[發明專利]邊角煤短壁連采巷道布置與煤柱留設方法

有效

• 申請號: 201510070239.0
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104790953B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 王樹立;張開智;朱光麗;姬松濤;潘瑞凱
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 陳海濱

技術領域

本發明涉及煤礦巷道布置和煤柱留設技術，具體是一種針對三種典型的覆巖結構即薄基巖(≤20m)、中厚基巖(20～40m)和厚基巖(≥40m)，提出的邊角煤短壁連采技術的三種巷道布置和煤柱留設方法。

背景技術

近幾十年來，煤炭資源產量攀升的同時，遺留了大量的邊角煤，隨著節約型社會的要求以及煤炭資源的日益減少，邊角煤的回收利用顯得尤其重要。在內蒙、新疆等地，由于大型機械化設備的應用，工作面尺寸逐年加大，邊角煤已不適合采用當下的長壁開采技術，由此以短壁連采方法為主的邊角煤回收技術日漸興起。

邊角煤短壁連采技術是將某一邊角煤看做一個區段，在區段內開掘運輸順槽和輔運順槽，垂直于這兩條巷道掘進多條支巷，每一組支巷組成一個塊段，一個區段由多個塊段組成，塊段內再通過多條聯絡巷把塊段切割成多個切塊，從支巷(還包括聯巷)向切塊進刀回采，支巷兩側煤柱回采完后，在平巷兩側進刀回采平巷兩側的煤柱。采用4臺線性支架控制回采設備附近的頂板。塊段內的回采順序為先采區段邊界處的第一個切塊，然后沿著支巷向區段平巷依次回采相鄰的塊段，直到支巷口。然后，沿著平巷方向后退式回采支巷口煤柱和平巷煤柱。

邊角煤短壁連采技術相對于長壁開采技術而言，在設備、技術工藝方面大不相同，在現實使用中面臨以下幾個技術難題，一是工作面無支架支護，直接面對采空區頂板，頂板冒落坍塌事故增加。二是采空區懸頂面積大，基本頂及關鍵層一旦破斷運動，對工作面直接產生動壓沖擊，產生沖擊礦壓、颶風等動力災害。三是巷道布置系統復雜，生產系統雜亂，尤其是通風系統。四是留設大量的頂板支撐煤柱，在浪費資源的同時，增加了頂板大面積運動及煤層自然發火的危險性。

發明內容

本發明的目的在于針對三種典型的覆巖結構即薄基巖、中厚基巖和厚基巖，提出了邊角煤短壁連采技術的三種巷道布置和煤柱留設方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

邊角煤短壁連采巷道布置與煤柱留設方法，

①在煤層自燃發火期短，需要及時封閉采空區，煤層賦存條件為厚基巖薄松散層或厚基巖厚松散層中，采用塊段寬煤柱布置方法，該方法步驟如下：

步驟1：各個塊段間留設寬的隔離煤柱，煤柱寬度B₁的范圍為10～15m,其中B₁的具體數值由公式(1)計算得出，煤柱能夠支撐住上覆巖層，并長期保持穩定，同時能夠有效隔離上一塊段采空區；

步驟2：根據關鍵層的初次垮落步距確定第一塊段長度L₁及支巷數目，其中L₁的具體數值由公式(2)計算得出，其后各個塊段長度同第一塊段長度L₁相同；

步驟3：每個塊段回采完畢后，及時在運煤平巷和輔運平巷施工密閉，隔離采空區；

其中煤柱寬度B₁的計算公式為：

式(1)中，D為采空區寬度，單位是m；δ為上覆巖層垮落角；R_c為煤塊單軸抗壓強度，單位是MPa；h為煤柱高度,單位是m；γ為巖層的平均容重，單位是kN/m³；H為煤柱埋深,單位是m；

第一塊段長度L₁的計算公式為：

式(2)中，b為邊角煤寬度，單位是m；l_m為巖層的步距準數，其中h為巖層厚度，單位為m；σ_t為巖層抗拉強度，單位為MPa；q為巖層上覆載荷，單位為kN；ν為巖層的泊松比；m為煤柱高度,單位是m；A為側壓系數；c₀分別為煤體與頂底板巖層交界面的內摩擦角與粘聚力；λ₁為寬煤柱應力集中系數；γ為巖層的平均容重，單位是kN/m³；H為煤柱埋深，單位是m；P_x為支架對巷幫的支護阻力，單位為kN，采空區一側時取零；

②在煤層不易自燃，中厚基巖中厚松散層中，采用塊段窄煤柱布置方法，該方法步驟如下：

步驟1：各個塊段之間留設窄小煤柱，第一塊段窄煤柱寬度B₂的范圍為5～10m，B₂的具體數值由公式(3)計算得出，窄小煤柱在一側的塊段回采時保持穩定，同時隔離采空區，在其另一側的塊段回采完畢后，煤柱失穩、破壞，關鍵層破斷運動；