[發(fā)明專利]一種防止巨厚頂板末采回撤期間工作面切頂壓架的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110201827.9
• 申請(qǐng)日: 2021-02-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112943244B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊俊哲;賀安民;楊繼元;董俊亮;畢忠偉;林惠立;付興玉;呂坤;趙斌;玄中堂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 神華神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司;煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): E21C41/18
• 分類號(hào): E21C41/18
• 代理公司: 北京邦信陽(yáng)專利商標(biāo)代理有限公司 11012
• 代理人: 耿蕾

1.一種防止巨厚頂板末采回撤期間工作面切頂壓架的方法，其特征在于，包括如下步驟：

開(kāi)采過(guò)程中實(shí)時(shí)采集煤層狀態(tài)數(shù)據(jù)以及煤層老頂厚度；

根據(jù)所述煤層狀態(tài)數(shù)據(jù)確定巖層剪切破壞時(shí)的臨界破壞厚度；

若煤層老頂厚度大于所述臨界破壞厚度，則對(duì)煤層執(zhí)行水力預(yù)裂分層，將煤層老頂分割為多個(gè)巖層且分割后的每一巖層的厚度均小于所述臨界破壞厚度；

根據(jù)所述煤層狀態(tài)數(shù)據(jù)確定巖層剪切破壞時(shí)的臨界破壞厚度的步驟包括：

將懸露巖層作為一端由工作面煤體支撐，另一端由邊界煤體支撐的梁體；

以所述梁體的端部和中部開(kāi)裂的狀態(tài)模擬煤層老頂彎拉破壞狀態(tài)，得到煤層老頂發(fā)生彎拉破壞時(shí)的懸露巖層的最大跨度；

以所述梁體的端部和中部發(fā)生剪切破壞的狀態(tài)模擬煤層老頂剪切破壞狀態(tài)，得到煤層老頂發(fā)生剪切破壞時(shí)的懸露巖層的最大跨度；

根據(jù)煤層老頂發(fā)生彎拉破壞時(shí)的懸露巖層的最大跨度和煤層老頂發(fā)生剪切破壞時(shí)的懸露巖層的最大跨度得到所述臨界破壞厚度；

根據(jù)所述煤層狀態(tài)數(shù)據(jù)確定巖層剪切破壞時(shí)的臨界破壞厚度的步驟包括：

所述煤層狀態(tài)數(shù)據(jù)包括煤層厚度m，老頂自重q₁，老頂上方覆巖作用在老頂上的荷載q₂，工作面推進(jìn)的極限跨距L₀，巖石的抗拉強(qiáng)度Q_t，巖層的抗剪強(qiáng)度τ；

開(kāi)采時(shí)，工作面推進(jìn)至懸露巖層的跨度達(dá)到極限值Lmax時(shí)，所述梁體兩端彎矩M_A和所述梁體的梁端拉應(yīng)力Q_A為：

根據(jù)所述梁體的端部和中部開(kāi)裂的力學(xué)條件：Q_A＝[Q_t]，得到所述懸露巖層發(fā)生彎拉破壞的最大跨距為：其中，∑m_i是指煤層中軟巖層的厚度；γ表示巖石的容重；

根據(jù)所述梁體的端部和中部發(fā)生剪切破壞力學(xué)條件：τ_max＝[τ]；得到所述懸露巖層發(fā)生剪切破壞的最大跨距為：其中，Q_max是梁體的梁端拉應(yīng)力最大限值；

當(dāng)L₀L_G時(shí)，懸露巖層在懸跨度的中部被拉壞，表現(xiàn)為彎曲破壞形式；當(dāng)L₀≥L_G時(shí)，懸露巖層在端部被剪切，表現(xiàn)為切頂壓架破壞形式；由此得到巖層剪切破壞時(shí)的臨界破壞厚度:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止巨厚頂板末采回撤期間工作面切頂壓架的方法，其特征在于，若煤層老頂厚度大于所述臨界破壞厚度，則對(duì)煤層執(zhí)行水力預(yù)裂分層的步驟包括：

末采階段順槽超前位置水力預(yù)裂步驟：距停采線第一設(shè)定距離的范圍內(nèi)，在順槽按第一設(shè)定間距均勻布置多個(gè)第一鉆孔，第一鉆孔的深度達(dá)到第一設(shè)定深度；利用第一鉆孔執(zhí)行順槽超前位置水力預(yù)裂；

回撤通道內(nèi)水力預(yù)裂步驟：在主回撤通道內(nèi)，從回風(fēng)順槽側(cè)距正幫第二設(shè)定距離處開(kāi)始布置第二鉆孔，相鄰兩第二鉆孔的間距為第二設(shè)定間距，第二鉆孔的深度達(dá)到第二設(shè)定深度；利用第二鉆孔執(zhí)行回撤通道內(nèi)水力預(yù)裂。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防止巨厚頂板末采回撤期間工作面切頂壓架的方法，其特征在于，通過(guò)如下步驟得到水力預(yù)裂的壓力值：

P＝1.3(q₁+Q_t)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的防止巨厚頂板末采回撤期間工作面切頂壓架的方法，其特征在于，通過(guò)如下方式獲得煤層厚度m：

H_xk_p＝H_C+H_x；

其中，k_p為巖石碎脹系數(shù)，H_C為采空區(qū)高度，H_X為頂板預(yù)裂分層高度,以所述頂板預(yù)裂分層高度作為煤層厚度m。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的防止巨厚頂板末采回撤期間工作面切頂壓架的方法，其特征在于：

所述末采階段順槽超前位置水力預(yù)裂步驟中，所述第一鉆孔的施工仰角為(15±3)°，所述第一鉆孔與順槽軸向呈(70±5)°。