CN103334769A - 用于加固超前工作面空巷的十字砌块墙体支护方法 - Google Patents

Abstract

一种用于加固超前工作面空巷的十字砌块墙体支护方法，工作面过空巷过程中，在空巷内砌筑十字砌块墙体进行加固，十字砌块墙体由主墙及辅助墙组成，通过计算十字砌块墙体所承受的支护阻力确定相邻十字砌块墙体之间的距离。根据工作面上方基本顶破断的情况，计算出防止基本顶破断岩块发生失稳的空巷支护阻力，将求出的空巷支护阻力乘以富余系数1.5算出十字砌块墙体所承受的支护阻力，由此既可得出相邻十字砌块墙体之间的距离，即可通过建筑用加气混凝土砌块垒砌十字砌块墙体对空巷进行支护。此方法工艺简单，施工方便，易操作，工作面过空巷时可采煤机直接切割十字砌块墙体，便于回收空巷中原工字钢棚支护，减少了回收工作及其不安全因素。

Description

用于加固超前工作面空巷的十字砌块墙体支护方法

技术领域

本发明涉及一种墙体支护方法，尤其是一种适用于煤矿井下用于加固超前工作面空巷的十字砌块墙体支护方法。

背景技术

随着矿井煤炭开采强度的不断加大，矿井资源逐渐枯竭，进一步提高煤炭资源的回收率已成为矿井高产稳产和可持续生产的重要问题。其中，残留煤柱的开采回收是煤炭资源回收中的重要内容。由于煤层赋存条件的变化，使得正规开采、切块布置方式之后遗留下的大量残留煤柱资源回收逐渐成为大型矿井中后期保持矿井稳产、高产亟待解决的紧要问题。

残留煤柱回收的过程中经常会遇到工作面过空巷情况，在工作面过空巷的过程中，随着工作面的推进，工作面与空巷之间的煤柱宽度逐渐减小，在超前支撑压力作用下，较窄的煤柱破碎、失稳，基本顶的空顶长度增加，基本顶极易在空巷上方提前断裂，形成岩块A、B、C结构。其中，在工作面过空巷的过程中，岩块B极易失稳，引起空巷及工作面顶板急剧下沉，矿山压力显现剧烈。

空巷中一般采取工字钢棚支护，这给工作面过空巷时的回收工作带来很大不便

综上所述，现有技术对工作面安全过空巷存在着被动性、危险性，极大的限制了此类煤柱的回收，降低煤炭采出率，造成资源浪费，不符合矿井安全高效的生产原则。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对工作面安全高效过空巷的支护问题，提供一种操作简单、护顶安全、能提高煤炭采出率的用于加固超前工作面空巷的十字砌块墙体支护。

技术方案：本发明的用于加固超前工作面空巷的十字砌块墙体支护方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、根据工作面空巷上方围岩的覆存情况，布设多个十字砌块墙体，先对采煤工作面上方基本顶破断所形成的铰接结构岩块A、B、C进行分析，其中岩块B的长度l为工作面周期来压步距；由公式：

得出防止岩块B发生失稳的最小空巷支护阻力P₁；

b、将得出的最小空巷支护阻力P₁乘以富裕系数1.5得到十字砌块墙体所承受的支护阻力P；

c、设定工作面空巷内十字砌块墙体的抗压强度为25MPa，十字砌块墙体的主墙长度为a₁、宽度为b₁之比为a₁:b₁=5:3，辅助墙长度a₂、宽度b₂之比a₂：b₂为4:3；空巷宽为d₁，则主墙宽度b₁为0.4d，辅助墙长度a₂为0.3d；

d、设定相邻十字砌块墙体之间距离为L，十字砌块墙体横截面积为S，通过下式计算出相邻十字砌块墙体的距离L：

P＝1.5×P₁

S＝a₁×b₁+2×a₂×b₂

$L=\frac{25\×S}{P\×d_1}$

其中：q为岩块B及其上部软弱岩层单位长度的自重；h为基本顶厚度；l为岩块B的长度；θ为岩块B的旋转角；a为岩块B与岩块A、C的接触高度；计算式a=(h-lsinθ)/2；q₀为直接顶单位长度自重；T_A、T_B分别为岩块B在其两端所受的水平推力，且计算式T_A=T_B，T_A=ql/hl-12sinθ；P₁为空巷支护阻力，P₂为工作面支护阻力，其中P₁的合力作用于b/2处，P₂的合力作用于d/3处；其中，b、d分别为空巷和工作面支护控顶宽度；

为岩块间的摩擦因数；十字砌块墙体的主墙长度为a₁、宽度为b₁,辅助墙长度a₂、宽度b₂；空巷宽为d₁；

e、根据上述设定的十字砌块墙体尺寸及计算出的相邻两个十字砌块墙体之间的距离采用建筑用加气混凝土砌块垒砌十字砌块墙体对空巷进行支护。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明可以使工作面在过空巷期间能够安全、快速有效的通过空巷，避免了传统方法中空巷采用工字钢棚支护，工作面过空巷时对工字钢棚进行回收工作所带来的不便及回收工作中的安全隐患。工作面过空巷过程中，在空巷内砌筑十字砌块墙体进行加固，十字砌块墙体由主墙及辅助墙组成，抗压强度为25MPa，主墙长宽比为5:3，辅助墙长宽比为4:3，主墙宽度为空巷宽度的0.4倍，辅助墙长度为空巷宽度的0.3倍。通过计算十字砌块墙体所承受的支护阻力确定相邻十字砌块墙体之间的距离。根据工作面上方基本顶破断的情况，计算出防止基本顶破断岩块发生失稳的空巷支护阻力，将求出的空巷支护阻力乘以富余系数1.5算出十字砌块墙体所承受的支护阻力，由此既可得出相邻十字砌块墙体之间的距离，即可通过建筑用加气混凝土砌块垒砌十字砌块墙体对空巷进行支护。此方法工艺简单，施工方便，易操作，工作面过空巷时可采煤机直接切割十字砌块墙体，便于回收空巷中原工字钢棚支护，减少了回收工作及其不安全因素，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是空巷上方基本顶破断特征示意图；

图2是空巷围岩结构力学模型示意图；

图3是本发明的十字砌块墙体模型示意图。

图中：1－主墙；2－辅助墙；A、B、C－基本顶破断岩块，D－直接顶，E－煤柱，F－空巷，G－工作面，H－采空区，a－岩块B与岩块A、C的接触高度，ｂ—空巷支护控顶宽度，σ_c—岩块的抗压强度，ｄ—工作面支护控顶宽度，l—岩块B的长度，q₀—直接顶单位长度自重，q—岩块B及其上部软弱岩层单位长度的自重，P₁—空巷的支护阻力，P₂—工作面支护阻力，T_A、T_B—岩块B在其两端的水平推力，θ—岩块B的旋转角；a₁、b₁为十字砌块墙体的主墙长与宽；a₂、b₂十字砌块墙体的辅助墙长与宽；空巷宽为d₁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的用于加固超前工作面空巷的十字砌块墙体支护方法，具体步骤如下：

a、根据地质勘探结果工作面空巷上方围岩的覆存情况，在空巷F内布设多个由主墙1、辅助墙2构成的十字砌块墙体，先对采煤工作面G上方基本顶破断岩块A、B、C进行分析，同时结合采空区H及煤柱E的具体空间位置以及直接顶D的破碎情况，对基本顶破断情况进行分析，其中岩块B的长度l为工作面周期来压步距；由公式：

得出应防止岩块B发生失稳的最小空巷支护阻力P₁，如P₁=0.5MPa；

b、将得出的最小空巷支护阻力P₁乘以富裕系数1.5得到十字砌块墙体所承受的支护阻力P=0.75Mpa；

c、设定工作面空巷内十字砌块墙体的抗压强度为25MPa，十字砌块墙体的主墙长度为a₁=2m、宽度b₁=1.2m，a₁:b₁=5:3，辅助墙长度a₂=0.9m、宽度b₂=0.675m，a₂：b₂为4:3；空巷宽d₁为3m，则主墙宽度b₁为0.4d₁=1.2m，辅助墙长度a₂为0.3d₁=0.9m；

d、设定相邻十字砌块墙体之间距离为L，十字砌块墙体横截面积为S，通过下式计算出相邻十字砌块墙体的距离L：

P＝1.5×P₁

S＝a₁×b₁+2×a₂×b₂

$L=\frac{25\×S}{P\×d_1}=40.17m$

其中：q为岩块B及其上部软弱岩层单位长度的自重；h为基本顶厚度；l为岩块B的长度；θ为岩块B的旋转角；a为岩块B与岩块A、C的接触高度；计算式a=(h-lsinθ)/2；q₀为直接顶单位长度自重；T_A、T_B分别为岩块B在其两端所受的水平推力，且计算式T_A=T_B，T_A=ql/hl-12sinθ；P₁为空巷支护阻力，P₂为工作面支护阻力，其中P₁的合力作用于b/2处，P₂的合力作用于d/3处；其中，b、d分别为空巷和工作面支护控顶宽度；

为岩块间的摩擦因数；a₁、b₁十字砌块墙体的主墙1长与宽；a₂、b₂十字砌块墙体的辅助墙2长与宽；空巷宽为d₁。

e、根据上述计算的十字砌块墙体尺寸及相邻两个十字砌块墙体之间的距离采用建筑用加气混凝土砌块垒砌十字砌块墙体对空巷进行支护。

Claims (1)

1.一种用于加固超前工作面空巷的十字砌块墙体支护方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、根据工作面空巷上方围岩的覆存情况，布设多个十字砌块墙体，先对采煤工作面上方基本顶破断所形成的铰接结构岩块A、B、C进行分析，其中岩块B的长度l为工作面周期来压步距；由公式：

得出防止岩块B发生失稳的最小空巷支护阻力P₁；

b、将得出的最小空巷支护阻力P₁乘以富裕系数1.5得到十字砌块墙体所承受的支护阻力P；

c、设定工作面空巷内十字砌块墙体的抗压强度为25MPa，十字砌块墙体的主墙（1）的长度为a₁、宽度为b₁之比为a₁:b₁=5:3，辅助墙(2)的长度a₂、宽度b₂之比a₂：b₂为4:3；记空巷宽为d₁，则主墙宽度b₁为0.4d₁，辅助墙长度a₂为0.3d₁；

d、设定相邻十字砌块墙体之间距离为L，十字砌块墙体横截面积为S，通过下式计算出相邻十字砌块墙体的距离L：

P＝1.5×P₁

S＝a₁×b₁+2×a₂×b₂

$L=\frac{25\×S}{P\×d_1}$

其中：q为岩块B及其上部软弱岩层单位长度的自重；h为基本顶厚度；l为岩块B的长度；θ为岩块B的旋转角；a为岩块B与岩块A、C的接触高度；计算式a=(h-lsinθ)/2；q₀为直接顶单位长度自重；T_A、T_B分别为岩块B在其两端所受的水平推力，且计算式T_A=T_B，T_A=ql/hl-12sinθ；P₁为空巷支护阻力，P₂为工作面支护阻力，其中P₁的合力作用于b/2处，P₂的合力作用于d/3处；其中，b、d分别为空巷和工作面支护控顶宽度；

为岩块间的摩擦因数；十字砌块墙体的主墙长度为a₁、宽度为b₁,辅助墙长度a₂、宽度b₂；空巷宽为d₁；

e、根据上述设定的十字砌块墙体尺寸及计算出的相邻两个十字砌块墙体之间的距离采用建筑用加气混凝土砌块垒砌十字砌块墙体对空巷进行支护。

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