实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法
【专利摘要】本发明涉及煤炭开采领域，尤其涉及实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法，将工作面的区段回风平巷沿煤层顶板布置；确定实体煤侧的分区情况；依据煤体完整性、实体煤的应力分布，确定接续工作面相邻巷道布置位置及支护方案；通过向回采巷道靠近实体煤一侧的巷帮布置锚杆、锚索加固，为接续工作面相邻巷道的顶板支护提供锚固点；对接续工作面相邻的沿空掘巷顶部打锚杆与锚索，锚索的端部深入起坡巷道巷帮一侧支护范围内，形成联合支护。该方法沿空掘巷处于较低层位的完整实体煤内，且顶煤处于极限平衡区内，承载小，更利于巷道的掘进与维护，改善现有厚煤层底板巷道支护困难的现状。
【专利说明】
实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法
技术领域
[0001] 本发明设及煤炭开采领域，尤其设及实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方 法。
【背景技术】
[0002] 沿空掘巷技术应用的前提是留设3-5m小煤柱且能保持稳定，其原理是通过在相邻 工作面之间留设小煤柱使沿空巷道处于低应力区，从而利于巷道支护。
[0003] 采动过程中煤柱的留设依据图1所示的实体煤一侧应力分布与分区情况。
[0004] 图1所示，当工作面开采后，在实体煤内部出现应力峰值k 丫 H，坐标原点到应力峰 值之间称为极限平衡区，包含破坏区I和塑性区II;应力峰值W远包括弹性区应力升高部分 III与原岩应力区IV。
[0005] 其中，I区的应力值介于0与原岩应力丫 H之间，II区与III区的应力值介于原岩应 力丫 H与应力峰值k 丫 H之间，IV区的应力值为原岩应力丫 H。
[0006] 在留设煤柱时，需要使巷道避开高支承应力的影响，即图中k 丫啡巧近位置。有两种 留设方法，一种是将回采巷道布置在HI区靠近IV区的位置，巷道所处围岩完整且承载较 小，但势必造成煤柱尺寸过大；另外一种是将巷道布置在II区靠近I区的位置，也即采用沿 空掘巷技术(煤柱尺寸一般为3-5m)，巷道处于破坏-塑性煤体中，承载相对较小，约等于丫 H，但巷道掘进时由于煤体处于塑形-破坏状态，维护困难，且煤柱在工作面开采期间难W保 持稳定，增加巷道的支护难度。另外，受工作面覆岩影响，工作面之间需要采用跳采的方式， 即一侧采空后，先开采较远处的实体煤，待采空区稳定后，在布置沿空掘巷开采图中所示煤 体，运样会形成孤岛工作面，加剧了工作面的承载，易引发动力现象。
[0007] 综述，留大煤柱开采，巷道的围岩处于完整状态、承载较小，但煤炭损失巨大;沿空 掘巷，掘进难度大、小煤柱支护难度大W及需要跳采易造成孤岛工作面，但煤炭回采率高， 现阶段得到普遍应用。
【发明内容】
[000引针对上述技术问题，本发明的目的在于，提出了一种实现厚煤层沿空掘巷相邻巷 道联合支护的方法，W解决现有技术存在的掘进难度大、小煤柱支护难度大与跳采的问题。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案：
[0010] 实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法，包括W下过程：
[0011] a、厚煤层开采时，将工作面的区段回风平巷沿煤层顶板布置；
[001^ b、确定实体煤侧的分区情况；
[0013] C、依据煤体完整性、实体煤的应力分布，确定接续工作面相邻巷道布置位置及支 护方案；
[0014] d、通过向回采巷道靠近实体煤一侧的巷帮布置错杆、错索加固，为接续工作面相 邻巷道的顶板支护提供错固点；
[0015] e、对接续工作面相邻的沿空掘巷顶部打错杆与错索，错索的端部深入起坡巷道巷 帮一侧支护范围内，形成联合支护。
[0016] 根据本发明所述的方法，优选地，适用于厚煤层开采，按照放顶煤要求一次采出厚 度超过5m，小于12m。
[0017] 具体的，步骤a中，厚煤层开采中，将靠近接续工作面一侧的回采巷道在煤层中的 层位抬升至煤层顶板，起坡段下方存在=角煤体，起坡高度依据煤层厚度与巷道高度确定。 将区段回风平巷沿煤层顶板布置，工作面沿煤层底板与回风平巷之间利用相邻溜槽按照3° 起坡抬升。
[0018] 步骤b中，依据一侧采空、实体煤一侧的分区情况，通过调整支护参数对极限平衡 区宽度进行控制。
[0019] 步骤b中，确定极限平衡区的宽度，极限平衡区的计算依据公式：
[0020]
[0021] 式中：K，应力集中系数；P1，支架对煤帮的阻力；m，煤层开采厚度；C，煤体的粘聚 力；0，煤体的内摩擦角;f，煤层与顶底板接触面的摩擦系数；e，=轴应力系数，S= n+w>w) /(1 -siiup)
[0022] 在步骤C中，在选择接续工作面沿空掘巷位置时首先需要考虑煤体的完整性，需要 结合S角煤体稳定进行，工作面开采中，底板破坏深度约为2m左右，也即回风平巷抬升超过 2m即可认为煤体中存在稳定区域。
[0023] 依据顶煤极限平衡区宽度与=角底煤的稳定性，确定沿空掘巷的位置。在选择接 续工作面相邻巷道时，煤层厚度超过5m，起坡高度超过2m，S角煤体即可保持稳定，也即沿 着起坡巷道外帮相切的位置布置回采巷道即处于围岩稳定区域，而煤层顶部处于支承应力 较低区域，也即巷道处于完整围岩与低应力区域内。
[0024] 在步骤d中，依据煤层厚度、顶部弹性极限平衡区的宽度，确定沿空掘巷的支护方 案与参数。如煤层厚度12m，巷道高度3m，则需要在沿空巷道中布置错索进行错固；如煤层厚 度5m，巷道高度3m，则需要在沿空巷道中布置错杆进行错固。
[0025] 向起坡巷道实体煤帮一侧布置错杆，错杆间排距可根据煤体软硬取600mm X 600mm、800mm X 800mm或1000mm Xl 000mm，煤硬取大间距，反之取小间距。
[0026] 在步骤e中，向接续工作面相邻的沿空掘巷顶部布置错索，错索长度超过6m既能与 起坡巷道巷帮支护体形成联合支护。
[0027] 本发明提供的实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法，具有W下优点：
[0028] (1)现有沿空掘巷技术，接续工作面相邻的沿空巷道布置在破碎或塑形区内，巷道 围岩稳定性差。本发明中，沿空掘巷处于较低层位的完整实体煤内，且顶煤处于极限平衡区 内，承载小，更利于巷道的掘进与维护。
[0029] (2)厚煤层开采中，沿煤层底板布置回采巷道，接续工作面相邻巷道之间是护巷煤 柱，两巷单独支护，而采用本技术，利用起坡巷道与接续工作面沿空掘巷之间的立体化关 系，通过加固起坡巷道实体煤侧巷帮，为沿空掘巷顶板支护提供错固点，改善现有厚煤层底 板巷道支护困难的现状。
【附图说明】
[0030]图1为实施例的一侧采空实体煤内应力与分区情况示意图；
[0031 ]图2为实施例的沿空掘巷布置位置及联合支护方式示意图。
【具体实施方式】
[0032 ]结合【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0033] 在本实施例中，工作面回采巷道沿煤层顶板布置，接续工作面的相邻巷道采用沿 空掘巷的布置方式，综合下方煤体稳定区域W及上方回采巷道一侧极限平衡区下方，实现 巷道围岩稳定与低承载区域，利用起坡巷道实体煤帮布置的主动支护，为接续工作面相邻 沿空掘巷顶板支护提供错固点，形成联合支护技术方案。
[0034] 第一步:根据煤层厚度与巷道高度，确定起坡段高度。
[0035] 通常，在煤层开采前，依据煤层厚度与巷道高度确定起坡段高度，两条巷道分别沿 煤层底板与顶板布置，从工作面煤层底板布置逐节抬升溜槽至预定起坡段高度，相邻溜槽 间最大抬升角度为3°。
[0036] 第二步:依据巷道高度、支护强度、煤岩体物理力学参数W及支承应力峰值确定巷 道实体煤一侧极限平衡区宽度，见图1所示，其表达式为：
[0037]
(1)
[0038] 式中：K，应力集中系数；P1，支架对煤帮的阻力；m，煤层开采厚度；C，煤体的粘聚 力；於煤体的内摩擦角;f，煤层与顶底板接触面的摩擦系数；￡，S轴应力系数，S= ( 雌) l{\~sin(p)〇
[0039] 第=步：依据回采巷道起坡段高度确定=角底煤稳定性，一般认为工作面开采期 间对底板的破坏深度为2m，因此当超过2m，=角底煤存在弹性稳定区，因此可将接续工作面 相邻的沿空掘巷沿起坡巷道实体煤帮相切布置在煤层底板，此处围岩处于稳定状态。
[0040] 第四步：通过向起坡巷道实体煤帮进行错杆、错索加固，控制弹性极限平衡区范 围。
[0041] 如利用公式（1)中，增加巷道实体煤帮的支护密度与强度，即提高公式中的Pl,减 小实体煤塑性区分布范围，为接续工作面相邻巷道顶板支护提供错固点。
[0042] 第五步:对接续工作面相邻沿空掘巷顶板进行支护，所采取的支护体应打到起坡 巷道实体煤帮支护区域内，如图2所示。
[0043] 如煤层厚度较薄，如5m，则向沿空掘巷顶板布置错杆即可实现联合支护技术;如厚 度12m，则需要向沿空巷道顶板布置错索才可实现联合支护技术。
【主权项】
1. 实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法，其特征在于，包括以下过程： a、 厚煤层开采时，将工作面的区段回风平巷沿煤层顶板布置； b、 确定实体煤侧的分区情况； c、 依据煤体完整性、实体煤的应力分布，确定接续工作面相邻巷道布置位置及支护方 案； d、 通过向回采巷道靠近实体煤一侧的巷帮布置锚杆、锚索加固，为接续工作面相邻巷 道的顶板支护提供锚固点； e、 对接续工作面相邻的沿空掘巷顶部打锚杆与锚索，锚索的端部深入起坡巷道巷帮一 侧支护范围内，形成联合支护。2. 根据权利要求1所述的实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法，其特征在于， 所述的步骤a中，将区段回风平巷沿煤层顶板布置，工作面沿煤层底板与回风平巷之间利用 相邻溜槽按照3°起坡抬升。3. 根据权利要求1所述的实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法，其特征在于， 所袜的ifeHh由.施宙极阻平通?反的1Sf磨.极限平衡区的计算依据公式：式中:Κ，应力集中系数;P1，支架对煤帮的阻力;m，煤层开采厚度;C，煤体的粘聚力J，煤 体的内摩擦角;f，煤层与顶底板接触面的摩擦系数;ε，三轴应力系数，ε= U +.s'_) /(1-Λ7却八4. 根据权利要求1所述的实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法，其特征在于， 所述的步骤c中，在选择接续工作面沿空掘巷位置时，为煤体的完整性，结合三角煤体稳定 进行，工作面开采中，回风平巷抬升超过2m即可认为煤体中存在稳定区域。5. 根据权利要求4所述的实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法，其特征在于， 所述的步骤c中，在选择接续工作面相邻巷道时，煤层厚度超过5m，起坡高度超过2m，三角煤 体即可保持稳定，即沿着起坡巷道外帮相切的位置布置回采巷道即处于围岩稳定区域，而 煤层顶部处于支承应力较低区域，即巷道处于完整围岩与低应力区域内。6. 根据权利要求1所述的实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法，其特征在于， 所述的步骤d中，向起坡巷道实体煤帮一侧布置锚杆，锚杆间排距可根据煤体软硬取600mm X 600mm、800mm X 800mm或1000mm X 1000mm，煤硬取大间距，反之取小间距。7. 根据权利要求1所述的实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法，其特征在于， 所述的步骤e中，向接续工作面相邻的沿空掘巷顶部布置锚索，锚索长度不小于6m，与起坡 巷道巷帮支护体形成联合支护。
【文档编号】E21D19/00GK106014413SQ201610547347
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】王志强
【申请人】中国矿业大学(北京)