CN106014413A - 实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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。
背景技术
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。
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。
图1所示，当工作面开采后，在实体煤内部出现应力峰值kγH，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；应力峰值以远包括弹性区应力升高部分III与原岩应力区IV。
其中，I区的应力值介于0与原岩应力γH之间，II区与III区的应力值介于原岩应力γH与应力峰值kγH之间，IV区的应力值为原岩应力γH。
在留设煤柱时，需要使巷道避开高支承应力的影响，即图中kγH附近位置。有两种留设方法，一种是将回采巷道布置在III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γH，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以保持稳定，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，这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。
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、小煤柱支护难度大以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
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，以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。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
实现厚煤层沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法，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。
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。
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，起坡段下方存在三角煤体，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。
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。
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：
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；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，
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，需要结合三角煤体稳定进行，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。
依据顶煤极限平衡区宽度与三角底煤的稳定性，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，三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。
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锚索进行锚固；如煤层厚度5m，巷道高度3m，则需要在沿空巷道中布置锚杆进行锚固。
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×600mm、800mm×800mm或1000mm×1000mm，煤硬取大间距，反之取小间距。
在步骤e中，向接续工作面相邻的沿空掘巷顶部布置锚索，锚索长度超过6m既能与起坡巷道巷帮支护体形成联合支护。
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，具有以下优点：
(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。
(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锚固点，改善现有厚煤层底板巷道支护困难的现状。
附图说明
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；
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
结合附图说明本发明的具体实施方式。
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以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锚固点，形成联合支护技术方案。
第一步：根据煤层厚度与巷道高度，确定起坡段高度。
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°。
第二步：依据巷道高度、支护强度、煤岩体物理力学参数以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：
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；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，
第三步：依据回采巷道起坡段高度确定三角底煤稳定性，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，三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。
第四步：通过向起坡巷道实体煤帮进行锚杆、锚索加固，控制弹性极限平衡区范围。
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p1，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锚固点。
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。
如煤层厚度较薄，如5m，则向沿空掘巷顶板布置锚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锚索才可实现联合支护技术。
Claims (7)
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，所述的步骤b中，确定极限平衡区的宽度，极限平衡区的计算依据公式：
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；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，
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×600mm、800mm×800mm或1000mm×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。
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