一种确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数的方法技术

本申请公开了一种确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数的方法，包括：确定基本顶破断时的巷旁充填体支护阻力，根据所述支护阻力确定巷旁充填体支护参数；所述支护阻力包括四项因素，第一因素为顶煤、直接顶和基本顶及其上覆岩层残留边界自重引起的弯矩部分所需的巷旁充填体计算支护阻力，第二因素为破断处顶煤和直接顶及基本顶剪力作用产生的总弯矩部分所需的巷旁充填体支护阻力，第三因素为基本顶在D点的抗弯弯矩部分所需的巷旁充填体支护阻力，第四因素为围岩自身承载能力产生的弯矩所减少的巷旁充填体支护阻力。

【技术实现步骤摘要】
一种确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数的方法
本公开一般涉及采矿
，尤其涉及一种确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数的方法。
技术介绍
煤炭是我国的主体能源，煤炭工业是我国重要的基础产业。随着矿井开采深度的增加，煤层瓦斯含量、瓦斯压力随之增加，煤炭回采时瓦斯涌出量显著增加、地压显现加剧、地温热害严重。现阶段，我国在生产的采煤工作面绝大部分采用U型通风方式，其缺点是上隅角瓦斯易积聚而易引起瓦斯超限。传统单一U型通风方式+高位钻孔或高抽巷虽能抽放采空区瓦斯，但上隅角仍然存在瓦斯积聚问题，瓦斯时常超限、岩巷工程量大。另外，我国采煤工作面的年推进总长度达几百万米，传统的设计方法通常是在相邻工作面之间留设20m～30m的保护煤柱，由此造成的煤炭资源损失较大，尤其是厚煤层开采煤炭资源损失更大。因此，用煤柱保护回采巷道已成为高产高效煤炭生产和井下安全的主要障碍，而沿空留巷技术可彻底解决上述问题。沿空留巷是在工作面回采时，将机巷保护下来，作为上区段或下区段回采面的平巷予以复用，并作为下工作面开采的回风巷。现有的沿空留巷开采技术有成功的例子也有失败的教训，特别是在高瓦斯厚煤层综放开采的条件下实现沿空留巷开采成功的例子较少，相关理论研究不够，安全保障体系不健全。因此，现有技术中，并没有对于确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数确定方法的相关理论。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数的方法，包括：确定基本顶破断时的巷旁充填体支护阻力，根据所述支护阻力确定巷旁充填体支护参数；所述支护阻力包括四项因素，第一因素为顶煤、直接顶和基本顶及其上覆岩层残留边界自重引起的弯矩部分所需的巷旁充填体计算支护阻力，第二因素为破断处顶煤和直接顶及基本顶剪力作用产生的总弯矩部分所需的巷旁充填体支护阻力，第三因素为基本顶在D点的抗弯弯矩部分所需的巷旁充填体支护阻力，第四因素为围岩自身承载能力产生的弯矩所减少的巷旁充填体支护阻力。所述支护阻力的表达式为：式中，γc为顶煤的容重，MN/m3；h△为顶煤厚度，m；xo为基本顶岩层的侧向断裂位置；a为沿空留巷宽度，m；d为巷旁充填体宽度，m；γi为直接顶的容重，MN/m3；hi为直接顶厚度，m；Li为直接顶破断特征尺寸，m；γm为基本顶的容重，MN/m3；hm为基本顶厚度，m；q为基本顶承受的载荷；Lb为块体B在采空侧断裂后块体B1的长度；FM1为D点单位宽度未放煤段顶煤破断产生的剪力，N；FM2为D点单位宽度直接顶破断产生的剪力，N；FM3为D点单位宽度基本顶破断产生的剪力MN/m3；Mpm为单位宽度基本顶破断处的极限弯矩，N·m；σy为实煤体帮支承应力，MPa；MA1为单位宽度顶煤抗弯弯矩，N·m；MA2为单位宽度直接顶抗弯弯矩，N·m；MA3为单位宽度基本顶抗弯弯矩，N·m。所述巷旁充填体支护参数包括巷旁充填体宽度。所述巷旁充填体支护参数包括充填体的抗压强度。通过改变沿空留巷宽度，调整所述支护阻力的大小，从而确定巷旁充填体支护参数。在顶板沿实煤体帮上方断裂之前，提前加固实煤体帮和巷道顶板和/或顶煤，提高实煤体支护强度和增大顶板和/或顶煤极限抗弯弯矩，从而减小基本顶破断时的巷旁充填体支护阻力。切断顶板以减小基本顶上覆岩层载荷，从而减小基本顶破断时的巷旁充填体支护阻力。还包括考虑所述直接顶破断时的巷旁充填体支护阻力：还包括考虑所述顶煤破断时的巷旁充填体支护阻力：本申请实施例提供的确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数的方法，将在高瓦斯厚煤层综放面中实现无煤柱开采，提高了采出率，减小了瓦斯治理的难度和护巷成本，缓解了工作面接替紧张，产生显著经济效益和社会效益，具有重要的现实意义和广泛的推广应用前景。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出了本申请实施例中综放沿空留巷基本顶破断形态示意图；图2示出了本申请实施例中顶煤及直接顶破断阶段示意图；图3示出了本申请实施例中基本顶破断阶段示意图；图4示出了本申请实施例中顶煤破断时力学模型示意图；图5示出了本申请实施例中直接顶破断时力学模型示意图；图6示出了本申请实施例中基本顶破断时力学模型示意图；图7示出了本申请实施例中留巷宽度与巷旁充填体支护阻力关系示意图；图8示出了本申请实施例中巷旁充填体宽度与巷旁充填体支护阻力及支护强度关系；图9示出了本申请实施例中顶板(煤)抗拉强度与巷旁充填体支护阻力关系；图10示出了本申请实施例中上覆岩层载荷与巷旁充填体支护阻力关系；图11示出了本申请实施例中实煤体帮支护强度与巷旁充填体支护阻力关系。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分而不是全部的实施例。为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，通常在此附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。1综放沿空留巷上覆岩层结构分析1.1综放沿空留巷顶板侧向破断特征综放工作面上覆岩层的活动，尤其是基本顶岩层侧向破断形成的弧形三角块活动是导致综放沿空留巷围岩大变形的主要原因，因此有必要对综放沿空留巷上覆岩层活动形成的围岩结构及其活动规律进行分析和认知。随着综放工作面的推进，基本顶初次来压形成“O-X”破断，形成块体A，B0；随着综放工作面继续推进，基本顶周期来压并在工作面端头位置形成弧形三角块B,沿空留巷布置在三角块B下方，块体B的运动规律和破断特征对沿空留巷围岩控制起到关键作用，基本顶破断形态如图1所示。根据沿空留巷期间关键块B运动过程和破断特征，关键块B活动可以分为顶煤及直接顶破断和基本顶破断阶段。(1)顶煤及直接顶破断阶段：随着综放工作面推进，工作面液压支架前移，巷旁充填体开始构筑，工作面后方采空侧顶煤和直接顶在巷旁充填体早期支护阻力和岩层自重作用下沿巷旁充填体边缘破断，此阶段基本顶块体B随着直接顶的垮落发生旋转下沉，如图2所示。(2)基本顶破断阶段：随着直接顶垮落充满采空区以及巷旁充填体支护阻力对关键块体B的切顶作用，基本顶岩块B的拉应力大于极限抗拉强度，沿充填体外边缘发生破断形成块体B1和B2，块体B1在滞后支承应力作用下持续旋转下沉，如图3所示。1.2综放沿空留巷基本顶侧向破断结构稳定性分析1)关键块B几何特征参数综放沿空留巷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数的方法，其特征在于，包括：确定基本顶破断时的巷旁充填体支护阻力，根据所述支护阻力确定巷旁充填体支护参数；所述支护阻力包括四项因素，第一因素为顶煤、直接顶和基本顶及其上覆岩层残留边界自重引起的弯矩部分所需的巷旁充填体计算支护阻力，第二因素为破断处顶煤和直接顶及基本顶剪力作用产生的总弯矩部分所需的巷旁充填体支护阻力，第三因素为基本顶在D点的抗弯弯矩部分所需的巷旁充填体支护阻力，第四因素为围岩自身承载能力产生的弯矩所减少的巷旁充填体支护阻力。

【技术特征摘要】
1.一种确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数的方法，其特征在于，包括：确定基本顶破断时的巷旁充填体支护阻力，根据所述支护阻力确定巷旁充填体支护参数；所述支护阻力包括四项因素，第一因素为顶煤、直接顶和基本顶及其上覆岩层残留边界自重引起的弯矩部分所需的巷旁充填体计算支护阻力，第二因素为破断处顶煤和直接顶及基本顶剪力作用产生的总弯矩部分所需的巷旁充填体支护阻力，第三因素为基本顶在D点的抗弯弯矩部分所需的巷旁充填体支护阻力，第四因素为围岩自身承载能力产生的弯矩所减少的巷旁充填体支护阻力。2.根据权利要求1所述的一种确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数的方法，其特征在于，所述支护阻力的表达式为：式中，γc为顶煤的容重，MN/m3；h△为顶煤厚度，m；xo为基本顶岩层的侧向断裂位置；a为沿空留巷宽度，m；d为巷旁充填体宽度，m；γi为直接顶的容重，MN/m3；hi为直接顶厚度，m；Li为直接顶破断特征尺寸，m；γm为基本顶的容重，MN/m3；hm为基本顶厚度，m；q为基本顶承受的载荷；Lb为块体B在采空侧断裂后块体B1的长度；FM1为D点单位宽度未放煤段顶煤破断产生的剪力，N；FM2为D点单位宽度直接顶破断产生的剪力，N；FM3为D点单位宽度基本顶破断产生的剪力MN/m3；Mpm为单位宽度基本顶破断处的极限弯矩，N·m；σy为实煤体帮支承应力，MPa；MA1为单位宽度顶煤抗弯弯矩，N·m；MA2为单位宽度直接顶抗弯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大明，张立新，李刚，刘光伟，郭超，秦勇，邢萌，邱高伟，范宸，王卓，王伦，陈二亮，韩世勇，杨超，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿，
类型：发明
国别省市：辽宁,21