CN113513345A - 一种随支架撤出进行充填加固实现减小保护煤柱的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种随支架撤出进行充填加固实现减小保护煤柱的方法，包括以下步骤：第一步，确定采煤工作面停采线的位置；第二步，计算回撤通道内充填体墙的宽度；第三步，随液压支架撤出沿煤壁进行充填墙体砌筑，液压支架完全撤出后形成与工作面等长的充填体。本发明可解决大巷或上(下)山末采煤柱宽度过大的问题，通过回撤通道内砌筑充填体，与煤柱共同支撑上覆岩层载荷，进而达到减小大巷或上(下)山原末采煤柱宽度，同时保证大巷或上(下)山安全使用的目的。

Description

一种随支架撤出进行充填加固实现减小保护煤柱的方法
技术领域
本发明属于煤炭开采领域，具体地说涉及一种随工作面支架撤出进行充填加固实现减小大巷或上(下)山保护煤柱的方法
背景技术
我国煤矿的基本准备方式包括采区式、盘区式和带区式三种，其中采区式和盘区式是在上(下)山两侧布置采煤工作面，带区式是在大巷两侧布置采煤工作面。为避免工作面采动影响大巷或上(下)山的稳定，在停采线与大巷或上(下)山之间，需要留设一定宽度的保护煤柱。对于厚煤层来说，大巷保护煤柱宽度大于40m，上(下)山保护煤柱宽度为30～40m；对于特厚煤层来说，大巷或上(下)山保护煤柱宽度还要加大。
为了理解本发明的目的，对保护煤柱与大巷或上(下)山的关系做一介绍：当保护煤柱宽度过大时，即工作面停采线位置距离大巷或上(下)山很远时，保护煤柱能够完全承担上覆岩层载荷，大巷或上(下)山基本不会有明显的矿压显现，但此时煤炭资源损失量较大；相反，当保护煤柱宽度过小时，即工作面停采线距离大巷或上(下)山很近时，此时虽然煤炭资源损失量较小，但煤柱无法完全承担上覆岩层载荷，大巷或上(下)山将呈现大变形、围岩破坏等强烈的矿压显现特征。
目前，煤矿生产中为了保证大巷或上(下)山的安全使用，仍然留设较大宽度的保护煤柱，造成了大量的煤炭资源损失。若能在保证大巷或上(下)山稳定的前提下减小煤柱尺寸，将有利于提高煤炭回收量。
发明内容
本发明为了减小保护煤柱宽度同时确保大巷或上(下)山安全使用，提出一种随支架撤出进行充填加固实现减小保护煤柱的方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种随支架撤出进行充填加固实现减小保护煤柱的方法，其特征是：
第一步，确定采煤工作面停采线的位置，即大巷或上(下)山保护煤柱最小宽度L
大巷或上(下)山保护煤柱最小宽度根据公式(1)计算得出：
L＝X1+X2 (1)
式(1)中：X1为大巷或上(下)山煤柱侧支护长度，m；X2为采煤工作面超前支承压力极限平衡区宽度，m；
其中采煤工作面超前支承压力极限平衡区宽度X2根据公式(2)计算得出
Figure BDA0003213930010000021
式(2)中：M为采高，m；K为应力集中系数；H为煤层埋深；γ为覆岩容重；p1为煤帮侧护力；C为煤体黏聚力；
Figure BDA0003213930010000022
为煤体内摩擦角；f为煤层与顶、底板的摩擦因数；ξ为三轴应力系数；
Figure BDA0003213930010000023
第二步，计算充填体与煤柱单位长度上的总载荷P
充填体与煤柱单位长度上的总载荷根据公式(3)计算得出：
Figure BDA0003213930010000024
式(3)中：Hk为垮落带高度，m，根据经验公式计算得到；Hd为导水裂隙带高度，m，根据经验公式计算得到；α为上覆岩层垮落角，°。
第三步，计算充填体宽度B
充填体宽度确定依据是充填体与煤柱能够平衡上覆岩层载荷即可，充填体宽度根据公式(4)计算得出：
P＝RmL+RcB (4)
式(4)中：Rm为煤体单轴抗压强度，MPa；Rc为充填体单轴抗压强度，MPa。
第四步，工作面回采至停采线位置后停止前进，开始进行设备回撤，随着液压支架逐架撤出，沿工作面煤壁进行充填体接顶砌筑，充填体宽度为B，撤架与充填工作同时进行，直至液压支架全部撤出，形成与煤柱等长的充填体。
与已有技术相比，本发明的有益技术效果是：
本发明沿停采线煤壁接顶砌筑充填体，充填体与煤柱共同承载上覆岩层载荷，充填体墙抗压强度高于煤体，可减小大巷或上(下)山保护煤柱的宽度，达到增加煤炭回收量的目的；此外，工作面回撤结束后充填体墙仍可与煤柱协同承载上覆岩层载荷，可实现大巷或上(下)山长期安全使用。
附图说明
图1为本发明中涉及工作面末采结构示意图；
图2为本发明中涉及充填体宽度示意图；
图3为本发明中涉及工作面液压支架撤出与充填体砌筑示意图。
附图标记说明：1-原停采线；2-新停采线；3-充填体；4-大巷或上(下)山；5-保护煤柱；6-液压支架；L-保护煤柱最小宽度；B-充填体宽度；S-原保护煤柱宽度；H为煤层埋深；Hk为垮落带高度；Hd为导水裂隙带高度。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细说明。
一种随支架撤出进行充填加固实现减小保护煤柱的方法，包括一下步骤：
第一步，如图1所示，确定采煤工作面新停采线2的位置，即确定大巷或上(下)山保护煤柱5的最小宽度
为确保在减小保护煤柱宽度的情况下，大巷或上(下)山仍然具有良好的稳定性，需要保证大巷或上(下)山原支护结构的完整性及支护体锚固端在弹性煤体中。
如图1所示，新停采线位置，即大巷或上(下)山保护煤柱最小宽度L满足公式(1)：
L＝X1+X2 (1)
原停采线位置，即原保护煤柱宽度S依据式(2)计算：
S≥X1+2M+X2 (1)
式(1)、(2)中：X1为大巷或上(下)山煤柱侧支护长度，m；X2为采煤工作面超前支承压力极限平衡区宽度，m；M为采高，m；
其中采煤工作面超前支承压力极限平衡区宽度X2根据公式(3)计算得出
Figure BDA0003213930010000031
式(2)中：M为采高，m；K为应力集中系数；H为煤层埋深；γ为覆岩容重；p1为煤帮侧护力；C为煤体黏聚力；
Figure BDA0003213930010000032
为煤体内摩擦角；f为煤层与顶、底板的摩擦因数；ξ为三轴应力系数；
Figure BDA0003213930010000033
从式(1)与式(2)的对比中可以发现，新停采线2较原停采线1向煤柱内至少偏移2M的距离，保护煤柱宽度至少减小2M。
第二步，计算充填体3与煤柱5单位长度上的总载荷P
如图2所示，充填体与煤柱单位长度上的总载荷根据公式(4)计算得出：
Figure BDA0003213930010000041
式(4)中：Hk为垮落带高度，m，根据经验公式计算得到；Hd为导水裂隙带高度，m，根据经验公式计算得到；α为上覆岩层垮落角，°。
第三步，计算充填体3宽度B
如图2所示，充填体宽度确定依据是充填体与煤柱能够平衡上覆岩层载荷即可，充填体宽度根据公式(4)计算得出：
P＝RmL+RcB (5)
式(4)中：Rm为煤体单轴抗压强度，MPa；Rc为充填体单轴抗压强度，MPa。
第四步，如图3所示，工作面回采至停采线位置后停止前进，开始进行设备回撤，随着液压支架6逐架撤出，沿工作面煤壁进行充填体3接顶砌筑，充填体宽度为B，撤架与充填工作同时进行，直至液压支架全部撤出，形成与煤柱等长的充填体。
采用上述在回撤通道内充填的方法，可达到减小保护煤柱宽度，达到增加煤炭资源回收量的目的；充填体墙与煤柱协同承载上覆岩层载荷，能保证大巷或上(下)山安全使用。

Claims (1)

1.一种随支架撤出进行充填加固实现减小保护煤柱的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，确定采煤工作面停采线的位置，即大巷或上(下)山保护煤柱最小宽度L
大巷或上(下)山保护煤柱最小宽度根据公式(1)计算得出：
L＝X1+X2 (1)
式(1)中：X1为大巷或上(下)山煤柱侧支护长度，m；X2为采煤工作面超前支承压力极限平衡区宽度，m；
其中采煤工作面超前支承压力极限平衡区宽度X2根据公式(2)计算得出
Figure FDA0003213928000000011
式(2)中：M为采高，m；K为应力集中系数；H为煤层埋深；γ为覆岩容重；p1为煤帮侧护力；C为煤体黏聚力；
Figure FDA0003213928000000012
为煤体内摩擦角；f为煤层与顶、底板的摩擦因数；ξ为三轴应力系数；
Figure FDA0003213928000000013
第二步，计算充填体与煤柱单位长度上的总载荷P
充填体与煤柱单位长度上的总载荷根据公式(3)计算得出：
Figure FDA0003213928000000014
式(3)中：Hk为垮落带高度，m，根据经验公式计算得到；Hd为导水裂隙带高度，m，根据经验公式计算得到；α为上覆岩层垮落角，°。
第三步，计算充填体宽度B
充填体宽度确定依据是充填体与煤柱能够平衡上覆岩层载荷即可，充填体宽度根据公式(4)计算得出：
P＝RmL+RcB (4)
式(4)中：Rm为煤体单轴抗压强度，MPa；Rc为充填体单轴抗压强度，MPa。
第四步，工作面回采至停采线位置后停止前进，开始进行设备回撤，随着液压支架逐架撤出，沿工作面煤壁进行充填体接顶砌筑，充填体宽度为B，撤架与充填工作同时进行，直至液压支架全部撤出，形成与煤柱等长的充填体。
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