基于窄煤柱致臌效应的厚煤层沿空巷道底煤回收方法技术

一种基于窄煤柱致臌效应的厚煤层沿空巷道底煤回收方法，所述方法是将厚煤层沿空巷道窄煤柱合理宽度确定与底煤回收统筹兼顾，综合设计，主动施策，充分利用窄煤柱具有使巷道底板产生严重底臌之功效，通过理论计算确定留设合理宽度窄煤柱，使巷道底煤破碎臌胀，选取矿用挖掘式装载机将处于松散状态底煤挖装至自身刮板输送机，经转载式输送机转至带式输送机运出。本发明专利技术一方面克服了以往留底煤沿空巷道产生严重底臌时被迫人工起底机械化水平低、工人劳动强度大等弊端，变被动为主动，底煤回收各工序完全实现机械化，极大提高工作效率；另一方面采取窄煤柱留设和底煤回收双措并举继而达到提高煤炭资源回收率之目的。

【技术实现步骤摘要】
基于窄煤柱致臌效应的厚煤层沿空巷道底煤回收方法
本专利技术涉及一种厚煤层窄煤柱沿空掘巷底煤回收方法，尤其是一种基于窄煤柱致臌效应的厚煤层沿空巷道底煤高效回收方法。
技术介绍
厚煤层开采中，由于工作面回采巷道高度小于煤层厚度，其中沿空回采巷道为避免因留顶煤而发生冒顶事故，因此采用沿顶留底煤掘巷。该种巷道因其底板为强度较低的煤体，并处于开放无支护状态，在相邻采空区侧方支承压力与本工作面超前支承压力叠合作用下，会产生严重底臌。为防止该种巷道在其使用期间发生严重底臌，传统方法是留设20m-30m宽煤柱护巷，使侧方支承压力峰值处于巷道以外，但这种方法的直接后果是降低煤炭资源回收率及缩短采区服务年限。另外，留设的宽煤柱将顶板压力直接传递至底板，对其下部煤层开采时巷道围及采场围岩稳定控制造成影响，严重时会引起冲击矿压。厚煤层沿空巷道发生严重底臌时，被迫采取人工起底措施整修巷道，甚至多次起底才能满足安全生产需要。人工起底工作机械化水平低，且挖采的底煤外运极为困难，耗费大量的人力、物力和财力。厚煤层沿空巷道内回收底煤方法公开的文献有，2010年10月《煤炭学报》第35卷第10期刊出的“大采高综采工作面端部底煤巷内变坡起底回收技术”论文，文中提出巷内变坡起底回收端部底煤的方法，利用采煤机和人工对底煤进行回收以提高采出率。但该方法仍未完全摆脱人工起底的作业方式，而且仅适用于超前段未发生严重底臌的巷道回收底煤。以往厚煤层沿空巷道的煤柱留设与被迫巷道起底两者都是独立进行，并未将之建立联系，统筹兼顾，提前部署，主动施策。同时，由于底臌严重时才进行人工起底，机械化水平低，工人劳动强度大、起底效率低，严重制约着回采工作面的推进速度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于窄煤柱致臌效应的厚煤层沿空巷道底煤回收方法，充分利用窄煤柱的致臌效应，使底煤破碎臌胀，选用挖掘式装载机挖采底煤，通过转载式输送机及带式输送机将煤运出，实现底煤回收完全机械化。本专利技术的上述目的是通过以下方案实现的。一种基于窄煤柱致臌效应的厚煤层沿空巷道底煤回收方法，其特征在于：所述底煤回收方法是按照下列步骤实现的：（一）通过钻孔取样的方法，在现场采集厚煤层沿空巷道底煤的煤样；（二）将步骤（一）取得的煤样在实验室加工成标准试件，进行变角剪切实验测出煤样的内聚力C和内摩擦角；（三）窄煤柱传递至厚煤层沿空巷道底煤的载荷：式中：为厚煤层沿空巷道底煤体容重，KN/m3；为厚煤层沿空巷道底煤的厚度，m；C为厚煤层沿空巷道底板煤体内聚力，KPa；为厚煤层沿空巷道底煤内摩擦角，º；（四）厚煤层沿空巷道相邻采空区的顶板垮落高度：M为煤层厚度，m；k为相邻采空区冒落矸石的碎胀系数，取1.1～1.5；α为煤层倾角，º；（五）通过矿山压力现场实测的方法，获得基本顶在采空区侧方的煤柱上方断裂岩块的长度L；（六）由步骤（三）所得底板煤体承受窄煤柱传递载荷q、步骤（四）所得相邻采空区顶板垮落高度h及步骤（五）测得的基本顶侧方断裂岩块长度L，计算出留设窄煤柱的宽度：式中：b为巷道跨度，m；h为相邻采空区顶板垮落高度，m；L为基本顶在煤柱上方断裂块长度，m；为顶板岩层容重，KN/m3；M为煤层厚度，m；为基本顶破断角，º；（七）根据厚煤层沿空巷道净高X与净宽Y确定选择矿用挖掘式装载机的高度H和宽度T，使；（八）根据步骤（七）所选矿用挖掘式装载机的挖装能力，选用与之配套的转载式输送机和胶带输送机；（九）在厚煤层沿空巷道超前支护巷段以外底板鼓起量达0.5m巷段处布置安装设备，通过矿用挖掘式装载机将因底臌而处于松散破碎状态的底煤掘起；（十）将步骤（九）掘起的底煤装入矿用挖掘式装载机自身的刮板输送机，经转载式输送机输送至胶带输送机，终由采区主运输系统运出。进一步的技术方案在于：所述厚煤层沿空巷道是沿煤层顶板且留底煤掘进的巷道；所述厚煤层的煤层厚度不小于5m；所述厚煤层沿空巷道净高X不小于4m，净宽Y不小于5m，所留底煤厚度不小于1m；所述现场采集厚煤层沿空巷道底煤的煤样长度大于10cm；煤芯的总长度不小于1m；所述在实验室加工成标准试件不少于6件；所述配套的转载式输送机和胶带输送机的输送量大于矿用挖掘式装载机的挖装量。实现本专利技术上述所提供的一种基于窄煤柱致臌效应的厚煤层沿空巷道底煤回收方法，采用理论计算的方法确定窄煤柱的合理宽度，不仅能维护沿空巷道整体稳定，而且可使巷道底煤充分破坏而臌起，选取矿用挖掘式装载机将进入破碎臌胀状态的底煤挖装至自身刮板输送机上，通过转载式输送机转至胶带输送机上运出，解决了厚煤层沿空巷道底煤高效回收的问题，实现了底煤机械化快速高效回收，在提高资源回收率的同时，极大地提高了厚煤层窄煤柱沿空巷道起底效率，为回采工作面安全高效生产提供了可靠的保障。附图说明图1是本专利技术厚煤层窄煤柱沿空巷道位置图。图2是本专利技术底煤挖运设备图。图中：1—窄煤柱；2—厚煤层沿空巷道；3—底煤；4—基本顶在窄煤柱上方断裂块；5—相邻采空区；6—矿用挖掘式装载机；7—转载式输送机；8—胶带输送机。具体实施方式下面对专利技术的具体实施方式作具体的详细说明。如附图1和附图2所述，实施本专利技术上述所提供的一种基于窄煤柱致臌效应的厚煤层沿空巷道底煤回收方法，该底煤回收方法是按下列步骤进行的：步骤一、通过钻孔取样的方法，在现场采集厚煤层沿空巷道底煤3的煤样；其中，该厚煤层沿空巷道是沿煤层顶板且留底煤掘进的巷道，其厚煤层的煤层厚度不小于5m；其厚煤层沿空巷道净高X不小于4m，净宽Y不小于5m，所留底煤厚度不小于1m；所采集的煤样长度大于10cm，煤芯的总长度不小于1m。步骤二、将步骤一取得的煤样在实验室加工成标准试件，进行变角剪切实验测出煤样的内聚力C和内摩擦角；其加工的煤样标准试件不少于6件。步骤三、窄煤柱1传递至厚煤层沿空巷道底煤3的载荷：式中：为厚煤层沿空巷道底煤体容重，KN/m3；Z为厚煤层沿空巷道底煤3的厚度，m；C为厚煤层沿空巷道底板煤体内聚力，KPa；为厚煤层沿空巷道底煤内摩擦角，º。步骤四、厚煤层沿空巷道2相邻采空区5的顶板垮落高度：式中：M为煤层厚度，m；k为相邻采空区冒落矸石的碎胀系数，取1.1～1.5；α为煤层倾角，º。步骤五、通过矿山压力现场实测的方法，获得基本顶在采空区5侧方的煤柱1上方断裂岩块4的长度L。步骤六、由步骤三所得底板煤体承受窄煤柱传递载荷q、步骤四所得相邻采空区顶板垮落高度h及步骤五测得的基本顶侧方断裂岩块长度L，计算出留设窄煤柱1的宽度：式中：b为巷道跨度，m；h为相邻采空区顶板垮落高度，m；L为基本顶在煤柱上方断裂块长度，m；为顶板岩层容重，KN/m3；M为煤层厚度，m；；为基本顶破断角，º。步骤七、根据厚煤层沿空巷道净高X与净宽Y确定选择矿用挖掘式装载机6的高度H和宽度T，使。步骤八、根据步骤七所选矿用挖掘式装载机6的挖装能力，选用与之配套的转载式输送机7和胶带输送机8，其中所述与矿用挖掘式装载机配套的转载式输送机和胶带输送机是指转载式输送机、胶带输送机的运输能力大于矿用挖掘式装载机的挖装能力。步骤九、在厚煤层沿空巷道超前支护巷段以外底板鼓起量达0.5m巷段处布置安装设备，通过矿用挖掘式装载机6将因底臌而处于松散破碎状态的底煤掘起。步骤十、将步骤九掘起的底煤装入矿用挖掘式装载机自身本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于窄煤柱致臌效应的厚煤层沿空巷道底煤回收方法，其特征在于：所述底煤回收方法是按照下列步骤实现的：（一）通过钻孔取样的方法，在现场采集厚煤层沿空巷道底煤（3）的煤样；（二）将步骤（一）取得的煤样在实验室加工成标准试件，进行变角剪切实验测出煤样的内聚力C和内摩擦角

【技术特征摘要】
1.一种基于窄煤柱致臌效应的厚煤层沿空巷道底煤回收方法，其特征在于：所述底煤回收方法是按照下列步骤实现的：（一）通过钻孔取样的方法，在现场采集厚煤层沿空巷道底煤（3）的煤样；（二）将步骤（一）取得的煤样在实验室加工成标准试件，进行变角剪切实验测出煤样的内聚力C和内摩擦角；（三）窄煤柱（1）传递至厚煤层沿空巷道底煤（3）的载荷：式中：为厚煤层沿空巷道底煤体容重，KN/m3；为厚煤层沿空巷道底煤（3）的厚度，m；C为厚煤层沿空巷道底板煤体内聚力，KPa；为厚煤层沿空巷道底煤内摩擦角，º；（四）厚煤层沿空巷道（2）相邻采空区（5）的顶板垮落高度：M为煤层厚度，m；k为相邻采空区冒落矸石的碎胀系数，取1.1～1.5；α为煤层倾角，º；（五）通过矿山压力现场实测的方法，获得基本顶在采空区（5）侧方的煤柱（1）上方断裂岩块（4）的长度L；（六）由步骤（三）所得底板煤体承受窄煤柱传递载荷q、步骤（四）所得相邻采空区顶板垮落高度h及步骤（五）测得的基本顶侧方断裂岩块长度L，计算出留设窄煤柱（1）的宽度：式中：b为巷道跨度，m；h为相邻采空区顶板垮落高度，m；L为基本顶在煤柱上方断裂块长度，m；为顶板岩层容重，KN/m3；M为煤层厚度，m；为基本顶破断角，º；（七）根据厚煤层沿空巷道净高X与净宽Y确定选择矿用挖掘式装载机（6）的高度H和宽度T，使；（八）根据步骤（七）所选矿用挖掘式装载机（6）的挖装能...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，郝兵元，陶占元，苗希存，董远志，乔永凤，
申请(专利权)人：山西工程技术学院，
类型：发明
国别省市：山西,14