一种浅埋煤层窄煤柱沿空护巷方法技术

本发明专利技术涉及一种浅埋煤层窄煤柱沿空护巷方法，包括，步骤S1，提取待回采工作面的顶板与底板煤岩样，得到围岩的物理力学参数，根据极限平衡理论计算窄煤柱的宽度，根据围岩的物理力学参数与窄煤柱的宽度确定待回采工作面支承应力分布；步骤S2，根据待回采工作面的地质参数与支承应力分布，计算不同煤柱宽度对围岩稳定性的影响，确定煤柱宽度；步骤S3，进行回采，并计算锚杆长度、间距、预紧力、与排距参数，根据各支护参数对巷道进行支护。本发明专利技术通过结合数据模拟确定巷道内基础参数，确定窄煤柱的宽度，并计算合理的支护参数进行支护，保障了在窄煤柱的回采时巷道的支护安全性，同时减少了资源的浪费。了资源的浪费。了资源的浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种浅埋煤层窄煤柱沿空护巷方法


[0001]本专利技术涉及矿山掘巷
，尤其涉及一种浅埋煤层窄煤柱沿空护巷方法。

技术介绍

[0002]中国作为世界上煤炭产量最大的国家，以及消费量最多的国家，一直有着“富煤，贫油，少气”的称号，不可否认的是，煤炭作为中国的主要能源与燃料，生产结构组成极高，其基础地位短期之内不会改变，在我国，大多数煤矿的开采方式是井工，井工方式开采需要大量掘进巷道，其中80％以上是回采巷道。
[0003]现有的回采巷道布置方式可以分为留宽煤柱护巷、沿空留巷和沿空掘巷三种方式，留宽煤柱护巷常用煤柱宽度为15～30m，采区采出率较低，煤炭资源浪费严重，且随着矿井开采深度的增加，原岩应力不断升高，护巷煤柱宽度越来越大，这样不仅使煤炭采出率降低、巷道维护困难，而且较宽的区段煤柱在工作面回采后形成应力集中，同时不利于防治煤炭自燃发火和煤与瓦斯突出；沿空掘巷是在毗邻工作面回采后，采空区上覆岩层活动基本终止，回采引起的应力重新分布趋于稳定后，沿采空区边缘留窄煤柱，一般小于10米，掘巷，沿空巷道处于侧向支承压力降低区，使巷道处在较为有利的应力环境下，有利于巷道围岩稳定，沿空掘巷服务期间仅受一次采动影响，动压影响时间短，容易维护，沿空掘巷的应力环境和维护条件均优于沿空留巷，通过留设合理的区段煤柱、采取合理的支护技术可以保证巷道在掘进及本区段工作面回采期间围岩变形较小；另外，相对于沿空留巷，沿空掘巷工艺简单，无需充填体，巷道支护费用低，更利于推广；近年来小煤柱沿空掘巷已成为我国矿井提高煤炭采出率的重要技术途径之一，但在现有的沿空护巷方法中，若小煤柱留设尺寸不合理，不仅不能支撑来自顶板的压力，而且可能由于在回采阶段过高的应力集中导致煤柱的压裂破坏，致使采空区的瓦斯和水进入正在回采的工作面影响安全生产，因此，合理确定煤柱尺寸及巷道支护参数是防止煤炭资源浪费、减小工人劳动强度和巷道维修费用，同时保证回采安全的重要措施。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供一种一种浅埋煤层窄煤柱沿空护巷方法，用以克服现有技术中窄煤柱留设尺寸不合理使顶板易出现应力集中的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种浅埋煤层窄煤柱沿空护巷方法，包括，
[0006]步骤S1，提取与采空区相邻的待回采工作面辅助运输顺槽的顶板与底板煤岩样，进行实验室力学实验，得到待回采工作面辅助运输顺槽围岩的物理力学参数，对围岩的物理力学参数利用极限平衡理论进行计算，得出极限窄煤柱的宽度，利用数据模拟系统对待回采工作面辅助运输顺槽围岩的物理力学参数与极限窄煤柱的宽度确定在极限窄煤柱的宽度的情况下的待回采工作面采空区侧向支承应力分布数据；
[0007]步骤S2，对待回采工作面进行地质取样分析，获得待回采工作面的地质参数，根据待回采工作面的地质参数与采空区侧向支承应力分布数据，通过所述数据模拟系统模拟不
同煤柱宽度下的巷道围岩应力分布及变形量，并确定待回采工作面与采空区间最终的煤柱宽度；
[0008]步骤S3，根据已确定的煤柱宽度对待回采工作面进行沿空掘巷回采，检测掘巷后煤柱宽度下围岩位移，结合待回采工作面的地质参数与采空区侧向支承应力分布数据计算回采巷道的煤帮与顶板的破坏深度，根据回采巷道内各部分的煤层破坏深度计算对应位置的支护锚杆长度，再根据煤帮破坏深度对围岩压力与顶板压力进行计算，通过煤帮与顶板的岩石强度计算锚杆的锚固力，根据锚杆的锚固力、围岩压力与顶板压力确定支护锚杆的间距、预紧力、与排距参数，根据各支护参数对回采巷道进行支护。
[0009]进一步地，在所述步骤S3中，获取所述数据模拟系统内的回采巷道围压应力集中系数K、上覆岩层容重γ、采动影响水平的无因次参数B、煤层硬度系数fy、煤岩体的内摩擦角θ，再测量回采巷道内的回采巷道深度H与回采巷道高度h，对回采巷道的煤帮破坏深度C进行计算，回采巷道的煤帮破坏深度C的计算公式为，
[0010]C＝[(KγHB/104fy)
‑
1]×
h
×
tan(45
°‑
θ/2)。
[0011]进一步地，在对回采巷道的煤帮破坏深度C完成计算后，获取所述数据模拟系统内回采巷道的锚固岩层的稳固性系数ky与带锚岩层的硬度系数fn，测量回采巷道内的煤岩体的倾角，煤岩体的倾角为α，并测量回采巷道宽度W，根据回采巷道的煤帮破坏深度C计算回采巷道顶板围岩体被的破坏深度b，其计算公式为，
[0012]b＝(a+C)cosα/(ky
×
fn)，其中，a为回采巷道宽度的一半，a＝W/2。
[0013]进一步地，根据设定的锚杆受力长度比例Sr与锚杆固定连接长度比例Se，计算在顶板围岩体被的破坏深度b处的回采巷道顶板锚杆长度Lr，Lr＝b+(b
×
Sr)+(b
×
Se)；
[0014]再根据煤帮破坏深度C计算回采巷道内煤帮破坏深度为C处的煤帮支护锚杆长度Ls，Ls＝C+(C
×
Sr)+(C
×
Se)。
[0015]进一步地，再确定完成回采巷道内各位置的支护锚杆理论长度Lo后，其中，o＝r、s，根据支护锚杆实际长度L1、L2与受力影响锚杆长度比A选取支护锚杆，其中，A≤0.1，L1为低于支护锚杆理论长度Lo的标准锚杆长度、L2为高于支护锚杆理论长度Lo的标准锚杆长度，并且L1长度支护锚杆与L2长度支护锚杆之间无标准长度的支护锚杆，计算标准等级长度差ΔL，ΔL＝L2
‑
L1，再计算锚杆超长差ΔLo，ΔLo＝Lo
‑
L1，根据锚杆超长差ΔLo与标准等级长度差ΔL计算锚杆超长比Ao，Ao＝ΔLo/ΔL，将锚杆超长比Ao与受力影响锚杆长度比A进行对比，
[0016]当Ao＞A时，选取L2长度的锚杆作为支护该位置的支护锚杆；
[0017]当Ao≤A时，选取L1长度的锚杆作为支护该位置的支护锚杆。
[0018]进一步地，在所述数据模拟系统中获取回采巷道的煤层的重力密度γy与岩层的重力密度γn，根据回采巷道的煤帮破坏深度C对作用在破坏煤帮一侧支架上的围岩压力Q进行计算，其中，
[0019]Q＝C
×
[(γyh
×
s inα)+γnb
×
tan(45
°‑
θ)][0020]在对作用在破坏煤帮一侧支架上的围岩压力计算完成后，根据回采巷道顶板围岩体被的破坏深度b再对回采巷道的顶板压力QH进行计算，按相对于岩层层理的法线确定,其中，QH＝2γnabB。
[0021]进一步地，根据回采巷道顶板围岩体被的破坏深度b与回采巷道宽度的一半a对锚
杆间排距s
p
进行计算，其计算公式为，
[0022][0023]其中，Z为锚杆超出顶板围岩体被的破坏深度的长度，Z＝(b
×
Sr)+(b
×
Se)。
[0024]进一步地，根据选用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浅埋煤层窄煤柱沿空护巷方法，其特征在于，包括，步骤S1，提取与采空区相邻的待回采工作面辅助运输顺槽的顶板与底板煤岩样，进行实验室力学实验，得到待回采工作面辅助运输顺槽围岩的物理力学参数，对围岩的物理力学参数利用极限平衡理论进行计算，得出极限窄煤柱的宽度，利用数据模拟系统对待回采工作面辅助运输顺槽围岩的物理力学参数与极限窄煤柱的宽度确定在极限窄煤柱的宽度的情况下的待回采工作面采空区侧向支承应力分布数据；步骤S2，对待回采工作面进行地质取样分析，获得待回采工作面的地质参数，根据待回采工作面的地质参数与采空区侧向支承应力分布数据，通过所述数据模拟系统模拟不同煤柱宽度下的巷道围岩应力分布及变形量，并确定待回采工作面与采空区间最终的煤柱宽度；步骤S3，根据已确定的煤柱宽度对待回采工作面进行沿空掘巷回采，检测掘巷后煤柱宽度下围岩位移，结合待回采工作面的地质参数与采空区侧向支承应力分布数据计算回采巷道的煤帮与顶板的破坏深度，根据回采巷道内各部分的煤层破坏深度计算对应位置的支护锚杆长度，再根据煤帮破坏深度对围岩压力与顶板压力进行计算，通过煤帮与顶板的岩石强度计算锚杆的锚固力，根据锚杆的锚固力、围岩压力与顶板压力确定支护锚杆的间距、预紧力、与排距参数，根据各支护参数对回采巷道进行支护。2.根据权利要求1所述的浅埋煤层窄煤柱沿空护巷方法，其特征在于，在所述步骤S3中，获取所述数据模拟系统内的回采巷道围压应力集中系数K、上覆岩层容重γ、采动影响水平的无因次参数B、煤层硬度系数fy、煤岩体的内摩擦角θ，再测量回采巷道内的回采巷道深度H与回采巷道高度h，对回采巷道的煤帮破坏深度C进行计算，回采巷道的煤帮破坏深度C的计算公式为，C＝[(KγHB/104fy)
‑
1]
×
h
×
tan(45
°‑
θ/2)。3.根据权利要求2所述的浅埋煤层窄煤柱沿空护巷方法，其特征在于，在对回采巷道的煤帮破坏深度C完成计算后，获取所述数据模拟系统内回采巷道的锚固岩层的稳固性系数ky与带锚岩层的硬度系数fn，测量回采巷道内的煤岩体的倾角，煤岩体的倾角为α，并测量回采巷道宽度W，根据回采巷道的煤帮破坏深度C计算回采巷道顶板围岩体被的破坏深度b，其计算公式为，b＝(a+C)cosα/(ky
×
fn)，其中，a为回采巷道宽度的一半，a＝W/2。4.根据权利要求3所述的浅埋煤层窄煤柱沿空护巷方法，其特征在于，根据设定的锚杆受力长度比例Sr与锚杆固定连接长度比例Se，计算在顶板围岩体被的破坏深度b处的回采巷道顶板锚杆长度Lr，Lr＝b+(b
×
Sr)+(b
×
Se)；再根据煤帮破坏深度C计算回采巷道内煤帮破坏深度为C处的煤帮支护锚杆长度Ls，Ls＝C+(C
×
Sr)+(C
×
Se)。5.根据权利要求4所述的浅埋煤层窄煤柱沿空护巷方法，其特征在于，再确定完成...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨小勇，张军，温国惠，曹亮，吴玉杰，连平小，孙兆冰，朱建平，董润泽，李晓辉，史振，周涛，
申请(专利权)人：内蒙古双欣矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：