[發明專利]高瓦斯工作面巷道結構、布置方法及其煤柱寬度確定方法

在審

• 申請號: 202010522678.1
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111622773A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 王瑞;柏建彪;閆帥;潘桂強;朱前程;張棟;張自政;王襄禹;徐營
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D9/14
• 分類號: E21D9/14;E21F1/00;E21F7/00;E21F15/00;E21C41/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李翩

本發明公開的高瓦斯工作面巷道結構、布置方法及其煤柱寬度確定方法，涉及回采工作面巷道布置技術領域。所述巷道結構多個工作面均布置雙U型巷道，相鄰兩工作面中，上一工作面軌道回風巷用作下一工作面瓦斯排放巷，上一工作面瓦斯排放巷用作下一工作面回風巷；下一工作面瓦斯排放巷朝向上一工作面的一側布置有高水材料巷旁充填體。該種巷道布置結構，極大地減少了接替工作面的巷道掘進量，緩減了礦井采掘接替緊張問題，同時回收了首采工作面的遺留煤柱，增加了經濟效益，避免了資源浪費。

技術領域

本發明涉及回采工作面巷道布置技術領域，具體涉及一種高瓦斯長壁放頂煤回采工作面巷道結構、布置方法及其煤柱寬度確定方法。

背景技術

長壁放頂煤因其產量大、效率高以及掘進率低的特點，被廣泛應用于中國。但在長壁放頂煤工作面中，由于其單位時間內產量高，故伴隨著的瓦斯相對涌出量大幅度增加，從而導致在采煤工作面的上隅角和回風巷內的瓦斯含量較大，這極大危及了采煤工作面的安全生產。上述問題在高瓦斯煤礦中，危害更為突出。

為了解決采掘工作面的上隅角的瓦斯積聚的問題，現有技術中常布置雙U型巷道，將內部U型巷道與外部U型巷道通過聯絡巷進行貫通。當相鄰兩個工作面采掘完成后，兩工作面間的外軌道巷(外運輸巷)被遺留下來用于進行通風以及行人通過。

然而，雙U型巷道布置方式中，外軌道巷(外運輸巷)與鄰近的內軌道巷和內運輸巷間的煤柱通常留設寬度為25-35m。這種狀態下的外軌道巷(外運輸巷)，要經受兩側長壁工作面的兩次回采應力的影響，其承載狀態很復雜，進而影響現有巷道布局。

發明內容

根據本發明的目的提出的一種高瓦斯工作面巷道結構，多個工作面均布置雙U型巷道，相鄰兩工作面中，上一工作面軌道回風巷用作下一工作面瓦斯排放巷，上一工作面瓦斯排放巷用作下一工作面回風巷；下一工作面瓦斯排放巷朝向上一工作面的一側布置有高水材料巷旁充填體。

本發明另外公開的一種布置上述高瓦斯工作面巷道的方法，包括以下步驟：

步驟一、布置初始工作面，同時掘進回風巷和瓦斯排放巷。

步驟二、在初始工作面回采期間，將初始工作面的回風巷進行沿空留巷，并構筑巷旁充填體，形成下一工作面瓦斯排放巷；將初始工作面的瓦斯排放巷，用作下一工作面回風巷。

步驟三、待初始工作面回采完畢、上覆巖層穩定后，貫通下一工作面輔助切眼，形成完整的采礦系統。

步驟四、重復步驟2-3，采用順序接替方式布置多個工作面，進行煤炭開采，直到完成整個采區的工作面巷道布置和工作面回采。

本發明另外公開的一種工作面巷道之間煤柱的寬度確定方法，包括以下步驟：

步驟一、計算當煤柱兩側應力在未疊加之前，煤柱上方垂直應力分布形態曲線與x軸間所形成的面積中，非彈性區內的面積：

步驟二、計算當煤柱兩側應力在未疊加之前，煤柱上方垂直應力分布形態曲線與x軸間所形成的面積中，彈性區內的面積：

步驟三、計算當煤柱兩側應力疊加之后，煤柱上方垂直應力分布形態曲線與x軸間所形成的面積中，非彈性區內的面積：

步驟四、計算當煤柱兩側應力疊加之后，煤柱上方垂直應力分布形態曲線與x軸間所形成的面積中，彈性區內的面積：

步驟五、根據面積疊加原理S₁+S₂＝S₃+S₄，對四個公式進行化解及整理，可獲得煤柱的非彈性區寬度x_p。