角，°；f，煤层与顶底板接触面的摩擦系数；ε，三轴应力系数，在步骤d中，通过向沿煤层顶板的回采巷道顶板、巷帮、底角、甚至底板布置锚杆/索等支护与加固方式；向沿煤层底板的回采巷道顶板、巷帮布置锚杆/索，两条巷道的支护体在煤岩体中形成网状，实现了双巷布置和掘进立体化的联合支护方法。本专利技术提供的实现厚煤层双巷布置和掘进立体化的联合支护方法，具有以下优点：(1)现有双巷布置和掘进方法，两巷之间需要留设较大煤柱，煤炭资源损失严重。本专利技术中，双巷布置在煤层中的不同层位，形成立体化的双巷布置和掘进，可减小双巷间的煤柱尺寸。(2)现有双巷布置和掘进方法，两巷均沿煤层底板布置，首先，厚煤层底板巷道的支护理论一直属于空白，现有的悬吊理论、组合拱、组合梁等理论均不适用，煤层厚度越大，巷道支护的难题越大；其次，巷道间是区段护巷煤柱，两巷采用的是单独支护，而采用本技术，利用双巷之间的立体化关系，通过向两巷相向一侧的巷顶、巷帮与巷角，甚至巷道底板布置锚杆、索，从而形成双巷布置和掘进的立体化联合支护技术，改善现有厚煤层煤柱尺寸大于巷道支护困难的现状。附图说明图1为实施例的现有双巷布置和掘进的平面、剖面与支护示意图；(a)现有双巷布置和掘进的平面图；(b)现有双巷布置和掘进的剖面图；(c)现有双巷布置和掘进的支护示意图；图2为实施例的双巷布置和掘进立体化的联合支护方法示意图。具体实施方式结合附图说明本专利技术的具体实施方式。在本实施例中，巷道采用双巷布置和掘进的方式，其中靠近回采工作面一侧的巷道1沿煤层顶板布置、另一条回采巷道2沿煤层底板布置，形成立体化的巷道空间关系，见图2所示，通过向沿煤层顶板巷道1的顶部、帮部、底角甚至底板布置锚杆、索，向巷道2的顶部、帮部布置锚杆、索，形成双巷布置和掘进立体化的联合支护方法。第一步：确定采用双巷布置与掘进方式。通常，如果工作面的推进距离过长，为了满足通风与运输的要求或者为了满足矿井实现采、掘顺序接替，需要采用双巷布置与掘进。第二步：在采用双巷布置与掘进时，靠近回采工作面一侧的巷道1沿着煤层顶板布置，双巷中的另一条巷道2沿着煤层底板布置。第三步：依据护巷煤柱保持稳定的基本条件确定双巷之间的煤柱宽度3，确定依据为：B＝x0+2M+x1(1)式中：x0，回采工作面在双巷间护巷煤柱形成的极限平衡区，m；x1，采准巷道帮部对煤柱的有效支承长度，m；M，煤层开采厚度，m。煤柱尺寸宽度的留设受一侧回采工作面形成的极限平衡区x0、所开采煤层厚度M与煤柱另一侧巷道帮部的有效支撑长度x1有关。采用立体化巷道布置，降低了工作面靠护巷煤柱3一侧的采高，公式(1)中的2M与现有沿煤层底板布置巷道相比，其值减小，相应留设煤柱尺寸减小。回采工作面在双巷间护巷煤柱形成的极限平衡区的计算依据公式：式中：K，应力集中系数；γ，覆岩容重，MPa；H，埋深，m；p1，支架对煤帮的阻力，MPa；C，煤体的粘聚力，MPa；煤体的内摩擦角，°；f，煤层与顶底板接触面的摩擦系数；ε，三轴应力系数，从公式(2)中可以看出，一侧回采工作面形成的极限平衡区x0与开采厚度M，承载KγH成正比；与内摩擦角摩擦系数f、巷帮提供的支撑力P1以及内聚力C成反比。结合公式(2)仅考虑双巷布置与掘进形成立体化带来的变化，式中M降低，承载KγH不变，则x0仅与工作面开采高度有关，假设煤层厚度6m，两巷高度均为3m，则公式(2)按照沿顶巷道立体化布置采厚3m计算所产生的塑性区是沿底布置采厚6m的一半。结合公式(2)，如向靠近回采工作面的巷道帮部、底角进行锚杆/索支护，按照支护机理，增加了煤岩体的内摩擦角摩擦系数f、巷帮提供的支撑力P1以及内聚力C，进一步降低煤柱靠回采工作面一侧的极限平衡区x0。结合公式(1)，如采用立体化巷道布置与现有布置方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
实现厚煤层双巷布置和掘进立体化的联合支护方法，其特征在于，包括以下过程：a、回采巷道的布置方式采用双巷布置和掘进；b、双巷布置和掘进时，将靠近回采工作面一侧的巷道沿煤层顶板布置，另外一条巷道沿煤层底板布置，两条回采巷道的布置和掘进在煤层中形成立体化布置；c、依据护巷煤柱保持稳定的基本条件确定双巷之间的煤柱宽度；d、通过向沿煤层顶板的回采巷道顶板、巷帮、底角、甚至底板布置锚杆/索等支护与加固方式；向沿煤层底板的回采巷道顶板、巷帮布置锚杆/索，两条巷道的支护体在煤岩体中形成网状，实现了双巷布置和掘进立体化的联合支护方法。

【技术特征摘要】
1.实现厚煤层双巷布置和掘进立体化的联合支护方法，其特征在于，包括以下过程：a、回采巷道的布置方式采用双巷布置和掘进；b、双巷布置和掘进时，将靠近回采工作面一侧的巷道沿煤层顶板布置，另外一条巷道沿煤层底板布置，两条回采巷道的布置和掘进在煤层中形成立体化布置；c、依据护巷煤柱保持稳定的基本条件确定双巷之间的煤柱宽度；d、通过向沿煤层顶板的回采巷道顶板、巷帮、底角、甚至底板布置锚杆/索等支护与加固方式；向沿煤层底板的回采巷道顶板、巷帮布置锚杆/索，两条巷道的支护体在煤岩体中形成网状，实现了双巷布置和掘进立体化的联合支护方法。2.根据权利要求1所述的实现厚煤层双巷布置和掘进立体化的联合支护方法，其特征在于，所述的步骤a中，为了满足通风、辅助运输或者满足采掘接续要求，需要采用双巷布置和掘进。3.根据权利要求1所述的实现厚煤层双巷布置和掘进立体化的联合支护方法，其特征在于，所述的步骤b中，将靠近回采工作面一侧的巷道沿煤层顶板布置，另一条巷道沿煤层底板布置，双巷之间保留一定尺寸的护...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志强，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11