采煤巷道顶板的控制方法技术

本公开是关于一种采煤巷道顶板的控制方法，该控制方法包括：根据采煤高度、巷道高度与顶板岩体的初始碎胀系数确定切缝高度；根据确定的所述切缝高度在巷道顶板形成顶板切缝。本公开提供的采煤巷道顶板的控制方法，实际上切缝高度的设计参数考虑的是顶板岩体的初始碎胀系数，通过采煤高度、巷道高度与顶板岩体的初始碎胀系数确定切缝高度，垮落矸石碎胀后恰好能够完全充填采空区，高层位顶板一旦下沉便与矸石接触，随后不断将矸石压实直至稳定。

【技术实现步骤摘要】
采煤巷道顶板的控制方法
本公开涉及矿业
，具体而言，涉及一种采煤巷道顶板的控制方法。
技术介绍
十八世纪初期，英国什洛普郡首次出现了长壁开采方法，随后，英国斯塔福德、德贝郡等其他郡的煤矿也相继使用了这种该方法。我国于20世纪30年代首先在山东省某煤矿进行试验，经过近百年的发展，目前已形成较成熟的长壁开采理论、技术和装备体系，并在全国各地的矿井进行了广泛应用。采用这种方法开采，每开采1个工作面，需要提前掘进2条回采巷道，相邻工作面之间留设1个护巷煤柱。这种开采方式会导致大量煤炭资源无法采出，并产生高额巷道掘进费用。沿空留巷技术一直是国内外研究的热点话题，该技术从一定程度上可以缓解上述煤炭资源浪费、巷道掘进投资大的问题。目前最常见的沿空留巷方式是采用人工充填体进行巷旁支护。但采用这种方式，往往存在充填体应力集中、充填与开采效率不匹配等问题难以解决。为了解决存在充填体应力集中、充填与开采效率不匹配等问题，提出了N00工法，即开采一个采区中的N个工作面，不需要提前掘进巷道和留设煤柱。对于N00工法，现有的顶板控制方法没有考虑其特有的顶板结构特征，因此无法直接应用。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种采煤巷道顶板的控制方法，垮落矸石碎胀后恰好能够完全充填采空区，高层位顶板一旦下沉便与矸石接触，随后不断将矸石压实直至稳定。根据本公开的一个方面，提供了一种采煤巷道顶板的控制方法，该控制方法包括：根据采煤高度、巷道高度与顶板岩体的初始碎胀系数确定切缝高度；根据确定的所述切缝高度在巷道顶板形成顶板切缝。在本公开的一种示例性实施例中，所述切缝高度为：其中，Hf为切缝高度，Hm为采煤高度，Hr为巷道高度，K0为顶板岩体的初始碎胀系数。在本公开的一种示例性实施例中，所述控制方法还包括：根据臂梁断裂前所需的锚索支护力、巷道宽度、切缝高度、切缝角度、锚索支护合力作用点与巷道实体煤帮的距离、短臂梁结构自重、垮落矸石对短臂梁结构在竖直方向上的支撑力，确定顶板的短臂梁断裂前的恒阻锚索支护力；根据臂梁断裂后所需的锚索支护力、短臂梁结构自重、短臂梁结构断裂点位置与实体煤帮的距离、实体煤帮位置、垮落矸石对短臂梁结构在竖直方向上的支撑力、锚索支护合力作用点与巷道实体煤帮的距离，确定顶板的短臂梁断裂后的恒阻锚索支护力；根据确定的短臂梁断裂前和断裂后所需的恒阻锚索支护力，采用恒阻锚索对切缝范围内的顶板进行支护。在本公开的一种示例性实施例中，短臂梁断裂前所需的恒阻锚索支护力为：其中，Fc1为臂梁断裂前所需的恒阻锚索支护力，a为巷道宽度，Hf为切缝高度，β为切缝角度，Lc为锚索支护合力作用点与巷道实体煤帮的距离，G为短臂梁结构自重，Fg为垮落矸石对短臂梁结构在竖直方向上的支撑力。在本公开的一种示例性实施例中，短臂梁断裂后所需的恒阻锚索支护力为：其中，其中，Fc2为臂梁断裂后所需的恒阻锚索支护力，G为短臂梁结构自重，x0为短臂梁结构断裂点位置与实体煤帮的距离，qc为实体煤帮位置，Fg为垮落矸石对短臂梁结构在竖直方向上的支撑力，Lc为锚索支护合力作用点与巷道实体煤帮的距离。在本公开的一种示例性实施例中，所述控制方法还包括：根据动压承载临时支护力、巷道宽度、上覆岩层平均容重、短臂梁结构的容重、切缝高度、切缝角度、垮落矸石对短臂梁的支撑系数、采动引起的应力集中系数、煤层埋深、每排恒阻锚索的数量、短臂梁结构的内摩擦角、短臂梁结构的内聚力、单个恒阻锚索的预紧力、垮落矸石对短臂梁结构在竖直方向上的支撑力，确定动压承载临时支护力；根据确定的动压承载临时支护力，对顶板进行动压承载支护。在本公开的一种示例性实施例中，其特征在于，其中，Ft为动压承载临时支护力，a为巷道宽度，γ1为上覆岩层平均容重，γ2为短臂梁结构的容重，Hf为切缝高度，β为切缝角度，K1是垮落矸石对短臂梁的支撑系数，K2为采动引起的应力集中系数，H为煤层埋深，n为每排恒阻锚索的数量，为短臂梁结构的内摩擦角，c为短臂梁结构的内聚力，fp为单个恒阻锚索的预紧力，Fg为垮落矸石对短臂梁结构在竖直方向上的支撑力。在本公开的一种示例性实施例中，对确定的短臂梁断裂前和断裂后所需的恒阻锚索支护力乘以安全系数，形成所需的恒阻锚索支护力。在本公开的一种示例性实施例中，对确定的动压承载临时支护力乘以安全系数，形成所需的动压承载临时支护力。在本公开的一种示例性实施例中，所述安全系数为1.5-2。本公开提供的采煤巷道顶板的控制方法，实际上切缝高度的设计参数考虑的是顶板岩体的初始碎胀系数，而没有以采空区矸石压实过程中变化的矸石碎胀系数为设计依据。残余碎胀系数和碎胀系数的变化过程，影响的是承压结构的最终变形量和变形过程，这与切缝高度是没有直接关系的。因此，通过采煤高度、巷道高度与顶板岩体的初始碎胀系数确定切缝高度，垮落矸石碎胀后恰好能够完全充填采空区，高层位顶板一旦下沉便与矸石接触，随后不断将矸石压实直至稳定。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本公开的一种实施例提供的采煤巷道顶板的控制方法的流程图。图2为本公开的另一种实施例提供的采煤巷道顶板的控制方法的流程图。图3为本公开的再一种实施例提供的采煤巷道顶板的控制方法的流程图。图4为本公开的一种实施例提供的N00工法开采工作面和巷道布置。图5A为本公开的一种实施例提供的采煤机端头成巷的示意图。图5B为本公开的一种实施例提供的恒阻锚索加固的示意图。图5C为本公开的一种实施例提供的顶板定向切缝的示意图。图5D为本公开的一种实施例提供的动压承载支护的示意图。图5E为本公开的一种实施例提供的采空区顶板垮落的示意图。图5F为本公开的一种实施例提供的稳定区补强支护的示意图。图6为本公开的一种实施例提供的留巷顶板结构示意图。图7A为本公开的一种实施例提供的采煤高度小于巷道高度的顶板切缝高度设计示意图。图7B为本公开的一种实施例提供的采煤高度大于巷道高度的顶板切缝高度设计示意图。图8A为本公开的一种实施例提供的短臂梁结构断裂前的恒阻锚索支护强度设计示意图。图8B为本公开的一种实施例提供的臂梁结构断裂后的恒阻锚索支护强度设计示意图。图9为本公开的一种实施例提供的动压承本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采煤巷道顶板的控制方法，其特征在于，包括：/n根据采煤高度、巷道高度与顶板岩体的初始碎胀系数确定切缝高度；/n根据确定的所述切缝高度在巷道顶板形成顶板切缝。/n

【技术特征摘要】
1.一种采煤巷道顶板的控制方法，其特征在于，包括：
根据采煤高度、巷道高度与顶板岩体的初始碎胀系数确定切缝高度；
根据确定的所述切缝高度在巷道顶板形成顶板切缝。


2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述切缝高度为：



其中，Hf为切缝高度，Hm为采煤高度，Hr为巷道高度，K0为顶板岩体的初始碎胀系数。


3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
根据臂梁断裂前所需的锚索支护力、巷道宽度、切缝高度、切缝角度、锚索支护合力作用点与巷道实体煤帮的距离、短臂梁结构自重、垮落矸石对短臂梁结构在竖直方向上的支撑力，确定顶板的短臂梁断裂前的恒阻锚索支护力；
根据臂梁断裂后所需的锚索支护力、短臂梁结构自重、短臂梁结构断裂点位置与实体煤帮的距离、实体煤帮位置、垮落矸石对短臂梁结构在竖直方向上的支撑力、锚索支护合力作用点与巷道实体煤帮的距离，确定顶板的短臂梁断裂后的恒阻锚索支护力；
根据确定的短臂梁断裂前和断裂后所需的恒阻锚索支护力，采用恒阻锚索对切缝范围内的顶板进行支护。


4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，短臂梁断裂前所需的恒阻锚索支护力为：



其中，Fc1为臂梁断裂前所需的恒阻锚索支护力，a为巷道宽度，Hf为切缝高度，β为切缝角度，Lc为锚索支护合力作用点与巷道实体煤帮的距离，G为短臂梁结构自重，Fg为垮落矸石对短臂梁结构在竖直方向上的支撑力。


5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，短臂梁断裂后所需的恒阻锚索支护力为：



其中，其中，Fc2为臂梁断裂后所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚军，王琦，何满潮，侯世林，杨军，王彦军，刘辉，陈菲，高玉兵，
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