CN111946344A - 一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法 - Google Patents

一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111946344A
CN111946344A CN202010840766.6A CN202010840766A CN111946344A CN 111946344 A CN111946344 A CN 111946344A CN 202010840766 A CN202010840766 A CN 202010840766A CN 111946344 A CN111946344 A CN 111946344A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
coal
gob
longwall
mining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010840766.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111946344B (zh
Inventor
杨双锁
宋保胜
孙慧云
周卿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi Huihesheng Technology Co Ltd
Original Assignee
Shanxi Huihesheng Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanxi Huihesheng Technology Co Ltd filed Critical Shanxi Huihesheng Technology Co Ltd
Priority to CN202010840766.6A priority Critical patent/CN111946344B/zh
Publication of CN111946344A publication Critical patent/CN111946344A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111946344B publication Critical patent/CN111946344B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
    • E21C41/16—Methods of underground mining; Layouts therefor
    • E21C41/18—Methods of underground mining; Layouts therefor for brown or hard coal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
    • E21F15/005—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings characterised by the kind or composition of the backfilling material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Devices Affording Protection Of Roads Or Walls For Sound Insulation (AREA)

Abstract

本发明涉及煤矿长壁开采矿压控制领域，特别涉及大规模长壁开采强烈扰动影响的沿空巷道、煤柱的稳定性控制方法，具体为一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法，解决了背景技术中的技术问题；其包括沿长壁采空区进行强制断顶，使长壁开采上覆岩层形成跨越沿空巷道和煤柱的传力移压结构；所述传力移压结构：依据煤柱、巷道空间几何特征，确定传力移压结构的保护跨越范围；依据岩层赋存地质力学特性确定形成传力移压结构所需断顶的厚度范围。该方法使得长壁开采形成的高支承压力跨越煤柱、巷道向实体煤内部转移，通过传力移压结构实现移压保护空巷道、煤柱的目的，改善其稳定性，为实现小煤柱开采、无煤柱开采创造条件。

Description

一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法
技术领域
本发明涉及煤矿长壁开采矿压控制领域，特别涉及大规模长壁开采强烈扰动 影响的沿空巷道、煤柱的稳定性控制方法，具体为一种长壁开采跨越结构移压保 护沿空巷道、煤柱的方法。
背景技术
长壁开采期间，围岩要经历反复加载-卸载的复杂变化过程，而关于长壁采 场及采空区上方岩层的变形破坏规律以及所可能形成结构形式的认识等还存在 着明显分歧和不足，仅存在模糊的定性认识阶段，这给具体采场围岩控制措施的 制定造成极大困难；长壁采场是一种极为特殊的结构工程，其结构形式、结构构 成、结构的力学特征以及载荷状况等均是因时间、环境、工艺过程以及支护结构 性能的不同而变化的，然而，目前对这些变化规律的掌握还停留在假说、估计的 阶段。围岩力学性质及结构特征是巷道围岩产生变形、破坏的内因，载荷特征(大 小及作用方式)是巷道围岩产生变形、破坏的外因，也是决定性因。煤柱尺寸的 确定是巷道围岩稳定性控制以及岩层移动控制的关键之一，也是岩体力学领域的 热点难题之一，目前，还没有能够直接用来进行实际工程地质条件下的煤柱尺寸计算的方法。精确解决煤柱合理尺寸的确定问题，需要具备三个基本条件：掌握 煤柱载荷特征(应力场特征或支承压力分布特征)及其变化规律、掌握煤柱结构 及力学状态特征(煤柱中分别处于连续介质状态、破裂状态以及松动状态的区域 分布)、掌握煤柱的强度特征(承载能力及其变化特征)，而这三方面的特征状 况又是相互联系、相互影响的，目前还没有量化掌握。故如何在长壁开采强烈扰 动下且煤柱尺寸难以确定的情况下，保证煤柱以及巷道稳定性的难题有待解决。
发明内容
本发明旨在解决现有矿压控制技术不足的技术问题，提供一种长壁开采跨越 结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法，通过传力移压结构的移压效应改善其应力 场环境，进而提高其稳定性。
本发明解决其技术问题采用的技术手段是：一种长壁开采跨越结构移压保护 沿空巷道、煤柱的方法，沿长壁采空区进行强制断顶，将悬顶部分载荷卸掉，冒 落岩块对采空空间进行充分填充和支撑，使长壁开采上覆岩层形成跨越沿空巷道 和煤柱的传力移压结构，将支承压力峰值区向远离采空区的位置转移，从而实现 对被跨越煤柱、巷道的卸压保护作用，使其处于低压区；所述传力移压结构：依 据煤柱、巷道空间几何特征，确定传力移压结构的保护跨越范围；依据岩层赋存 地质力学特性确定形成传力移压结构所需断顶的厚度范围。
优选的，所述传力移压结构的保护跨越范围为L：
Figure BDA0002641312370000021
所需断顶的厚度范围为Σh：
Figure BDA0002641312370000022
式中：
k为修正系数，根据煤层开采厚度及其力学属性确定；
M为巷道高度，m；
a为巷道跨度，m；
b为煤柱宽度(沿空留巷时取值为0)，m；
n为顶板岩层分层数；
λi为第i层顶板岩层的移压跨度系数；
hi为顶板岩层分层厚度，m；
fi为第i层顶板岩层的横向坚固性系数。
本发明的有益效果是：通过本发明所述方法，使得长壁开采形成的高支承压 力跨越煤柱、巷道，向实体煤内部转移，削弱了长壁开采扰动应力对煤柱、巷道 的直接影响，通过传力移压结构实现移压保护沿空巷道、煤柱的目的；从而改善 其稳定性，为实现小煤柱开采、无煤柱开采创造条件；本发明为解决长壁开采强 烈扰动下煤柱留设以及巷道稳定性控制难题提供了一种清晰可行、安全可靠的方 法，并可促进长壁开采矿压理论技术体系的进一步发展。
附图说明
图1为无传力移压结构时的开采煤层上覆顶板岩层的支承压力分布图。
图2为通过本发明所述方法形成传力移压结构后开采煤层上覆顶板岩层的支 承压力分布图。
图中：1-长壁开采煤层；2-长壁工作面顺槽；3-长壁工作面煤柱；4-长壁工 作面采空区冒落充填体；5-开采煤层上赋顶板岩层；6-长壁采空区及邻近煤层中 的支承压力分布曲线；7-长壁采空区及邻近煤层中的传力路径；L-传力移压结构 的跨度；Σh-断顶的厚度；a-巷道跨度；b-煤柱宽度；M-巷道高度。
具体实施方式
参照图1和图2，对本发明所述的一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、 煤柱的方法进行详细说明。
长壁开采自然形成的岩层结构会在紧邻采空区的煤体中形成高度的支承压 力集中作用，使隔离煤柱及顺槽处于极为不利的应力场环境及剧烈的矿压作用中； 若采用预裂顶板卸压技术，则面临着预裂顶板范围合理确定的难题，因为不仅要 考虑采空区的充填支撑状况，更应考虑所形成的传力移压结构空间形态特征及其 转移压力的落脚点的问题。
更合理的断顶厚度范围的确定应是能兼顾上述两个方面的力学效应，即能对 采空区实现充分充填以及对上覆岩层的有效支撑，又能形成跨越煤柱、顺槽的传 力移压结构，将长壁开采所形成的高度集中的支承压力转移到实体煤深处。本发 明所述方法就是依据上述原理，合理断顶卸掉了悬顶部分的荷载，提高采空区充 填密实度，增强充填体对上覆岩层的支撑作用，使传力移压结构的高度及跨度以 及落脚点等空间形态特征能够满足对煤柱及顺槽的跨越，实现跨越移压保护效果。
依据上述原理，提出一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法， 具体技术方案如下：一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法，沿 长壁采空区进行强制断顶，将悬顶部分载荷卸掉，冒落岩块对采空空间进行充分 填充和支撑，使长壁开采上覆岩层形成跨越沿空巷道和煤柱的传力移压结构；所 述传力移压结构：依据煤柱、巷道空间几何特征，确定传力移压结构的保护跨越 范围；依据岩层赋存地质力学特性确定形成传力移压结构所需断顶的厚度范围。 传力移压结构就是发明名称中的跨越结构。其中强制断顶意思是人为断顶。充分 填充和支撑意思是形成完全填充和完全支撑的意思。
进一步的，作为本发明所述的一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、 煤柱的方法的具体实施方式，所述传力移压结构的保护跨越范围为L：
Figure BDA0002641312370000031
所需断顶的厚度范围为Σh：
Figure BDA0002641312370000032
式中：
k为修正系数，根据煤层开采厚度及其力学属性确定；
M为巷道高度，m；
a为巷道跨度，m；
b为煤柱宽度(沿空留巷时取值为0)，m；
n为顶板岩层分层数；
λi为第i层顶板岩层的移压跨度系数；
hi为顶板岩层分层厚度，m；
fi为第i层顶板岩层的横向坚固性系数。
实施例1：参考附图1和图2，某长壁开采工作面开采煤层的厚度为3m,留设 煤柱宽度为10m，巷道跨度为4m，巷道高度为3m，修正系数k为1.5；顶板岩层 从下往上各个分层厚度及横向坚固性系数见表1。
表1顶板岩层基本参数表
Figure BDA0002641312370000041
则所需断顶的厚度范围Σh、所述传力移压结构的保护跨越范围L确定如下：
①传力移压结构的保护跨越范围L为：
L≥kM+a+b＝1.5*3+4+10＝18.5m；
Figure RE-GDA0002686428490000042
ka+b
②所需断顶的厚度范围Σh为：
Figure BDA0002641312370000051
比较图1和图2可得，在无传力移压结构时，如图1中长壁采空区及邻近煤 层中的支承压力分布曲线6所示，支承压力的峰值区靠近长壁采空区，长壁采空 区及邻近煤层中的传力路径7如图1中箭头所示，当通过本发明所述方法形成传 力移压结构后，如图2所示，长壁工作面采空区冒落填充体4的密实度明显提高， 增强长壁工作面采空区冒落填充体4对上覆岩层的支撑作用；而且如图2中长壁 采空区及邻近煤层中的支承压力分布曲线6所示，支承压力的峰值区向开采煤层 上覆顶板岩层5的煤深处转移，削弱了长壁开采扰动应力对煤柱、巷道的直接影 响，起到了传力移压效果，进一步对被跨越巷道、煤柱具有保护效果，从而改善 其稳定性，为实现小煤柱、无煤柱开采创造条件。
以上具体结构和数据是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创 造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还 可做出种种的等同变形或者替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要 求所限定的范围内。

Claims (2)

1.一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法，其特征在于：沿长壁采空区进行强制断顶，将悬顶部分载荷卸掉，冒落岩块对采空空间进行充分填充和支撑，使长壁开采上覆岩层形成跨越沿空巷道和煤柱的传力移压结构；所述传力移压结构：依据煤柱、巷道空间几何特征，确定传力移压结构的保护跨越范围；依据岩层赋存地质力学特性确定形成传力移压结构所需断顶的厚度范围。
2.根据权利要求1所述的一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法，其特征在于：
所述传力移压结构的保护跨越范围为L：
Figure FDA0002641312360000011
所需断顶的厚度范围为Σh：
Figure FDA0002641312360000012
式中：
k为修正系数，根据煤层开采厚度及其力学属性确定；
M为巷道高度，m；
a为巷道跨度，m；
b为煤柱宽度(沿空留巷时取值为0)，m；
n为顶板岩层分层数；
λi为第i层顶板岩层的移压跨度系数；
hi为顶板岩层分层厚度，m；
fi为第i层顶板岩层的横向坚固性系数。
CN202010840766.6A 2020-08-20 2020-08-20 一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法 Active CN111946344B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010840766.6A CN111946344B (zh) 2020-08-20 2020-08-20 一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010840766.6A CN111946344B (zh) 2020-08-20 2020-08-20 一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111946344A true CN111946344A (zh) 2020-11-17
CN111946344B CN111946344B (zh) 2022-09-23

Family

ID=73360023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010840766.6A Active CN111946344B (zh) 2020-08-20 2020-08-20 一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111946344B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101509395A (zh) * 2009-03-16 2009-08-19 太原理工大学 一种控制放顶护巷方法
CN103233740A (zh) * 2013-04-22 2013-08-07 中国矿业大学(北京) 一种近距离薄煤层切顶成巷无煤柱开采方法
CN104453899A (zh) * 2014-11-06 2015-03-25 大同煤矿集团有限责任公司 复杂条件下孤岛工作面安全回采方法
CN107035370A (zh) * 2017-05-05 2017-08-11 太原理工大学 一种用于沿空留巷静态破碎切顶卸压方法
CN107083961A (zh) * 2017-05-10 2017-08-22 中国矿业大学 基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法
CN107701188A (zh) * 2017-10-25 2018-02-16 太原理工大学 一种用于沿空掘巷窄煤柱采空侧静态胀裂切顶卸压法
CN109236362A (zh) * 2018-11-13 2019-01-18 辽宁工程技术大学 一种确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数的方法
CN109594985A (zh) * 2018-11-22 2019-04-09 太原理工大学 一种采动覆岩水力割缝的岩层与地表移动分布控制方法
CN110644994A (zh) * 2019-10-22 2020-01-03 大同煤矿集团有限责任公司综采装备安装分公司 一种小煤柱开采技术中的切顶方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101509395A (zh) * 2009-03-16 2009-08-19 太原理工大学 一种控制放顶护巷方法
CN103233740A (zh) * 2013-04-22 2013-08-07 中国矿业大学(北京) 一种近距离薄煤层切顶成巷无煤柱开采方法
CN104453899A (zh) * 2014-11-06 2015-03-25 大同煤矿集团有限责任公司 复杂条件下孤岛工作面安全回采方法
CN107035370A (zh) * 2017-05-05 2017-08-11 太原理工大学 一种用于沿空留巷静态破碎切顶卸压方法
CN107083961A (zh) * 2017-05-10 2017-08-22 中国矿业大学 基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法
CN107701188A (zh) * 2017-10-25 2018-02-16 太原理工大学 一种用于沿空掘巷窄煤柱采空侧静态胀裂切顶卸压法
CN109236362A (zh) * 2018-11-13 2019-01-18 辽宁工程技术大学 一种确定综放沿空留巷巷旁充填体支护参数的方法
CN109594985A (zh) * 2018-11-22 2019-04-09 太原理工大学 一种采动覆岩水力割缝的岩层与地表移动分布控制方法
CN110644994A (zh) * 2019-10-22 2020-01-03 大同煤矿集团有限责任公司综采装备安装分公司 一种小煤柱开采技术中的切顶方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111946344B (zh) 2022-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109763822B (zh) 大倾角厚煤层多区段无煤柱错层护巷及段间无煤柱充填方法
Xie et al. Investigations into stress shell characteristics of surrounding rock in fully mechanized top-coal caving face
CN111460564B (zh) 深井冲击煤层充填工作面区段煤柱宽度的确定方法
Han et al. Multiple and long-term disturbance of gob-side entry retaining by grouped roof collapse and an innovative adaptive technology
CN102279421A (zh) 一种边坡岩体稳定性评价方法
Ming-Gao A study of the behaviour of overlying strata in longwall mining and its application to strata control
Qian et al. Stability of goaf-side entry driving in 800-m-deep island longwall coal face in underground coal mine
CN113530545B (zh) 孤岛工作面覆岩隔离注浆充填开采方法
Dai et al. Subsidence control method by inversely-inclined slicing and upward mining for ultra-thick steep seams
CN116258000B (zh) 一种人造解放层防冲方法
WO2021236000A1 (en) Raise caving method for mining an ore from an ore body, and a mining infrastructure, monitoring system, machinery, control system and data medium therefor
Wu et al. Deformation characteristics and mechanism of deep subsize coal pillar of the tilted stratum
Cai et al. Results of in situ stress measurements and their application to mining design at five Chinese metal mines
Ozturk Support design of underground openings in an asphaltite mine
Zhaoxue et al. Application of open-pit and underground mining technology for residual coal of end slopes
Campoli et al. Coal mine bumps: five case studies in the eastern United States
CN111946344B (zh) 一种长壁开采跨越结构移压保护沿空巷道、煤柱的方法
Chen et al. Zonal extraction technology and numerical simulation analysis in open pit coal mine
CN113482718B (zh) 一种煤层盘区巷道群卸压布置防治冲击地压的方法
Seedsman Failure modes and support of coal roofs
Liu et al. Research on evolution rule of inclination fracture field and support technology in close distance and inclined coal seam mining
Chen et al. Mining system for remaining coal of final highwall
CN115718990B (zh) 一种下向分层进路式充填采矿的承载层受力分析方法
Schissler Coal mining, design and methods of
Brady et al. Longwall and caving mining methods

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant