一种基于通道合理宽度的采煤工作面回撤支架施工方法技术

本发明专利技术公开了一种基于通道合理宽度的采煤工作面回撤支架施工方法，包括：一、确定待撤支架的长度和宽度，以及待撤支架宽度方向和采空区之间的预留距离；二、计算待撤支架初始撤出距离；三、计算回撤通道最小宽度，施工回撤通道；四、将待撤支架初始撤出，然后旋转90°后沿回撤通道撤离；五、逐个回撤剩余待撤支架。本发明专利技术的计算方法简单，设计合理，实现方便，满足支架旋转不受采空区矸石堆积空间限制的影响，最大程度地减小了回撤通道的宽度，降低了顶板控制难度，提高了回撤时通道的安全程度，降低了回撤通道的支护成本，减小了工人施工劳动工作量，同时尽可能避免了交叉施工，保护了支架设备和工人安全，实用性强，推广应用价值高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤矿开采
，具体涉及一种基于通道合理宽度的采煤工作面回撤支架施工方法。
技术介绍
综采工作面回采完之后的支架回撤是整个采面回采工作结束之后的一项非常重要的收尾工作，安全、顺利地撤出工作面支架，是矿井安全生产管理的要求和目标。然而在以往采面支架回撤过程中，出现工作面大范围顶板切落，致使支架回撤工作陷入被动局面，给回撤工作带来了极大困难，使矿井安全生产管理工作陷于僵局。究其原因分析是没有确定得合理的回撤通道宽度，导致顶板垮落、破坏程度加剧，直接影响回撤巷道顶板稳定性。因此，研究合理的回撤通道宽度具有极其重要的理论意义和工程实际意义。一般煤层顶板较为破碎，且顶板稳定岩层较薄，顶板不易控制，如果回撤通道太宽，顶板控制难度加大，极易诱发顶板事故。合理的回撤通道宽度确定，可为设备回撤方案的制定提供科学的理论依据。工作面正常回采阶段采场老顶岩梁发生周期性破断，岩层运动都将经历相对稳定和显著运动两个发展过程，而工作面做回撤通道时，老顶岩层的这两种运动状态都可能发生。根据老顶岩梁在巷道附近的断裂位置，可把回撤通道上覆岩体分为三种结构及运动状态。①老顶岩梁在停采线后方断裂，②老顶岩梁在回撤通道上方断裂，③老顶岩梁深入巷道煤体断裂。三种不同结构及运动状态影响回撤通道顶板控制难易程度，不同结构顶板稳定性如下：第①种以近似悬臂梁的形式存在时，因岩梁在巷道上方没有断裂，巷道顶板承受上覆岩体的静荷载，回撤通道相对稳定。而第②种在巷道上方已发生断裂，回撤通道不稳定，控制难度较大。第③种在煤壁里已发生断裂，支架回撤时岩梁破断块极易发生回转运动，对回撤通道围岩再次产生动压影响，致使围岩变形更加严重，回撤通道控制难度较大。根据周期来压步距，做回撤通道的位置选择在上述第①种位置。此时，随着综采支架的撤出，回撤通道岩梁结构可近似简化成一端固定的悬臂梁，在煤壁和巷道支护的作用下，岩梁悬空侧发生弯曲下沉，由于最大转角发生在支架处，最大挠度也发生在支架处，梁的转角和挠度分别为：式中，q为梁上线载荷，E为梁的弹性模量，1为梁的长度，I为梁的刚度。工作面停采时，岩梁处于相对稳定阶段，岩梁只承受上覆岩体的静载荷作用，对回撤通道有明显作用的是悬梁的长度(其中一部分是回撤通道的宽度)。因此，只要回撤通道宽度合理，梁足以抵抗上覆岩体的荷载，支架就能顺利撤出。而传统的增加岩梁抵抗上覆岩体的荷载方法有：第一：对工作面回撤通道支护形式进行改变，采用锚网索一次支护、然后在顶板注浆加固、打设木垛二次支护，从而增加梁的稳定性。该方法的缺点是：回撤通道宽度较宽，并增加了通道二次支护(即注浆加固、打设木垛)的成本，并影响过程进度。第二：利用液压支架作为掩护支架支护，简称支架掩护法，就是在回撤通道的后方留两架后滞液压支架，随着工作面支架的撤除后滞液压支架紧随往前移动，利用后滞液压支架维护顶板，从而增加梁的稳定性该方法的缺点是：通道宽度要大于2倍以上的支架宽度才不影响后滞液压支架的移动，并且移动后滞液压支架影响回撤速度。第三：采用单体液压支柱和梁形成抬棚维护后排顶板，就是在工作面采用单体支柱配合π型梁形成抬棚，随着支架的拆除同时拆除单体支柱和π型梁。该方法的缺点是：单体支柱架设占用空间，增加了回撤通道宽度，并且施工工艺、回撤工期及材料消耗大，撤除单体支柱和π型梁影响回撤速度。由此可见，工程实际中支架的回撤主要是在保证顶板稳定的条件下如何确定合理的回撤通道宽度，减少顶板的控制难度，减少支护成本，加快回撤速度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于通道合理宽度的采煤工作面回撤支架施工方法。该方法简单，设计合理，实现方便，既满足支架旋转不受采空区矸石堆积空间限制的影响，又最大程度地减小了回撤通道的宽度，降低了顶板控制难度，提高了回撤时通道的安全程度，降低了回撤通道的支护成本，确保了采煤工作面支架的顺利回撤。该方法清楚反映了支架回撤施工过程，实现方便，满足施工回撤工作要求，减小了工人施工劳动工作量，同时尽可能避免了交叉施工，保护了支架设备和工人安全。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于通道合理宽度的采煤工作面回撤支架施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、确定待撤支架的长度L和宽度M，以及待撤支架宽度方向和采空区之间的预留距离h，其中L、M和h的单位均为m；所述预留距离h是指待撤支架宽度方向和采空区之间的预留距离的平均值；步骤二、按照公式计算待撤支架初始撤出距离X，其中X的单位为m，K为待撤支架宽度方向和采空区之间的预留距离h与待撤支架宽度M的比值；步骤三、按照公式计算回撤通道最小宽度H，其中H的单位为m；然后根据计算结果施工宽度不小于H的回撤通道；步骤四、将待撤支架沿待撤支架长度方向初始撤出X，然后以待撤支架与相邻的下一待撤支架的边缘的交叉点O为圆心，将待撤支架旋转90°后沿回撤通道撤离；步骤五、按照步骤四的方法逐个回撤剩余待撤支架。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的计算方法简单，设计合理，实现方便，满足支架旋转不受采空区矸石堆积空间限制的影响。2、本专利技术促进了工作面回撤通道的优化技术革新，丰富和完善了回撤过程的安全技术理念，易于在其他矿井推广。3、本专利技术的施工方法最大程度地减小了回撤通道的宽度，降低了顶板控制难度，提高了回撤时通道的安全程度，降低了回撤通道的支护成本，实用性强，推广应用价值高。4、本专利技术清楚反映了支架回撤施工过程，实现方便，满足施工回撤工作要求，减小了工人施工劳动工作量，同时尽可能避免了交叉施工，保护了支架设备和工人安全。下面结合附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。说明书附图图1为本专利技术的施工方法流程框图。图2为采煤工作面支架排列示意图。图3为本专利技术待撤支架初始撤出后的局部放大示意图。图4为本专利技术待撤支架初始撤出后旋转Q°的局部放大示意图。图5为本专利技术待撤支架初始撤出后旋转N°的局部放大示意图。图6为本专利技术待撤支架初始撤出后旋转90°的示意图。附图标记说明：1-待撤支架；2-采空区；3-回撤通道。具体实施方式本专利技术基于通道合理宽度的采煤工作面回撤支架施工方法如图1所示，包括以下步骤：步骤一、如图2所示，确定待撤支架1的长度L和宽度M，以及待撤支架1宽度方向和采空区2之间的预留距离h，其中L、M和h的单位均为m；步骤二、按照公式计算待撤支架1初始撤出距离X，其中X的单位为m，K为待撤支架1宽度方向和采空区2之间的预留距离h(指平均值)与待撤支架1宽度M的比值；步骤三、按照公式计算回撤通道3最小宽度H，其中H的单位为m；然后根据计算结果施工宽度不小于H的回撤通道3；步骤四、将待撤支架1沿待撤支架1长度方向初始撤出X(如图3)，然后以待撤支架1与相邻的下一待撤支架1的边缘的交叉点O为圆心，将待撤支架1旋转90°后沿回撤通道3撤离(如图6)；步骤五、按照步骤四的方法逐个回撤剩余待撤支架1。上述计算公式的推导过程如下：当待撤支架1初始撤出X后，以待撤支架1与相邻的下一待撤支架1的边缘的交叉点O为圆心旋转待撤支架1，如图4所示，当待撤支架1旋转Q°时，待撤支架1初始撤出部位的对角线OA与回撤通道3长度方向垂直，此时OA的长度为回撤通道3的最小宽度H，根据勾股定理，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于通道合理宽度的采煤工作面回撤支架施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、确定待撤支架(1)的长度L和宽度M，以及待撤支架(1)宽度方向和采空区(2)之间的预留距离h，其中L、M和h的单位均为m；步骤二、按照公式计算待撤支架(1)初始撤出距离X，其中X的单位为m，K为待撤支架(1)宽度方向和采空区(2)之间的预留距离h与待撤支架(1)宽度M的比值；步骤三、按照公式计算回撤通道(3)最小宽度H，其中H的单位为m；然后根据计算结果施工宽度不小于H的回撤通道(3)；步骤四、将待撤支架(1)沿待撤支架(1)长度方向初始撤出X，然后以待撤支架(1)与相邻的下一待撤支架(1)的边缘的交叉点O为圆心，将待撤支架(1)旋转90°后沿回撤通道(3)撤离；步骤五、按照步骤四的方法逐个回撤剩余待撤支架(1)。

【技术特征摘要】
1.一种基于通道合理宽度的采煤工作面回撤支架施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、确定待撤支架(1)的长度L和宽度M，以及待撤支架(1)宽度方向和采空区(2)之间的预留距离h，其中L、M和h的单位均为m；步骤二、按照公式计算待撤支架(1)初始撤出距离X，其中X的单位为m，K为待撤支架(1)宽度方向和采空区(2)之间的预留距离h与待撤支架(1)宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，周府伟，赵劝，王斌，杨涛，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61