CN110397448B - 综采面过空巷泵送支柱支护参数优化及顺槽煤柱回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种综采面过空巷泵送支柱支护参数优化及顺槽煤柱回收方法，涉及矿井支护和回采技术领域，其步骤包括：A.确定空巷支护范围内最不利情况下支柱需承担的载荷P；B.计算单个泵送支柱的工作支撑力P_b，按最不利情况设计泵送支柱施工参数；C.在先回采的空巷内设置测点观测顶底板收缩量，并观测泵送支柱压力；D.根据步骤C中监测的矿压规律和泵送支柱支撑压力变化规律，根据锚索支护能力，重新计算泵送支柱施工参数；E.在后回采的空巷内按步骤D中的设计布置泵送支柱。本发明解决了综采面过空巷开采的技术问题，优化了泵送支柱的参数，节省了辅助支护成本。

Description

综采面过空巷泵送支柱支护参数优化及顺槽煤柱回收方法

技术领域

本发明涉及矿井支护和回采技术领域，尤其是一种综采面过空巷过程中泵送支柱参数优化的方法，以及利用该泵送支柱参数优化回收顺槽煤柱的方法。

背景技术

综采面过空巷或联络巷是煤炭开采过程中经常遇到的问题，工作面过空巷治理通常采用密集木垛、工作面调斜、锚杆锚索加强支护等手段或者多种措施相结合的方法，以及近几年兴起的无机材料充填技术等。空巷充填开采，虽然取得了较好的效果，但对于空巷群，大量无机材料充填存在运输量巨大且影响煤质的问题。另外木垛支护阻力小，增阻慢，易压缩，在工作面峰值压力作用下，空巷顶板易下沉冒落，且工作面推进此空巷位置时，需停机，人工拆移木垛，停机期间，工作面来压范围与来压强度均增大。空巷支护强度与支护设备的回收是影响综采工作面安全过空巷最大的问题。

在有的矿区浅埋薄基岩大采高工作面矿压显现强烈，尤其是工作面过空巷期间，顶板下沉量大。采用锚杆索加强支护，对于大断面空巷，尤其是空巷交叉点，仍然存在很大的安全隐患，而且空巷顶板岩性、裂隙发育程度、工人操作水平及孔径匹配问题等，都会影响空巷区锚杆索安装质量，进而影响其支护强度。

为解决工作面过空巷，以及顺槽煤柱回收泵送支柱参数优化过程中的技术问题，需要结合开采过程中矿山压力变化规律和实际监测情况，对支护进行有效的优化，并实现综采面的高效回采，本发明对综采面过空巷回收顺槽煤柱及支柱支护参数的优化做了进一步的改进。

发明内容

为了解决综采面过空巷开采的技术问题，并且优化泵送支柱的施工参数，根据工作面过空巷期间的矿压规律处理顶板、规避风险、节省成本，本发明提供了一种综采面过空巷泵送支柱支护参数优化及顺槽煤柱回收方法，具体技术方案如下。

一种综采面过空巷的泵送支柱支护参数优化方法，步骤包括：

步骤A.确定工作面回采范围内的空巷长度及巷道尺寸，空巷支护范围内最不利情况下泵送支柱需承担的载荷P；

步骤B.设计泵送支柱尺寸和支柱的单轴抗压强度，计算单个泵送支柱的工作支撑力P_b，按最不利情况在先回采的空巷内设置泵送支柱施工参数；

确定空巷内泵送支柱的数量并根据空巷位置、断面、上下煤层开采后遗留煤柱的位置信息，确定泵送支柱的具体施工布置位置；

步骤C.在先回采的空巷内设置测点观测顶底板的收缩量，并观测泵送支柱压力；

步骤D.根据步骤C中监测的矿压规律和泵送支柱支撑压力变化规律，计算锚索补强支护能力，重新计算泵送支柱施工参数；

步骤E.在后回采的空巷内按步骤D中的计算结果布置泵送支柱。

优选的是，步骤A中空巷支护范围内最不利情况具体是，空巷支护范围内顶板岩层全部离层；所述载荷P的计算公式为p＝γ×h×s×f，其中γ为覆岩容重，h为顶板岩层离层厚度，S为支柱支护区面积，f为安全系数取1～2。

优选的是，单个泵送支柱的工作支撑力P_b为

其中r为泵送支柱半径；σ为支柱材料实验室强度；f_s为支柱结构性强度古氏系数，取0.9～1；w为泵送支柱直径；h为泵送支柱高度。

进一步优选的是，先回采的空巷内泵送支柱的施工参数包括设置泵送支柱的数量N，根据公式N＝P/P_b计算；空巷内的泵送支柱由顺槽侧向工作面中部一侧布置密度增大，空巷和大巷交叉处布置密度大于空巷内的布置密度。

还优选的是，顶底板的收缩量通过矿用本安型无线位移传感器监测系统进行监测，泵送支柱压力采用液压枕进行监测；观测在距离工作面40～80m的范围内开始至工作面开采至监测点位置结束。

优选是，步骤D中根据矿压规律和泵送支柱支撑压力变化规律设置锚索补强支护具体包括:D1.确定工作面回采范围内后回采的空巷长度及巷道尺寸，计算后回采的空巷支护范围内最不利情况下泵送支柱需承担的载荷P；D2.计算锚索锚固力，进而确定优化泵送支柱需承担的载荷P′,优化载荷的计算公式是p′＝γ×h×s×f-n×p₁×f₁，其中n为交叉点锚索数量，P₁为锚索锚固力，f₁为锚固力弱化系数；D3.确定后回采的空巷内设置泵送支柱优化设计数量N′根据公式N′＝P′/P_b计算；D4.布置泵送支柱并监测后回采空巷顶底板的收缩量。

优选的是，泵送支柱包括充填袋、钢筋圈、吊耳、木条支架和膨胀挂钩，所述充填袋上部设置有注浆口，充填袋的上部还设置有吊耳，充填袋的上下两端固定有钢筋圈，充填袋的顶部还设置有排气孔，充填袋的侧面还设置有木条支架；所述木条支架和充填袋上下两端的钢筋圈固定相连；所述膨胀挂钩设置在顶板上，膨胀挂钩的一端为膨胀螺丝和顶板固定，膨胀挂钩的另一端为挂钩和吊耳连接。

一种综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法，利用上述的一种综采面过空巷的泵送支柱支护参数优化方法，步骤包括：

步骤一.划定回收综采面顺槽煤柱和过空巷的工作面开采范围，确定工作面先回采的空巷，确定先回采空巷的长度及巷道尺寸，计算空巷支护范围内最不利情况下泵送支柱需承担的载荷P；

步骤二.设计泵送支柱尺寸和支柱的单轴抗压强度，计算单个泵送支柱的工作支撑力P_b，按最不利情况在先回采的空巷内设置泵送支柱；

步骤三.泵送支柱施工完成后，开始回采，综采工作面按划定的开采范围推进，在先回采的空巷内设置测点观测顶底板的收缩量，并观测泵送支柱压力；得到矿压规律和泵送支柱支撑压力变化规律；

步骤四.优化泵送支柱设计，并设置锚索补强支护，重新计算泵送支柱在后回采的空巷内设置数量，结合观测的矿压规律在后回采的空巷内施工泵送支柱；

步骤五.继续推进综采工作面回收煤柱，监测推进过程中顶板下沉量，至工作面回采完成。

还优选的是，工作面回采顺槽侧有2条或多条空巷，空巷两侧留设有保护煤柱，空巷之间设置有联巷；在先回采的空巷内设置泵送支柱时，与工作面走向平行的空巷位置、靠近工作面中部的位置、空巷交叉点位置处增大泵送支柱的布置密度。

还优选的是，工作面的宽度增大，过空巷时空巷顶板下沉启动距增大；空巷靠近工作面中部顶板的下沉量大；空巷长度越大，顶板的下沉量越大，顶板下沉启动距也越大；工作面后方采空区顶板悬露面积增大，工作面前方空巷内顶板的下沉量也相应增大。

本发明的有益效果包括：

(1)本发明提供了一种综采面顺槽煤柱回收泵送支柱参数优化的方法，通过在工作面先回采范围内的空巷按最不利情况进行设计，保证最初的开采安全，并且可以进行有效的顶底板和泵送支柱受力观测，根据观测结果和矿压规律对后回采范围内的泵送支柱参数进行优化，优化后减少了泵送支柱的设置总量，降低成本，对危险性大的区域加密泵送支柱设计，保证支护安全。

(2)另外该方法通过使用泵送支柱对空巷进行辅助支护，利用了泵送支柱具有易切割、强度高、大变形、施工简便等特征，有效解决了煤柱回收压力大、资源采出率低、施工繁杂、坑木消耗多的问题；确定了泵送支柱的工作支撑力计算方式，结合矿井实际对泵送支柱的安全性能进行保障；通过观测泵送支柱的压力和顶底板收缩量，进一步的分析支护效果，为支护参数的优化提供依据。

(3)利用泵送支柱参数优化的方法实现综采工作面的回采，该方法实现了顺槽煤柱的回收，并更好的辅助工作面过空巷，在后回采的空巷内通过锚索补强支护+泵送支柱共同作用，结合观测施工泵送支柱，从而节省了支护成本，保证工作面安全推采。

附图说明

图1是综采面过空巷的泵送支柱支护参数优化方法流程图；

图2是综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法流程图；

图3是综采工作面布置情况示意图；

图4是实施例2的22311工作面示意图；

图5是先回采的空巷泵送支柱施工设计图；

图6是后回采的空巷泵送支柱施工设计图；

图7是顶底板的收缩量监测系统示意图；

图8是顶底板的收缩量部分监测曲线；

图9是泵送支柱结构示意图；

图10是部分泵送支柱压力变化监测曲线；

图中：1-工作面；2-空巷；3-泵送支柱；31-充填袋；32-钢筋圈；33-吊耳；34-木条支架；35-膨胀挂钩；36-注浆口；37-排气孔；38-倾斜木条；39-垫板。

具体实施方式

结合图1至图10所示，本发明提供的一种综采面过空巷泵送支柱支护参数优化及顺槽煤柱回收方法具体实施方式如下。

为回收综采面顺槽煤柱和过空巷，通过在联络巷和交叉点设置可切割泵送支柱，对先回采位置的空巷泵送支柱回采期间进行矿压和支护效果的观测，确定空巷交叉点是泵送支柱的支护重点区域，越靠近工作面中部空巷，矿山压力越大；据此对后回采位置空巷泵送支柱进行优化设计，满足煤柱回收和工作面过空巷的要求。参数优化后的泵送支柱支护段，在工作面回采期间，顶板无明显破坏下沉，工作面将安全通过空巷并成功回收煤柱，辅助支护的成本降低。解决了综采面过空巷开采的技术问题，并且优化了泵送支柱的参数节省成本，根据工作面过空巷期间的矿压规律处理顶板，规避风险，本发明提供了一种综采面过空巷泵送支柱支护参数优化及顺槽煤柱回收方法。

实施例1

综采面过空巷的泵送支柱支护参数优化方法具体的步骤包括：

步骤A.确定工作面1回采范围内的空巷2长度及巷道尺寸，空巷支护范围内最不利情况下泵送支柱需承担的载荷P。空巷是指工作面回采过程中，在工作面回采范围内的巷道，包括回采大巷煤柱时工作面内的大巷，连接大巷的联络巷等形式的巷道。其中空巷支护范围内最不利情况具体是，空巷支护范围内顶板岩层全部离层，并且此时泵送支柱处于给定载荷工作状态。载荷P的计算公式为p＝γ×h×s×f，其中γ为覆岩容重，h为顶板岩层离层厚度，S为支柱支护区面积，f为安全系数取1～2，具体根据矿井开采范围内的顶板观测情况确定，正常情况下取1.5。

步骤B.设计泵送支柱尺寸和支柱的单轴抗压强度，具体是根据实验室材料配比试验得到单轴抗压强度的参数，支柱尺寸也根据实验室内试件的宽高比试验结合巷道实际宽度和高度确定，计算单个泵送支柱的工作支撑力P_b，按最不利情况在先回采的空巷内设置泵送支柱的施工参数，施工参数包括支柱数量，泵送支柱布置的位置等参数。另外，确定空巷内泵送支柱的数量并根据空巷位置、断面、上下煤层开采后遗留煤柱的位置信息，确定泵送支柱的具体施工布置位置。单个泵送支柱的工作支撑力P_b为

其中r为泵送支柱半径；σ为支柱材料实验室强度；f_s为支柱结构性强度古氏系数，取0.9～1；w为泵送支柱直径；h为泵送支柱高度。先回采的空巷内设置泵送支柱数量N根据公式N＝P/P_b计算；空巷内的泵送支柱由顺槽侧向工作面中部一侧布置密度增大，具体可以是在靠近工作面中部的一段联巷内设置双排泵送支柱，在远离工作面中部的联巷内设置单排泵送支柱，空巷和大巷交叉处布置密度大于空巷内的布置密度，具体可以是在交叉处布置双排或多排泵送支柱。另外还需要确定空巷内泵送支柱的数量并根据空巷位置、断面、上下煤层开采后遗留煤柱的位置信息，确定泵送支柱的具体施工布置位置。

步骤C.在先回采的空巷内设置测点观测顶底板的收缩量，并观测泵送支柱压力。顶底板的收缩量通过矿用本安型无线位移传感器监测系统进行监测，系统将顶底板移近量转换为电子信号，采用传感器、放大驱动电路等，并作了防水、本安和抗冲击设计，具有安装方便、多断面同时监测、无线、数据存储时间长等优点，并且该监测设备可实现数据连续采集且存储容量大，为工作面过空巷前泵送支柱支护区顶底板收缩量动态变化规律观测提供了方便。泵送支柱压力采用液压枕进行监测，通过压力转换器进行数据提取。上述观测的时间是在距离工作面40～80m的范围内开始至工作面开采至监测点位置结束。

步骤D.根据步骤C中监测的矿压规律和泵送支柱支撑压力变化规律，设置锚索补强支护，重新计算泵送支柱的施工参数。其中根据矿压规律和泵送支柱支撑压力变化规律设置锚索补强支护，具体包括：D1.确定工作面回采范围内后回采的空巷或联络巷长度及巷道尺寸，计算后回采的空巷或联络巷支护范围内最不利情况下泵送支柱需承担的载荷P；D2.计算巷道内的锚索锚固力，进而确定优化的泵送支柱需承担的载荷P′，优化支柱载荷的计算公式具体是p′＝γ×h×s×f-n×p₁×f₁，其中n为交叉点锚索数量，P₁为锚索锚固力，f₁为锚固力弱化系数，取0.6～0.7；D3.确定后回采的空巷内设置泵送支柱优化设计数量N′根据公式N′＝P′/P_b计算；D4.布置泵送支柱并监测后回采空巷顶底板的收缩量。

步骤E.在后回采的空巷内按步骤D中的计算结果布置泵送支柱，优化后的计算结果会减少了泵送支柱的设置总量从而降低成本，并根据矿压规律和支柱支撑压力的变化规律对危险性大的区域进行加密，保证泵送支柱的支护安全。

另外，泵送支柱3的结构具体包括充填袋31、钢筋圈32、吊耳33、木条支架34和膨胀挂钩35，充填袋31上部设置有注浆口36，充填袋31的上部还设置有吊耳33，充填袋31的上下两端固定有钢筋圈32，充填袋31的顶部还设置有排气孔37，充填袋31的侧面还设置有木条支架34；木条支架34和充填袋31上下两端的钢筋圈32固定相连，膨胀挂钩35设置在顶板上，膨胀挂钩35的一端为膨胀螺丝和顶板固定，膨胀挂钩35的另一端为挂钩和吊耳连接，倾斜木条38和垫板39设置在充填袋的底部，进一步加固泵送支柱。使用时用膨胀挂钩35挂起充填袋，随后注浆，待注浆完成后形成泵送支柱。

综采面顺槽煤柱回收泵送支柱参数优化的方法，通过在工作面先回采范围内的空巷按最不利情况进行涉及，保证最初的开采安全，并且可以进行有效的顶底板和泵送支柱受力观测，根据观测结果和矿压规律对后回采范围内的泵送支柱参数进行优化，优化后减少了泵送支柱的设置总量，降低了成本，对危险性大的区域加密泵送支柱设计，保证支护安全。另外该方法通过使用泵送支柱对空巷进行辅助支护，利用了泵送支柱具有易切割、强度高、大变形、施工简便等特征，有效解决了煤柱回收压力大、资源采出率低、施工繁杂、坑木消耗多的问题；确定了泵送支柱的工作支撑力计算方式，结合矿井实际对泵送支柱的安全性能进行保障；通过观测泵送支柱的压力和顶底板收缩量，进一步的分析支护效果，为支护参数的优化提供依据。

综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法，利用上述的一种综采面过空巷的泵送支柱支护参数优化方法，步骤包括：

步骤一.划定回收综采面顺槽煤柱和过空巷的工作面开采范围，确定工作面先回采的空巷，确定先回采空巷的长度及巷道尺寸，计算空巷支护范围内最不利情况下泵送支柱需承担的载荷P。其中工作面回采顺槽侧有2条或多条空巷，空巷两侧留设有保护煤柱，空巷之间设置有联巷，该空巷可能是原通风或运输大巷，空巷之间设置有大量的联络巷。在先回采的空巷内设置泵送支柱时，与工作面走向平行的空巷位置、靠近工作面中部的位置、空巷交叉点位置处，根据巷道端面尺寸和泵送支柱的尺寸适当增大泵送支柱的布置密度。

步骤二.设计泵送支柱尺寸和支柱的单轴抗压强度，计算单个泵送支柱的工作支撑力P_b，按最不利情况在先回采的空巷内设置泵送支柱。

步骤三.泵送支柱施工完成后，开始回采，综采工作面按划定的开采范围推进，在先回采的空巷内设置测点观测顶底板的收缩量，并观测泵送支柱压力；观测的矿压规律和泵送支柱支撑压力变化规律。工作面的宽度增大，过空巷时空巷顶板下沉启动距增大；空巷靠近工作面中部顶板的下沉量大；空巷长度越大，顶板的下沉量越大，顶板下沉启动距也越大；工作面后方采空区顶板悬露面积增大，工作面前方空巷内顶板的下沉量也相应增大。

步骤四.优化泵送支柱设计，并设置锚索补强支护，重新计算泵送支柱在后回采的空巷内设置数量，结合观测的矿压规律在后回采的空巷内施工泵送支柱；

步骤五.继续推进综采工作面，并监测推进过程中顶板下沉量，至工作面回采完成。

实施例2

为进一步的对综采面过空巷泵送支柱支护参数优化及顺槽煤柱回收方法进行说明，本实施例以某矿22311工作面的回采为例对上述方法做进一步的说明。

该矿浅埋薄基岩大采高工作面矿压显现强烈，尤其是工作面过空巷期间，顶板下沉量大。采用锚杆索加强支护，对于大断面空巷，仍然具有一定的隐患，以该矿22311工作面过空巷进行顺槽煤柱回收为例，根据前期泵送支柱在同一顺槽的应用和监测结果，将后期的空巷泵送支柱支护参数进行了有效优化。

22311工作面的具体情况介绍：如图工作面为A矿22煤三盘区第十一个综采面，该工作面共分为三个工作面，其中22311-1综采面，宽212.8m，推进长度183.6m，面积3.9万m²；22311-2综采面，宽298.6m，推进长度332.5m，面积9.9万m²；22311-3综采面，宽237.5m，推进长度424.8m，面积10.1万m²。工作面回采过程中，为了回收原中央大巷煤柱，需要过2条与工作面垂直空巷，15条与工作面平行的联络巷，4条与工作面斜交联络巷以及4个调车硐室，空巷宽5.6～5.8m，高3.8～4.2m，局部超高段，巷高超过5.5m。中央主运、回风大巷联巷口及调车硐室口处10m范围内，采用φ28×8000mm锚索+W钢带支护，排距1m，每排3套；其余联巷采用φ22×8000mm锚索+W钢带支护，排距1.5m，每排3套；垂直空巷采用φ22×8000mm锚索+W钢带支护，排距2m，每排3套；空巷顶板全断面挂金属网(规格45*45mm)与8#铅丝网；两帮帮部使用玻璃钢锚杆，规格：27*2400mm，排距1.2m，每排4套，塑料网的网格100*100mm。

结合矿井实际工作面回采过程中，与工作面平行空巷，最易诱发冒顶事故，与工作面平行空巷是支护的重点区域。锚索补强支护的巷道，最坏的情况就是锚索锚固范围内的岩层全部离层，此时，泵送支柱处于给定荷载工作状态，同时考虑一定安全系数或动压系数，就可以确定支柱需要支撑载荷，进而确定其具体参数。

首先，确定工作面先回采的空巷，确定先回采空巷的长度及巷道尺寸，计算空巷支护范围内最不利情况下泵送支柱需承担的载荷P。以168联巷为例，空巷支护长62m，宽5.6m，巷高3.8m，十字交叉点为超高段。在最不利情况下，支柱所需承担的荷载P为p＝γ×h×s×f；式中：γ-覆岩容重，取25000KN/m³；h-顶板岩层离层厚度，6.5m；S-支柱支护区面积，347.2m²；f-安全系数，1～2，取1.5，计算得P＝8463t。

泵送支柱的直径800mm、高度3.8m，单轴抗压强度15MPa的泵送支柱，其可提供的工作支撑力，P_b计算为

其中，r–泵送支柱半径，0.4m；σ-支柱材料实验室强度，15×106N/m²；f_s–支柱结构性强度古氏系数，取0.9～1.0，此处计算取0.97，当矿压显现明显、地质构筑条件复杂的时候取较大值；反之取小值，另外遇到坚硬顶板时取较小值；w–泵送支柱直径，0.8m；h–泵送支柱(平均)高度，取3.8m。168联巷需施工的泵送支柱(Φ0.8m*3.8m)个数N为：

由于越靠进工作面中部，矿山压力就越大，空巷交叉点，巷道断面大，易应力集中，故从中央主运大巷位置开始，向中央回风大巷方向，布置双排支柱，其余区域布置单排支柱，具体布置如图5所示。

其次，施工泵送支柱，先在泵送支柱设计施工的位置，打钻孔安装膨胀挂钩，膨胀挂钩用于勾连充填袋上的吊耳。设置脚手架，将充填袋上的吊耳和膨胀挂钩连接；垂直下方充填袋，使充填袋的下部和底板相接触，在重力作用下充填袋落地。在充填袋的外侧面设置木条支架，木条支架和充填袋上下两端的钢筋圈相连，从而顶紧充填袋上下两端的钢筋圈与顶板和底板紧密接触，从而能够保证充填后泵送支柱能够很好的接顶。其中木条支架通过充填袋外侧表面上的固定套固定，或者通过铁丝绑在充填袋上。底部的钢筋圈和木条支架也能够保证充填袋与顶底板保持垂直，从而防止泵送支柱倾斜。进一步的也可以在木条支架的底部设置倾斜木条和垫板进一步的防止泵送支柱倾倒。通过充填泵向充填袋上的注浆口注浆，直至充填袋顶部溢浆后停止注浆。泵送支柱具有易切割、强度高、大变形、施工简便等特征，有效解决了煤柱回收压力大、资源采出率低、施工繁杂、坑木消耗多的问题。

泵送支柱施工完成后，开始回采，综采工作面按划定的开采范围推进，在先回采的空巷内设置测点观测顶底板的收缩量，并观测泵送支柱压力；观测的矿压规律和泵送支柱支撑压力变化规律。为保证监测人员安全和监测数据的可靠性，监测使用矿用本安型无线位移传感器监测系统，系统将顶底板移近量转换为电子信号，采用传感器、放大驱动电路等，并作了防水、本安和抗冲击设计，具有安装方便、多断面同时监测、无线、数据存储时间长等特点。该监测设备可实现数据连续采集且存储容量大，这为研究工作面过空巷前泵送支柱支护区顶底板收缩量动态变化规律提供支持。具体的是在空巷170联巷、169联巷(位于工作面扩面后方4m位置)与168联巷，至少布置7个测点，采用矿用本安型无线位移传感器进行空巷顶底板收缩量监测，其中170联巷与169联巷各布置至少2个测点。液压枕(直径*厚度：Φ0.8m*0.02m)布置168联巷、166联巷和165联巷，至少布置3个测点。

再次，根据监测结果分析，优化泵送支柱设计，并设置锚索补强支护，重新计算泵送支柱在后回采的空巷内设置数量，结合观测的矿压规律在后回采的空巷内施工泵送支柱。22311工作面推过168联巷，与工作面不同距离下，170L、169L与168L缩量测点处，巷高变化曲线如图8所示。168联巷液压枕读取记录数据，压力变化曲线如图10所示。

根据监测记录数据得到如下结果，工作面的宽度增大，过空巷时空巷顶板下沉启动距增大；空巷靠近工作面中部顶板的下沉量大；空巷长度越大，顶板的下沉量越大，顶板下沉启动距也越大；工作面后方采空区顶板悬露面积增大，工作面前方空巷内顶板的下沉量也相应增大。其中空巷顶板变化启动距，即引起空巷顶底板收缩时，空巷与工作面距离，如图8中的a和b所示，工作面距空巷测点20m时，空巷顶板开始加速下沉，顶板初始下沉时，扩面位置处空巷启动距较大；如图8中的b和c所示，工作面扩面正常后，随着顶板悬露面积的增大，启动距增大，空巷顶板加速下沉时，启动距也增大。

由于空巷交叉点是泵送支柱支护的重点区域且越靠近工作面中部空巷，矿山压力越大。与工作面斜交空巷，在锚杆锚索补强支护作用下，可不进行泵送支柱支护。同时，为保证安全，在空巷十字交叉点泵送支柱支护范围外延4～5m，方向与工作面平行或近似平行。22311工作面泵送支柱施工至163联巷，优化布置空巷段为162至155联巷，与工作面平行空巷，单个空巷联巷支护长度约45m，宽5.6m，平均巷高4m，空巷所需支撑的岩石重量即P为6142.5t。锚索补强支护，在空巷区采用

锚索+W钢带支护，排距1m，每排3套，锚索锚固力不低于37.8t，故确定优化的泵送支柱需承担的载荷P′，泵送支柱所需要支撑的顶板压力为上面计算的岩石静载荷减去一定的锚索锚固力，即：p'＝γ×h×s×f-n×p₁×f₁＝2774.52其中，n-交叉点锚索数量，有三个交叉点，所以取3×45＝135根；P₁–锚索锚固力，取37.8t；f₁–锚固力弱化系数，取0.6～0.7，此处取0.66。重新计算泵送支柱在后回采的空巷内设置数量泵送支柱优化设计数量N′根据公式

最后，结合观测的矿压规律在后回采的空巷内施工泵送支柱，优化后与工作面平行空巷至少施工17根泵送支柱，空巷交叉点，双排布置，其它位置单排布置，如图6所示，继续推进综采工作面，并监测推进过程中顶板下沉量，至工作面回采完成。后期在工作面回采时，顶板无明显下沉，安全通过空巷区并完成煤柱回收，在锚索与泵送支柱支护协同作用下，与优化前相比，相同支护长度，每45m少施工20根泵送支柱，可节约近一半的成本。

泵送支柱具有高承载、大变形特征，进行空巷支护，有效解决了神东矿区工作面过空巷难题，考虑空巷锚索支护作用，优化后的支柱支护空巷段，工作面安全推过，同时大大节约了生产成本。空巷交叉点是泵送支柱支护的重点区域，且越靠近工作面中部空巷，矿山压力越大；空巷段距离越长，空巷顶底板收缩量就越大，相应地空巷顶底板收缩变化启动距相对就越大。工作面宽度影响空巷顶底板收缩量，工作面越宽，空巷顶底板收缩量越大；相同工作面宽度下，随着采空区顶板悬露面积增大，工作面前方空巷顶板下沉量也相应增大，必要时，可对工作面顶板进行放顶处理，以规避风险。根据矿压监测结果并考虑锚索补强作用而进行的泵送支柱参数(数量)优化及应用显示，此优化方法可行、煤柱安全回收且工作面安全通过，节约辅助支护近一半成本。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法，利用一种综采面过空巷的泵送支柱支护参数优化方法，其特征在于，步骤包括：

步骤一.划定回收综采面顺槽煤柱和过空巷的工作面开采范围，确定工作面先回采的空巷，确定先回采空巷的长度及巷道尺寸，计算空巷支护范围内最不利情况下泵送支柱需承担的载荷P；

步骤二.设计泵送支柱尺寸和支柱的单轴抗压强度，计算单个泵送支柱的工作支撑力P_b，按最不利情况在先回采的空巷内设置泵送支柱；

步骤三.泵送支柱施工完成后，开始回采，综采工作面按划定的开采范围推进，在先回采的空巷内设置测点观测顶底板的收缩量，并观测泵送支柱压力，得到矿压规律和泵送支柱支撑压力变化规律；

步骤四.优化泵送支柱设计，并设置锚索补强支护，重新计算泵送支柱在后回采的空巷内设置数量，结合观测的矿压规律在后面回采的空巷内施工泵送支柱；

步骤五.继续推进综采工作面回收煤柱，监测推进过程中顶板下沉量，至工作面回采完成；

所述综采面过空巷的泵送支柱支护参数优化方法的步骤包括：

步骤A.确定工作面回采范围内的空巷长度及巷道尺寸，空巷支护范围内最不利情况下泵送支柱需承担的载荷P；

步骤B.设计泵送支柱尺寸和支柱的单轴抗压强度，计算单个泵送支柱的工作支撑力Pb，按最不利情况在先回采的空巷内设置泵送支柱施工参数；

步骤C.在先回采的空巷内设置测点观测顶底板的收缩量，并观测泵送支柱压力；

步骤D.根据步骤C中监测的矿压规律和泵送支柱支撑压力变化规律，计算锚索补强支护能力，重新计算泵送支柱施工参数；

步骤E.在后回采的空巷内按步骤D中的计算结果布置泵送支柱。

2.根据权利要求1所述的一种综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法，其特征在于，所述工作面回采顺槽侧有多条空巷，空巷两侧留设有保护煤柱，空巷之间设置有联巷；在先回采的空巷内设置泵送支柱时，与工作面走向平行的空巷位置、靠近工作面中部的位置、空巷交叉点位置处增大泵送支柱的布置密度。

3.根据权利要求1所述的一种综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法，其特征在于，所述工作面的宽度增大，过空巷时空巷顶板下沉启动距增大；所述空巷靠近工作面中部顶板的下沉量大；所述空巷长度越大，顶板的下沉量越大，顶板下沉启动距也越大；所述工作面后方采空区顶板悬露面积增大，工作面前方空巷内顶板的下沉量也相应增大。

4.根据权利要求1所述的一种综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法，其特征在于，所述步骤A中空巷支护范围内最不利情况具体是，空巷支护范围内顶板岩层全部离层；所述载荷P的计算公式为p＝γ×h×s×f，其中γ为覆岩容重，h为顶板岩层离层厚度，S为支柱支护区面积，f为安全系数取1～2。

5.根据权利要求4所述的一种综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法，其特征在于，所述单个泵送支柱的工作支撑力P_b为

其中r为泵送支柱半径，σ为支柱材料实验室强度，f_s为支柱结构性强度古氏系数，w为泵送支柱直径，h为泵送支柱高度。

6.根据权利要求5所述的一种综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法，其特征在于，所述先回采的空巷内泵送支柱的施工参数包括设置泵送支柱的数量N，根据公式N＝P/P_b计算；所述空巷内的泵送支柱由顺槽侧向工作面中部一侧布置密度增大，所述空巷和大巷交叉处布置密度大于空巷内的布置密度。

7.根据权利要求1所述的一种综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法，其特征在于，所述顶底板的收缩量通过矿用本安型无线位移传感器监测系统进行监测，所述泵送支柱压力采用液压枕进行监测；所述观测在距离工作面40～80m的范围内开始至工作面开采至监测点位置结束。

8.根据权利要求1所述的一种综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法，其特征在于，所述步骤D中根据矿压规律和泵送支柱支撑压力变化规律设置锚索补强支护具体包括:D1.确定工作面回采范围内后回采的空巷长度及巷道尺寸，计算后回采的空巷支护范围内最不利情况下泵送支柱需承担的载荷P；D2.计算锚索锚固力，进而确定优化泵送支柱需承担的载荷P′,优化载荷的计算公式是p′＝γ×h×s×f-n×p₁×f₁，其中n为交叉点锚索数量，P₁为锚索锚固力，f₁为锚固力弱化系数；D3.确定后回采的空巷内设置泵送支柱优化设计数量N′根据公式N′＝P′/P_b计算；D4.布置泵送支柱并监测后回采空巷顶底板的收缩量。

9.根据权利要求1所述的一种综采面过空巷的顺槽煤柱回收方法，其特征在于，所述泵送支柱包括充填袋、钢筋圈、吊耳、木条支架和膨胀挂钩，所述充填袋上部设置有注浆口，充填袋的上部还设置有吊耳，充填袋的上下两端固定有钢筋圈，充填袋的顶部还设置有排气孔，充填袋的侧面还设置有木条支架；所述木条支架和充填袋上下两端的钢筋圈固定相连；所述膨胀挂钩设置在顶板上，膨胀挂钩的一端为膨胀螺丝和顶板固定，膨胀挂钩的另一端为挂钩和吊耳连接。

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