[發(fā)明專利]一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410675658.2
• 申請(qǐng)日: 2014-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104594899A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王紅勝;雙海清;李樹(shù)剛;李安洪;李洪濤;鄭祥舉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份有限公司;西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): E21C41/16
• 分類號(hào): E21C41/16
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦開(kāi)采領(lǐng)域，具體涉及一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法。

背景技術(shù)

隨著煤礦采深的加大，巷道圍巖應(yīng)力越來(lái)越大，對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性控制提出來(lái)更高的要求，同時(shí)帶來(lái)了如沖擊地壓等安全隱患，因此留設(shè)合理寬度煤柱對(duì)于工作面安全開(kāi)采與采出率都有重要影響。一方面，煤柱寬度留設(shè)過(guò)大，煤柱因處于固定支承壓力峰值區(qū)域而發(fā)生強(qiáng)烈蠕變變形，造成巷道維護(hù)困難；同時(shí)也勢(shì)必影響采區(qū)回收率。另一方面，煤柱寬度留設(shè)過(guò)小，受二次采動(dòng)影響時(shí)，巷道斷面收縮過(guò)大，影響工作面安全開(kāi)采。因此，合理煤柱寬度的確定一直是采礦工程研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法，采用理論計(jì)算、數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等多種手段確定了煤柱合理寬度，確定合理沿空掘巷位置，保證基本頂斷裂線位于窄煤柱靠近采空區(qū)側(cè)，確保了窄煤柱及巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法，包括如下步驟：

S1、理論計(jì)算確定窄煤柱寬度范圍：基于地質(zhì)條件，采用理論計(jì)算公式得出窄煤柱寬度范圍；

S2、采用數(shù)值模擬軟件(FLAC，UDEC等)分析沿空掘巷窄煤柱合理寬度：通過(guò)工作面地質(zhì)鉆孔柱狀圖，建立數(shù)值計(jì)算模型，根據(jù)步驟S1中理論計(jì)算結(jié)果，確定煤柱不同寬度留設(shè)方案，通過(guò)模擬工作面開(kāi)挖，監(jiān)測(cè)不同寬度煤柱條件下的巷道圍巖應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律，通過(guò)對(duì)比分析確定窄煤柱合理寬度；

S3、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)采空區(qū)側(cè)基本頂斷裂線位置：在礦井已回采工作面的軌道順槽或膠帶順槽內(nèi)，向采空區(qū)側(cè)上方巖層布置一定深度的不同角度的鉆孔，并采用鉆孔窺視儀探測(cè)頂板巖層斷裂情況，探測(cè)過(guò)程中要詳細(xì)記錄巖層裂隙分布特征，基于工作面鉆孔柱狀圖及巖層裂隙分布規(guī)律確定采空區(qū)側(cè)基本頂斷裂線的位置，進(jìn)一步得出基本頂斷裂線位置距采空區(qū)邊界的距離；

S4、綜合理論計(jì)算結(jié)果、數(shù)值模擬分析結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)采空區(qū)側(cè)基本頂斷裂線位置確定窄煤柱合理寬度，確定合理沿空掘巷位置，保證基本頂斷裂線位于窄煤柱靠近采空區(qū)側(cè)。

其中，所述步驟S1中的計(jì)算公式為：

B＝B₁+B₂+B₃，

式中，B——煤柱寬度；B₁——鄰近工作面回采后在采空側(cè)煤體中產(chǎn)生的塑性區(qū)寬度；B₂——錨桿有效長(zhǎng)度，一般增加15％的富余系數(shù)；Ｂ_３——考慮煤層厚度較大而增加的煤柱穩(wěn)定系數(shù)，按(B₁+B₃)×(20％～40％)計(jì)算；Ｋ——應(yīng)力集中系數(shù)；Ｈ——巷道埋深；m——工作面采高；Ｃ——煤層界面的粘結(jié)力；A——塑性區(qū)與彈性區(qū)交界處側(cè)壓系數(shù)，A＝μ/(1-μ)，μ為泊松比；φ——煤層界面摩擦角；P——支架、冒落矸石等對(duì)煤柱的側(cè)向支護(hù)力；γ——上覆巖層平均容重。

其中，所述窄煤柱寬度應(yīng)大于基本頂斷裂線位置距采空區(qū)邊界的距離。

本發(fā)明具有以下有益效果：

采用理論計(jì)算、數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等多種手段確定了煤柱合理寬度，確定合理沿空掘巷位置，保證基本頂斷裂線位于窄煤柱靠近采空區(qū)側(cè)，確保了窄煤柱及巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定性，一方面大幅度減少了巷道后期維護(hù)工程量及維護(hù)費(fèi)用，另一方面保證了工作面的安全高效回采。因此，這種窄煤柱合理寬度的確定方法具有較高的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法中基本頂相對(duì)沿空巷道的斷裂位置圖。

圖2為本發(fā)明一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法中合理煤柱寬度計(jì)算圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法中頂?shù)装鍘r性綜合柱狀圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法中巷道圍巖變形規(guī)律示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法中煤柱應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法中煤柱底板垂直應(yīng)力分布規(guī)律示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法中鉆孔布置方式示意圖。

圖中：1-8102采空區(qū)、2-8102軌道運(yùn)輸巷；3-8103軌道運(yùn)輸巷；4-8106采空區(qū)；5-8106膠帶運(yùn)；6-8105膠帶運(yùn)輸巷；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例一種沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定方法中鉆孔布置參數(shù)示意圖。