[發明專利]一種確定巷道掘進迎頭合理空頂距的方法

有效

• 申請號: 201010177941.4
• 申請日: 2010-05-14
• 公開（公告）號: CN101858219A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 柏建彪;肖同強;李磊;王襄禹;徐營;董正筑
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D20/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐惠芬

技術領域

本發明涉及煤礦巷道掘進工藝，尤其是一種確定巷道掘進迎頭合理空頂距的方法。

背景技術

煤礦巷道掘中，確定巷道掘進迎頭合理空頂距很重要，空頂距跨度大，易造成事故，空頂距跨度小，則影響生產進度。目前采用的數值計算軟件(UDEC、FLAC等)分析空頂條件下頂板的穩定性，需要通過大量試驗獲得彈性模量、泊松比、粘結力、內摩擦角、剪脹角以及抗拉強度等圍巖力學參數，而且這些參數還不能直接應用到數值模擬中，需要依據現場圍巖變形破壞特征進行反算，經過繁瑣的參數調整過程之后才能夠模擬運算頂板的位移、應力、塑性區等變形破壞特征。巷道開挖后，圍巖由淺至深逐漸破壞，淺部圍巖直接頂是掘進期間空頂范圍內巷道頂板圍巖控制的關鍵。而采用現有數值軟件通過論證直接頂穩定性確定空頂距存在試驗工作量大、力學參數選擇困難、可靠性差等問題。

發明內容

技術問題：本發明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種方法簡單、操作簡便、可靠性高的確定巷道掘進迎頭合理空頂距的方法。

技術方案：本發明的確定巷道掘進迎頭合理空頂距的方法：

(1)首先對掘進巷道進行直接頂巖石取樣，并通過力學試驗測定直接頂巖石單軸抗壓強度和抗拉強度；

(2)再對掘進迎頭巷道直接頂進行受力分析，分別建立多個以整數個錨桿排距作為空頂距的沿巷道走向的直接頂力學模型；

(3)采用差分法并借助數學軟件進行直接頂應力函數求解，分別計算得出不同空頂距下直接頂力學模型中各結點的應力分量值，包括垂直應力分量值和水平應力分量值；

(4)依據試驗測定的直接頂巖石強度分別對不同空頂距條件下的直接頂進行穩定性判定：

當直接頂力學模型中各結點應力分量最大壓應力大于試驗測定的抗壓強度，同時最大拉應力大于試驗測定的抗拉強度時，則該空頂距下頂板不穩定；

當直接頂力學模型中各結點應力分量最大壓應力小于試驗測定的抗壓強度，同時最大拉應力小于試驗測定的抗拉強度時，則該空頂距下頂板穩定；

(5)從能保證頂板穩定的空頂距中選擇合理的空頂距，當一個生產班能夠掘進整數個空頂距長度時，選擇空頂距的最大值作為合理空頂距。

所述的分別建立的多個空頂距為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10個錨桿排距；當直接頂較為堅硬且完整時，空頂距大于10個錨桿排距。

有益效果：本發明克服了空頂距選擇的盲目性，實現了空頂距選擇的定量分析，僅需要提供直接頂單軸抗壓強度、抗拉強度，無需彈性模量、泊松比、粘結力、內摩擦角、剪脹角等其他力學參數，避免了力學測試的繁瑣性，更加簡單易行，實現了空頂距選擇的定量分析，避免了空頂距較小而影響掘進速度或空頂距較大而導致冒頂事故等問題，為實現巷道安全、快速掘進提供了重要依據。本發明確定空頂距方法簡單、費用低、簡便易操作、可靠性高等優點，在本技術領域內具有廣泛的實用性。

附圖說明

圖1是本發明掘進迎頭沿巷道走向剖面示意圖。

圖2是本發明差分法應力求解直接頂力學模型示意圖。

圖3是本發明差分法應力求解過程示意圖。

圖4是本發明借助數學軟件生成的直接頂應力等值線分布示意圖。

圖中：S-錨桿排距，L₁-空頂距，L₂-煤壁支承段距離，L₃-永久支護段距離，q₁-直接頂上邊界載荷，q₂-煤壁支承載荷，q₃-永久支護所提供載荷。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施作進一步的描述：

(1)對巷道直接頂巖石取樣，測定其單軸抗壓強度和抗拉強度。某礦9802工作面回采巷道直接頂為泥巖，厚度2.54m，基本頂為中細砂巖，厚度35m；試驗測定的泥巖直接頂單軸抗壓強度和抗拉強度分別為21.87MPa和0.9MPa。