CN105604554B - 一种调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定的方法 - Google Patents

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Abstract

一种调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定的方法，沿平行于煤巷掘进方向超前开挖一定距离的圆弧形形态、或方形槽形态、或圆弧槽形态、或台阶形形态、或梯形形态、或不规则形态等其他空间形态的掘进工作面，消减工作面前方高应力集中区存在的空间基础，迫使该高应力集中区向远离掘进面的深处转移，使得掘进工作面整体处于应力降低区内，达到减少或消除片帮、冒顶等巷道破坏现象的目的。上述工作面空间形态与常规平整形态相比具有更深进尺、更大的自由面，可以更深更广范围消减前方高应力的存在空间基础，高应力集中转移效果非常明显，最终保证掘进工作面及其后一定范围空间都处于低应力区域。该方法可应用于煤矿领域煤巷的高效掘进。

Description

一种调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定的方法
技术领域
本发明涉及巷道施工领域，具体涉及一种调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定的方法。
背景技术
煤巷高效掘进是指掘进中的破、落、装、支、运等工序合理紧凑配合，使各工序能力充分发挥而最大限度提高巷道掘进综合质量的一种高效掘进方法。煤巷高效掘进方法的特点之一是掘进速度快，众所周知，限制巷道掘进速度的一个难题就是巷道开挖后严重的片帮、冒顶与底鼓，这在煤巷中更为突出。而引起该难题的一个关键因素就是巷道围岩内部的高应力集中，高应力集中导致的巷道片帮、冒顶等现象，大大增加了支、运等工序的负担，间接限制了其他工序的能力发挥，这不仅严重增加了巷道开挖的物力、人力与财力开支，而且还造成设备损坏与人员伤亡。
由于高应力集中的严重危害性，长期以来关于其应对技术的研究从未间断。目前国内应对巷道高应力集中的常用手段有超前支护、注水软化、水压预裂及预成裂隙等手段，这些手段从一定程度上缓解了高应力集中现象，但效果往往与理想相差甚远，例如传统的应力解除爆破技术在巷道掘进应用时，钻孔末端断面多处于同一深度，爆破后形成的破碎裂隙带十分有限，这导致应力集中向巷道围岩深部转移相当受限，这不仅工人劳动强度大、设备投入多、财力多而且浪费动用了大量的人力造成巷道施工总成本升高，最重要的是效果往往不佳。
发明内容
本发明的目的是要克服传统手段应对高应力集中解除或转移在巷道掘进应用中的不足，提供一种调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定的方法。通过调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定，从而有效消减高应力集中存在的空间基础、转移高应力集中区域及减少或消除巷道帮顶破坏现象。
为实现上述目的，本发明的调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定的方法，包括如下步骤：
a.确定煤巷掘进工作面前方顶板高应力集中区范围；
b.根据高应力集中区域的情况，确定煤巷掘进工作面端面开挖的形态为圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态；
c.依据煤巷掘进工作面最大深度L与掘进机滚筒进尺l计算出总进尺步数S，所述煤巷掘进工作面最大深度L是指高应力集中区峰值处至掘进工作面端头的距离；
d.向迎头方向开挖圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态的掘进端面，在减小开挖区域内顶板高应力的同时，将高应力集中区域向前延伸，有效保持帮顶稳定；
e.重复步骤d，继续进行下一个圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态的掘进端面施工；
f.重复步骤a-e，使圆弧形形态、或方形槽形态、或圆弧槽形态、或台阶形形态、或梯形形态、或不规则形态的端面不断向前推进直至整条巷道完工。
开挖多种不同形态掘进端面的顺序沿竖直方向自上而下，从水平方向一刀端面完成后，再进行下一刀，如此循环直至圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态的端面形成。
为保证弧形端面的形成，开挖圆弧形形态的相邻两个开挖进尺之间错开宽度b，
式中：A为前一刀进尺宽度，a为后一刀进尺宽度。
所述确定煤巷掘进工作面前方顶板高应力集中区范围依据现场地压测量，或依据工程类比法、理论与数值计算得出。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明通过调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定，是一种通过调整掘进工作面端面空间形态而有效降低高应力集中的技术。通过调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定，有效消减高应力集中存在的空间基础、转移高应力集中区域及减少或消除巷道帮顶破坏现象。方法简单，操作方便，效果好，与现有技术相比：具有如下优点：
(1)具有更深的掘进进尺、更大的自由面，可以更深更广范围消减前方高应力的存在空间基础，高应力集中转移效果非常明显。
(2)由于空间形态的优化，不仅掘进效率将大大提高，而且掘进期间巷道围岩的稳定性及施工的安全性都会相应提升。
(3)保证了企业安全高效生产，大幅提高企业效益。
附图说明
图1为煤巷掘进工作面应力集中区域与破坏情形示意图；
图2为本发明调整后的圆弧形形态工作面示意图；
图3为本发明圆弧形形态端面开挖设计平剖面图；
图4为本发明圆弧形形态端面开挖顺序示意图；
图5为本发明其他空间形态的开方形槽示意图；
图6为本发明其他空间形态的开圆弧形槽示意图；
图7为本发明其他空间形态的梯形空间形态示意图；
图8为本发明其他空间形态的不规则形态示意图。
图中：1-大片帮、2-冒顶、3-顶板、4-高应力集中区域、5-实体煤、6-底板、7-冒落煤体、8-掘进端面、10-方形槽、11-圆弧形槽、12-梯形形态、13-不规则形态。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明：
本发明的调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定的方法，具体步骤如下：
a.确定煤巷掘进工作面前方顶板3高应力集中区范围；所述确定煤巷掘进工作面前方顶板3高应力集中区范围依据现场地压测量，或依据工程类比法、理论与数值计算得出。
b.根据高应力集中区域4的情况，确定煤巷掘进工作面端面开挖的形态为圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态；
c.依据煤巷掘进工作面最大深度L与掘进机滚筒进尺l计算出总进尺步数S，所述工作面最大深度L是指高应力集中区峰值处至掘进工作面端头的距离；
d.向迎头方向开挖圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态的掘进端面8，在减小开挖区域内顶板3高应力的同时，将高应力集中区域4向前延伸，有效保持帮顶稳定；开挖多种不同形态掘进端面8的顺序沿竖直方向自上而下，从水平方向一刀端面完成后，再进行下一刀，如此循环直至圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态的端面形成。
为保证弧形端面的形成，开挖圆弧形形态的相邻两个开挖进尺之间错开宽度b，式中：A为前一刀进尺宽度，a为后一刀进尺宽度。
e.重复步骤d，继续进行下一个圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态的掘进端面8施工；
f.重复步骤a-e，使圆弧形形态、或方形槽形态、或圆弧槽形态、或台阶形形态、或梯形形态、或不规则形态的端面不断向前推进直至整条巷道完工。
实施例1、如图2所示；调整煤巷掘进工作面端面为定圆弧形形态的保持帮顶稳定的方法，具体步骤如下：
a.确定煤巷掘进工作面前方高应力集中区范围；
b.确定圆弧形形态的掘进端面8的最大深度L；
c.依据煤巷掘进工作面最大深度L与巷道宽度B计算内倾角α如图3；依据煤巷掘进工作面最大深度L与掘进机滚筒进尺l计算总进尺步数S依据内倾角α与总进尺步数S计算出相邻的两个进尺步数错开宽度b；为保证弧形端面的形成，相邻两个开挖进尺之间应错开一定的宽度b，该宽度b有相邻两个开挖进尺宽度决定.例如前一刀进尺宽度为A，后一刀进尺宽度为a，那么宽度
d.开始开挖，如图4所示，开挖顺序竖直方向自上而下、水平方向一刀端面完成后再进行下一刀，如此循环直至弧形形态端面形成；
f.重复循环a-e，使弧形形态端面不断向前推进直至整条巷道完工。
实施例2、如图5所示：调整煤巷掘进工作面端面为定方形槽形态的保持帮顶稳定的方法：
a.确定煤巷掘进工作面前方高应力集中区范围；
b.确定方形槽形态工作面的最大深度，即高应力集中区峰值处至掘进工作面端头的距离；
c.在工作面端头任一部位开挖出该方形槽；
d.重复循环a-c，使方形形态端面不断向前推进直至整条巷道完工。
实施例3、如图6所示：调整煤巷掘进工作面端面为圆弧槽形态的保持帮顶稳定的方法：
a.确定煤巷掘进工作面前方高应力集中区范围。
b.依据步骤1确定圆弧槽形态11工作面的最大深度L。
c.依据L与掘进机滚筒进尺l计算总进尺步数S(为保证弧形端面的形成，相邻两个开挖进尺之间应错开一定的宽度b，该宽度b有相邻两个开挖进尺宽度决定.例如第一刀进尺宽度为A，第二刀进尺宽度为a，那么宽度)。
d.开始开挖，只在工作面断面某处开挖出一层或多层圆弧形槽，不进行全断面开挖。
f.重复循环步骤a-d，使圆弧槽形态端面不断向前推进直至整条巷道完工。
实施例4、如图7所示，调整煤巷掘进工作面端面为梯形形态的保持帮顶稳定的方法：
a.确定煤巷掘进工作面前方高应力集中区范围。
b.依据步骤1确定梯形形态12工作面的最大深度，即高应力集中区峰值处至掘进工作面端头的距离。
c.开始开挖，在工作面断面某处开挖出梯形形态的工作面，不进行全断面开挖。
d.重复循环1-4，使圆梯形形态端面不断向前推进直至整条巷道完工。
实施例5、如图8所示，调整煤巷掘进工作面端面为不规则形态的保持帮顶稳定的方法：a.确定煤巷掘进工作面前方高应力集中区范围。
b.依据步骤1确定不规则形态13工作面的最大深度，即高应力集中区峰值处至掘进工作面端头的距离。
c.开始开挖，在工作面断面某处开挖出不规则形态13的工作面，不进行全断面开挖。
d.重复循环a-c，使圆不规则形态端面不断向前推进直至整条巷道完工。

Claims (4)

1.一种调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定的方法，其特征在于包括如下步骤：
a.确定煤巷掘进工作面前方顶板(3)高应力集中区范围；
b.根据高应力集中区域(4)的情况，确定煤巷掘进工作面端面开挖的形态为圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态；
c.依据煤巷掘进工作面最大深度L与掘进机滚筒进尺l计算出总进尺步数S，所述煤巷掘进工作面最大深度L是指高应力集中区峰值处至掘进工作面端头的距离；
d.向迎头方向开挖圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态的掘进端面(8)，在减小开挖区域内顶板(3)高应力的同时，将高应力集中区域(4)向前延伸，有效保持帮顶稳定；
e.重复步骤a-d，继续进行下一个圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态的掘进端面(8)施工；
f.重复步骤a-e，使圆弧形形态、或方形槽形态、或圆弧槽形态、或台阶形形态、或梯形形态、或不规则形态的端面不断向前推进直至整条巷道完工。
2.根据权利要求1所述的一种调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定的方法，其特征在于：开挖多种不同形态掘进端面(8)的顺序沿竖直方向自上而下，从水平方向一刀端面完成后，再进行下一刀，如此循环直至圆弧形形态、方形槽形态、圆弧槽形态、台阶形形态、梯形形态或不规则形态的端面形成。
3.根据权利要求1所述的一种调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定的方法，其特征在于：为保证弧形端面的形成，开挖圆弧形形态的相邻两个开挖进尺之间错开宽度b，
式中：A为前一刀进尺宽度，a为后一刀进尺宽度。
4.根据权利要求1所述的一种调整煤巷掘进工作面端面形态保持帮顶稳定的方法，其特征在于：所述确定煤巷掘进工作面前方顶板(3)高应力集中区范围依据现场地压测量，或依据工程类比法、理论与数值计算得出。
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