CN108397233B - 一种易于回撤通道留设的采场顶板管理办法 - Google Patents

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    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere

Abstract

本发明公开了一种易于回撤通道留设的采场顶板管理办法，通过对于顶板岩层周期来压步距的调整，对于存在异常涌水隐患的矿井，能够有效避免回采工作面出现顶板涌水甚至突水事故，确保回撤过程中的巷道安全可靠。也可改变回撤通道围岩周边塑性区的分布，易于留设回撤通道，以保证无异常涌水隐患为前提。对于无异常涌水隐患的矿井，通过改变回撤通道围岩主应力方向，改善塑性区分布情况，减轻回撤巷道的矿压显现程度，使得回撤通道易于留设，便于回撤工作的有序进行。

Description

一种易于回撤通道留设的采场顶板管理办法
技术领域
本发明属于矿井安全生产技术领域，具体涉及一种易于回撤通道留设的采场顶板管理办法。
背景技术
现代高产高效矿井生产过程中广泛使用回撤通道服务于煤矿井下回采工作面的搬家工序，有效的缩短了回采工作面的搬家时间，提高了矿井生产过程中的接替效率。然而，随着回采工作面的不断推进，煤体前方的回撤通道会受到由采动过程中引起的超前支承压力的影响，巷道顶板附近岩体中纵向涌水裂隙的发育，沟通含水岩层，造成回采工作面异常涌水甚至发生突水事故的发生。此外，回撤通道受剧烈超前支承压力的影响，使其围岩应力处于极不等压状态下，呈现蝶形塑性区的破坏特征，致使回撤通道出现剧烈的矿压显现，特别是回撤通道的顶底板及两帮极易出现变形、垮落甚至巷道完全损毁。严重影响回采工作面的正常搬家，不利于煤矿生产的平稳接替。
发明内容
本发明提供了一种易于回撤通道留设的采场顶板管理方法，减轻回撤通道所受超前支承压力的影响，保护回撤通道免受顶板异常涌水影响，同时减少回撤巷道的围岩变形程度，使得回撤通道更易留存，确保矿井安全生产。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种易于回撤通道留设的采场顶板管理办法，对于存在回撤通道顶板岩层异常涌水的隐患情况的矿井，通过调节主关键层下位亚关键层的周期来压步距，调节巷道顶板岩层中纵向涌水裂隙的位置，避免回采工作面出现异常涌水甚至突水等灾害；
周期来压步距的调节是通过调节回采工作面的推进速度实现的，回采工作面的推 进速度与顶板周期来压步距的关系为：，根据本公式求得 调整周期来压步距所需要的回采工作面推进速度v；L为调整后的周期来压步距，m；L0为调 整前的周期来压步距，m；v为回采工作面调整后的推进速度，m/天；v0为回采工作面调整前 的推进速度，m/天；f为周期来压步距敏感系数；M为采煤高度，m；为直接顶厚度，m；k1为 初期岩体碎胀系数；k2为后期岩体碎胀系数。
一种易于回撤通道留设的采场顶板管理办法，对于无回撤通道顶板岩层涌水异常隐患情况的矿井，根据蝶形塑性区理论中巷道围岩区域主应力方向与塑性最大破裂深度的关系，通过调节主关键层的周期来压步距，改变关键层破断块体长度，进而改变回撤巷道围岩主应力方向，使得塑性区的分布有利于回撤巷道的留存；
周期来压步距的调节是通过调节回采工作面的推进速度实现的，回采工作面的推 进速度与顶板周期来压步距的关系为： ，根据本公式求得 调整周期来压步距所需要的回采工作面推进速度v；L为调整后的周期来压步距，m；L0为调 整前的周期来压步距，m；v为回采工作面调整后的推进速度，m/天；v0为回采工作面调整前 的推进速度，m/天；f为周期来压步距敏感系数；M为采煤高度，m；为直接顶厚度，m；k1为 初期岩体碎胀系数；k2为后期岩体碎胀系数。
本发明产生的有益效果是：通过对于顶板岩层周期来压步距的调整，对于存在异常涌水隐患的矿井，能够有效避免回采工作面出现顶板异常涌水甚至突水事故，确保回撤过程中的巷道安全可靠。（也可改变回撤通道围岩周边塑性区的分布，易于留设回撤通道，以保证无异常涌水隐患为前提）对于无异常涌水隐患的矿井，通过改变回撤通道围岩主应力方向，改变塑性区分布情况，减轻回撤巷道的矿压显现程度，使得回撤通道易于留设，便于回撤工作的有序进行。
附图说明
图1为实施例1中工作面存在异常涌水隐患的纵向涌裂隙位置示意图；
图2为实施例1中调节后工作面无异常涌水隐患的纵向涌裂隙位置示意图；
图3为实施例2中工作面推进至距回撤通道较远时回撤通道的塑性区破坏情况示意图；
图4为实施例2中工作面推进至距回撤通道较近时回撤通道的塑性区破坏情况示意图；
图5为实施例2中工作面推进至距回撤通道较近时调节之后回撤通道的塑性区破坏情况示意图；
图6为实施例1或实施例2中工作面附近巷道布置平面图。
图中标号：1地表、2回采工作面、3回撤通道、4含水层、5主关键层、6亚关键层、7上覆岩层均布载荷、8工作面回风巷、9工作面运输巷、10停采线、11纵向涌水裂隙。
具体实施方式
实施例1
一种易于回撤通道留设的采场顶板管理办法，对于存在回撤通道顶板岩层异常涌水隐患情况的矿井，通过调节主关键层下位亚关键层的周期来压步距，调节巷道顶板岩层中纵向涌水裂隙的位置，避免回采工作面出现突水等灾害；
周期来压步距的调节是通过调节回采工作面的推进速度实现的，回采工作面的推 进速度与顶板周期来压步距的关系为： ，记录回采工作面 采煤高度M，直接顶厚度；根据现场地质柱状信息与开采设计参数确定回采工作面初 始推进速度（回采工作面调整前的推进速度）v0及此时老顶的周期来压步距L0；由现场实际 测定初期及后期岩体碎胀系数k1，k2；根据本公式求得调整周期来压所需要的回采工作面推 进速度v；L为调整后的周期来压步距，m；L0为调整前的周期来压步距，m；v为回采工作面调 整后的推进速度，m/天；v0为回采工作面调整前的推进速度，m/天；f为周期来压步距敏感系 数；M为采煤高度，m；为直接顶厚度，m；k1为初期岩体碎胀系数；k2为后期岩体碎胀系 数。
图6为实施例1中回采工作面附近巷道布置平面图。图1为实施例1中回采工作面存在异常涌水隐患的纵向涌裂隙位置示意图（在回采过程中，回采工作面上方岩层受采动影响会发生破断，断裂的岩体之间会生成裂隙。当上方岩层中存在含水层时，这种裂隙受采动过程影响不断扩展，沟通含水层形成纵向涌水裂隙。纵向涌水裂隙的形成使得回采工作面上方岩层存在异常涌水隐患，可能在回采工作面生产过程中出现异常涌水甚至突水事故）；图2为实施例1中调节后回采工作面无异常涌水隐患的纵向涌裂隙位置示意图（调节回采工作面推进速度之后，改变了工作面上方岩层受采动作用的破断情况，改变了沟通含水层的纵向涌水裂隙的位置，尽量使纵向涌水裂隙位于回采工作面前方煤壁中。采取这种措施，能够避免回采工作面出现异常涌水现象，保证回采工作面的安全推进）。
本实施例调节回采工作面上方主关键层下位亚关键层的周期来压步距，使得由于顶板岩层破断产生的纵向涌水裂隙位于回采工作面前方煤壁中，使得回采工作面免受异常涌水甚至突水威胁，确保回撤过程的安全有序。
实施例2
一种易于回撤通道留设的采场顶板管理办法，对于无回撤通道顶板岩层异常涌水隐患情况的矿井，根据蝶形塑性区理论中巷道围岩区域主应力方向与塑性最大破裂深度的关系，通过调节主关键层的周期来压步距，改变关键层破断块体长度，进而改变回撤巷道围岩主应力方向，使得塑性区的分布有利于回撤巷道的留存；
周期来压步距的调节是通过调节回采工作面的推进速度实现的，回采工作面的推 进速度与顶板周期来压步距的关系为： ，记录回采工作面 采煤高度M，直接顶厚度；根据现场地质柱状信息与开采设计参数确定回采工作面初 始推进速度（回采工作面调整前的推进速度）v0及此时老顶的周期来压步距L0；由现场实际 测定初期及后期岩体碎胀系数k1，k2；根据本公式求得调整周期来压所需要的回采工作面推 进速度v；L为调整后的周期来压步距，m；L0为调整前的周期来压步距，m；v为回采工作面调 整后的推进速度，m/天；v0为回采工作面调整前的推进速度，m/天；f为周期来压步距敏感系 数；M为采煤高度，m；为直接顶厚度，m；k1为初期岩体碎胀系数；k2为后期岩体碎胀系 数。
图6为实施例2中回采工作面附近巷道布置平面图。图3为实施例2中回采工作面推进至距回撤通道较远时回撤通道的塑性区破坏情况示意图（当回采工作面推进至距离回撤通道较远的位置时，回撤通道受采动影响较小，回撤巷道塑性区破坏范围较小）。图4为实施例2中回采工作面推进至距回撤通道较近时回撤通道的塑性区破坏情况示意图（当回采工作面推进至距离回撤通道较近的位置时，回撤通道受采动影响较大，回撤巷道塑性区破坏范围较大，围岩破碎严重，不利于回撤通道的留存）。图5为实施例2中回采工作面推进至距回撤通道较近时调节之后回撤通道的塑性区破坏情况示意图（通过调节回采工作面的推进速度，改变回采工作面上方岩层中的周期来压步距，改善了回撤通道附近岩层的承载情况，减小了回撤通道的塑性区破坏范围，有利于回撤通道的留设，便于回采工作面的顺利搬家）。
本实施例根据蝶形塑性区理论中巷道围岩区域主应力方向与塑性最大破裂深度的关系，通过调节主关键层的周期来压步距，改变关键层破断块体长度，进而改变回撤巷道围岩主应力方向，使得塑性区的分布有利于回撤巷道的留存。

Claims (1)

1.一种易于回撤通道留设的采场顶板管理办法，通过调节回采工作面的推进速度对顶 板岩层周期来压步距进行调整，减轻回撤通道所受超前支承压力的影响，保护回撤通道免 受顶板异常涌水影响，同时减少回撤巷道的围岩变形程度，使得回撤通道更易留存，确保矿 井安全生产，其特征在于：对于存在回撤通道顶板岩层异常涌水隐患情况的矿井，通过调节 主关键层下位亚关键层的周期来压步距，调节回采工作面顶板岩层中纵向涌水裂隙的位 置，避免回采工作面出现异常涌水灾害；对于无回撤通道顶板岩层异常涌水隐患情况的矿 井，根据蝶形塑性区理论中巷道围岩区域主应力方向与塑性最大破裂深度的关系，通过调 节主关键层的周期来压步距，改变关键层破断块体长度，进而改变回撤巷道围岩主应力方 向，使得塑性区的分布有利于回撤巷道的留存；回采工作面的推进速度与顶板周期来压步 距的关系为： ，根据本公式求得调整周期来压步距所需要的回 采工作面推进速度v；L为调整后的周期来压步距，m；L0为调整前的周期来压步距，m；v为回 采工作面调整后的推进速度，m/天；v0为回采工作面调整前的推进速度，m/天；f为周期来压 步距敏感系数；M为采煤高度，m； 为直接顶厚度，m；k1为初期岩体碎胀系数；k2为后期 岩体碎胀系数。
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