CN115288789A - 一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法及系统 - Google Patents
一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115288789A CN115288789A CN202210909003.1A CN202210909003A CN115288789A CN 115288789 A CN115288789 A CN 115288789A CN 202210909003 A CN202210909003 A CN 202210909003A CN 115288789 A CN115288789 A CN 115288789A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal
- coal seam
- roadway
- determining
- distance
- 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.)
- Pending
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 560
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 173
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 10
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 17
- 238000013461 design Methods 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
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)
- Devices Affording Protection Of Roads Or Walls For Sound Insulation (AREA)
Abstract
本发明涉及一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法及系统。该方法包括根据煤层巷道的尺寸确定煤层巷道的当量半径，并根据当量半径确定第一间距；根据煤层巷道围岩的破碎区的宽度、塑性区的宽度、弹性区的宽度、煤层巷道上覆岩层平均容重、煤层巷道埋深以及煤层巷道层位确定煤层巷道围岩的支承应力和承载能力；根据支承应力和承载能力确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数，进而根据支承应力和承载能力以及煤层巷道之间的煤体稳定性系数确定第二间距；根据第一间距和第二间距确定防冲间距。本发明在“技术‑经济”一体化原则下，能够确定避免相互干扰和保证巷道围岩稳定的煤层巷道的防冲间距。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采设计领域，特别是涉及一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法及系统。
背景技术
随着浅部、易采煤炭资源的不断枯竭，深部、复杂煤炭资源开采强度逐渐增加，以冲击地压为代表的煤矿灾害发生频次和危险程度呈现出爆发式增长趋势，据不完全统计，截至到2021年底，中国具有冲击地压灾害的矿井接近140多座，同时仍有许多矿井已发生了不同程度的冲击显现或者开采的煤岩具有冲击倾向性，但还未被纳入冲击地压矿井管理，煤矿开采考虑设计对矿井安全生产起到了主要作用。
一般情况下，保护煤柱主要用于保护矿井或采(盘)区煤层巷道(又称为“上/下山巷道”或“大巷”)的保护，布置在保护煤柱内的煤层巷道，一般要满足某些采(盘)区甚至整个矿井服务的需要，通常服务寿命要达到几年甚至几十年，因此保护煤柱内布置煤层巷道的稳定性对地下煤炭资源安全开采至关重要。而保护煤柱内布置煤层巷道的稳定性与煤层巷道的防冲间距有很大的关系。
目前，在煤矿地下开采设计领域中，还未形成保护煤柱内煤层巷道间距设计的可靠方法，不同条件矿区(井)主要采用工程类比或相似经验等手段确定，比如《煤矿安全规程》等要求“采区煤层上山的两巷中间为20m，两侧各为20m”。但是相似条件矿井的经验、参数也不能对所有不同类型条件矿井普遍适用，特别是冲击倾向性煤层的煤柱布置煤层巷道时，如果只采用上述经验、参数，可能出现煤层巷道持续变形、破坏失稳甚至冲击显现，给井下安全生产造成了巨大的威胁。
可见，与冲击倾向性煤层保护煤柱内煤层巷道的防冲间距设计的有关问题将长期存在，并且将更加突出。造成上述问题的主要原因有二，一是简单易采的煤炭资源逐渐枯竭，深部开采煤柱和煤层巷道需要适应更加复杂的高应力环境；二是高强度开采成的煤柱和煤层巷道周边采空区范围越来越大，煤柱和煤层巷道受到的威胁也越来越大。已有传统的保护煤柱内煤层巷道间距设计方法与手段，已不满足实际安全开采设计需要。因此，亟需一种煤层巷道的防冲间距确定方法或系统，能够在“技术-经济”一体化原则下，确定既能避免相互干扰、又能保证巷道围岩稳定的煤层巷道的防冲间距，进而提高保护煤柱内布置煤层巷道的稳定性，以及提高井下开采的安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法及系统，在“技术-经济”一体化原则下，能够确定避免相互干扰和保证巷道围岩稳定的煤层巷道的防冲间距。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法，包括：
根据煤层巷道的尺寸确定煤层巷道的当量半径；并根据当量半径确定第一间距；所述第一间距为考虑相互干扰条件下的煤层巷道的间距；
根据煤层巷道围岩的破碎区的宽度、塑性区的宽度、弹性区的宽度、煤层巷道上覆岩层平均容重、煤层巷道埋深以及煤层巷道层位确定煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力；所述煤层巷道层位包括：全煤巷道、顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道和顶板-煤层-底板巷道；
根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数，进而根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力以及煤层巷道之间的煤体稳定性系数确定第二间距；所述第二间距为考虑煤层巷道围岩稳定性的间距；
根据第一间距和第二间距确定防冲间距。
可选地，所述根据煤层巷道的尺寸确定煤层巷道的当量半径；并根据当量半径确定第一间距，具体包括：
利用公式
确定煤层巷道的当量半径；
利用公式
确定第一间距；
其中，r为当量半径，a为煤层巷道的宽，b为煤层巷道的高，d1为第一间距，Δ为避免相互干扰条件下巷道保安系数，Δ≥1。
可选地，所述根据煤层巷道围岩的破碎区的宽度、塑性区的宽度、弹性区的宽度、煤层巷道上覆岩层平均容重、煤层巷道埋深以及煤层巷道层位确定煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力，具体包括：
利用公式
确定煤层巷道围岩的支承应力；
当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定煤层巷道围岩的承载能力；
当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定煤层巷道围岩的承载能力；
其中，px为煤层巷道围岩的支承应力，k为煤层巷道围岩支承应力集中系数，γ为煤层巷道上覆岩层平均容重，H为煤层巷道埋深，ρ为破碎区的宽度，s为塑性区的宽度，t为弹性区的宽度，x为巷道煤体距离煤壁的距离，ηmin为煤层巷道不同区域煤体破坏强度的最小相关性系数，ηmax为煤层巷道不同区域煤体破坏强度的最大相关性系数，σc为煤柱煤体的平均单轴抗压强度，σc′为煤层巷道煤岩的综合抗压强度。
可选地，所述根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数，进而根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力以及煤层巷道之间的煤体稳定性系数确定第二间距，具体包括：
利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均支承应力；
当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均承载能力；
当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均承载能力；
利用公式
确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数；
当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定第二间距；
当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定第二间距；
其中，d2为第二间距，I为煤层巷道之间的煤体稳定性系数。
可选地，所述根据第一间距和第二间距确定防冲间距，具体包括：
利用公式d＝max[d1，d2]确定防冲间距；
其中，d为防冲间距。
一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定系统，包括：
第一间距确定模块，用于根据煤层巷道的尺寸确定煤层巷道的当量半径；并根据当量半径确定第一间距；所述第一间距为考虑相互干扰条件下的煤层巷道的间距；
支承应力和承载能力确定模块，用于根据煤层巷道围岩的破碎区的宽度、塑性区的宽度、弹性区的宽度、煤层巷道上覆岩层平均容重、煤层巷道埋深以及煤层巷道层位确定煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力；所述煤层巷道层位包括：全煤巷道、顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道和顶板-煤层-底板巷道；
第二间距确定模块，用于根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数，进而根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力以及煤层巷道之间的煤体稳定性系数确定第二间距；所述第二间距为考虑煤层巷道围岩稳定性的间距；
防冲间距确定模块，用于根据第一间距和第二间距确定防冲间距。
可选地，所述第一间距确定模块具体包括：
当量半径确定单元，用于利用公式
确定煤层巷道的当量半径；
第一间距确定单元，用于利用公式
确定第一间距；
其中，r为当量半径，a为煤层巷道的宽，b为煤层巷道的高，d1为第一间距，Δ为避免相互干扰条件下巷道保安系数，Δ≥1。
可选地，所述支承应力和承载能力确定模块具体包括：
支承应力确定单元，用于利用公式
确定煤层巷道围岩的支承应力；
承载能力第一确定单元，用于当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定煤层巷道围岩的承载能力；
承载能力第二确定单元，用于当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定煤层巷道围岩的承载能力；
其中，px为煤层巷道围岩的支承应力，k为煤层巷道围岩支承应力集中系数，γ为煤层巷道上覆岩层平均容重，H为煤层巷道埋深，ρ为破碎区的宽度，s为塑性区的宽度，t为弹性区的宽度，x为巷道煤体距离煤壁的距离，ηmin为煤层巷道不同区域煤体破坏强度的最小相关性系数，ηmax为煤层巷道不同区域煤体破坏强度的最大相关性系数，σc为煤柱煤体的平均单轴抗压强度，σc′为煤层巷道煤岩的综合抗压强度。
可选地，所述第二间距确定模块具体包括：
平均支承应力确定单元，用于利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均支承应力；
平均承载能力第一确定单元，用于当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均承载能力；
平均承载能力第二确定单元，用于当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均承载能力；
煤体稳定性系数确定单元，用于利用公式
确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数；
第二间距第一确定单元，用于当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定第二间距；
第二间距第二确定单元，用于当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定第二间距；
其中，d2为第二间距，I为煤层巷道之间的煤体稳定性系数。
可选地，所述防冲间距确定模块具体包括：
防冲间距确定单元，用于利用公式d＝max[d1，d2]确定防冲间距；
其中，d为防冲间距。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法及系统，利用考虑相互干扰条件下的煤层巷道的第一间距和考虑煤层巷道围岩稳定性的第二间距共同确定防冲间距，即在确定防冲间距的过程中考虑了相邻煤层巷道的相互干扰和煤层巷道围岩的稳定性，因此本发明方法能够在“技术-经济”一体化原则下，准确确定避免相互干扰和保证巷道围岩稳定的煤层巷道的防冲间距。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法流程示意图；
图2为保护煤柱内煤层巷道布置示意图；
图3为第一间距的示意图；
图4为巷道围岩分区分布特征示意图；
图5为支承应力简化前示意图；
图6为支承应力简化后示意图；
图7为不同区域的相关性系数示意图；
图8为巷道围岩支承应力-承载能力分布示意图；
图9为不同巷道层位布置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法及系统，在“技术-经济”一体化原则下，能够确定避免相互干扰和保证巷道围岩稳定的煤层巷道的防冲间距。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
煤层巷道形状：主要有圆形巷道和非圆形巷道(通常为矩形等)，实际巷道形状选择主要考虑巷道后期使用、维护等因素。其中矩形巷道断面成型效果好、整体利用率高，也方便于巷道实施锚网支护。
在图2中，布置在冲击倾向性煤层中的煤层巷道，根据井下运输、通风、行人等实际工程需要，煤层巷道的数量一般超过2～3条。煤层厚度为m，巷道高×宽为b×a，其中全煤巷道满足m≥b，煤层巷道的间距为d。
巷道间距越大相对容易实现保护煤柱、巷道稳定，但是增加资源损耗；巷道间距越小越有利于降低资源损耗，但是不利于保护煤柱、巷道稳定。在倾向性煤层保护煤柱内布置煤层巷道，防治冲击地压是首要问题，同时要考虑巷道用途和服务年限，尽可能的合理减小巷道间距，从而达到降低资源损耗(经济性)，因此，煤层巷道的防冲间距设计原则，在遵循技术性前提下，根据实际巷道需要进行经济性考虑，实现“技术-经济”一体化。
图1为本发明所提供的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法，包括：
S101，根据煤层巷道的尺寸确定煤层巷道的当量半径，并根据当量半径确定第一间距；所述第一间距为考虑相互干扰条件下的煤层巷道的间距。
矩形巷道开挖、成型后，巷道周边围岩塑性区扩展，巷道围岩形成分区：破碎区-塑性区-弹性区和原岩应力区，相应的支承应力随之调整和转移。为了避免巷道开挖、成型过程中出现围岩受到重复采动以及应力相互叠加干扰，相邻巷道的间距原则上要满足中间围岩具有原岩应力区，作为相邻巷道稳定的围岩间隔，如图3所示。
巷道围岩的弹性区和原岩应力区“分界”是以原岩应力的5％作为临界值，该分界区域位于圆形巷道半径(或矩形巷道当量半径)r的5倍大小附近，考虑相邻巷道得到煤层巷道的间距为d1≥10r，如果矩形巷道宽×高为b×a，工程上得到矩形巷道当量半径
考虑相互干扰条件下煤层巷道的间距表达式为
Δ越大表示相邻巷道相互扰动效应越小。为了进一步降低相邻巷道之间的相互影响以及增加巷道之间原岩应力区宽度，根据实际采掘工程条件，可以增加巷道的间距提高效果(相当于提高安全系数)。一般情况下：
1)1.5＞Δ＞1.0，巷道之间煤体短期无扰动、长期可能扰动，满足常规设计要求；
2)2.0＞Δ＞1.5，巷道之间煤体短期和长期均无扰动，满足长期稳定要求；
3)Δ＞2.0，巷道之间煤体永久无扰动，满足特殊设计要求(如地下永久巷道等)。
S102，根据煤层巷道围岩的破碎区的宽度、塑性区的宽度、弹性区的宽度、煤层巷道上覆岩层平均容重、煤层巷道埋深以及煤层巷道层位确定煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力；所述煤层巷道层位包括：全煤巷道、顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道和顶板-煤层-底板巷道。
由图4和巷道围岩弹塑性理论得到如下表达式：
式中，b为巷道高度，δ为巷道煤壁侧压力系数，
为煤体内摩擦角，c为煤体内聚力，γ为煤层巷道上覆岩层平均容重，H为煤层巷道埋深，k为煤层巷道围岩支承应力集中系数，f为煤层巷道顶底板与煤层接触面的摩擦因数，
为巷道顶底板与煤层接触面的内摩擦角。一般情况下，b、δ、
c、γ、H、f可以依据实际工程条件和经验类比综合确定，但是k还需要进一步分析。
S103，根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数，进而根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力以及煤层巷道之间的煤体稳定性系数确定第二间距；所述第二间距为考虑煤层巷道围岩稳定性的间距。
道开挖、成型后，巷道围岩(压)状态和应力状态相应发生调整，巷道煤壁到“弹-塑”性区交界处，支承应力从“0”逐渐增加到峰值应力kγH，巷道围岩从“弹-塑”性交界处到“弹性-原岩应力”区交界处，支承应力峰值应力从kγH逐降低到原岩应力γH，每段支承应力均是分段、平滑的曲线，实际的支承应力曲线特征复杂，如图5所示。
将支承应力曲线进行简化分析，巷道煤壁到“弹-塑”性区交界处，巷道围岩从“弹-塑”性区交界处到“弹性-原岩应力”区交界处，这两段的支承应力分别简化成分段、线性的直线，同时保证在巷道煤壁、“弹-塑”性区交界处、“弹性-原岩应力”区交界处等关键节点的应力值大小不变，相应的破碎区的宽度ρ、塑性区的宽度s、弹性区的宽度t也保值一致，如图6所示。
根据“载荷总量不变原则”，即：巷道一侧“破碎区-塑性区-弹性区”组成的有效支承岩体，其控制的岩层载荷范围及大小不变，得到如下等式：
得到巷道(假设巷道周边无相邻巷道)围岩在破碎区+塑性区、弹性区、原岩应力区的分段支承应力px，其中x为巷道煤体距离煤壁的距离大小：
巷道围岩周边的破碎区、塑性区、弹性区、原岩应力区的煤体处于不同应力(围压)状态，巷道煤壁边缘煤体处于破碎或塑性状态，“塑-弹”性过渡区域的煤体处于单向应力状态，弹性-原岩应力之间煤体处于单向应力向三向应力状态过渡状态，原岩应力区的煤体处于稳定的三向应力状态。依据工程经验和不同应力(围压)状态下岩体破坏强度基本规律，用η表示巷道不同区域(应力状态)煤体破坏强度的相关性系数，并如图7所示。一般情况：巷道边缘破碎区至弹-塑性过渡区，η由η0＝0→ηmin＝1并逐步增加，在弹-塑性过渡区至弹性-原岩应力分界区，η由ηmin＝1→ηmax＝3～5(取值与煤体强度有关)并逐步增加，在深部原岩应力区，ηmax≈3～5，通常取平均值ηmax≈4，根据实际情况取值。
如图9所示，当煤层巷道层位为全煤巷道时，得到巷道(假设巷道周边无相邻巷道)围岩在破碎+塑性区、弹性区、原岩应力区的分段承载能力Rx：
当煤层巷道为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道和顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定巷道煤岩的综合抗压强度；σi、hi为巷道第i个煤(岩)层的单轴抗压强度和相应的厚度，N为巷道煤岩层位数量。
利用公式
确定煤层巷道围岩的承载能力Rx。
相邻巷道之间的围岩支承应力和承载能力分布特征，如图8所示，其中d2为相邻煤层巷道围岩稳定性的第二间距，且d2＞2(ρ+s+t)。
将围岩支承应力和承载能力分布在巷道间距方向上先积分处理
后平均处理
考虑到实际相邻巷道围岩支承应力、承载能力“对称性”分布特征，进一步得到相邻巷道围岩平均支承应力
平均承载能力
为：
上式，只考虑当煤层巷道为全煤巷道的情况。
为了对比分析
之间大小关系，定义
其意义是巷道之间煤体稳定性系数，以I0＝1.0为界值大小，I＜1.0表示巷道之间煤体处以整体冲击失稳状态，I＞1.0表示巷道之间煤体处以整体稳定状态，取值越大表征稳定性越高、危险程度越低。
为进一步降低相邻巷道之间的相互影响以及增加巷道之间煤体“长期稳定性”，以及避免煤柱周边可能会存在的扰动效应，如工作面采掘扰动产生的动载(矿震等)，根据实际采掘工程条件，可以增加巷道的间距提高可靠性(相当于提高安全系数)。一般情况下：
1)1.2＞I＞1.0，巷道之间煤体基本稳定，满足常规设计要求；
2)1.5＞I＞1.2，巷道之间煤体动态稳定，满足抵抗动载要求；
3)2.0＞I＞1.5，巷道之间煤体长期稳定，满足长期稳定要求；
4)I＞2.0，巷道之间煤体永久稳定，满足特殊设计要求(如考虑留煤柱所在地面存在保护设施等)。
因此，通过引入的巷道之间煤体稳定性系数I，获得巷道之间煤体整体冲击失稳“临界”状态下的等式：
因此，得到考虑煤层巷道围岩稳定性的第二间距表达式：
S104，根据第一间距和第二间距确定防冲间距；防冲间距为：
本发明所提供的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定系统，包括：
第一间距确定模块，用于根据煤层巷道的尺寸确定煤层巷道的当量半径，并根据当量半径确定第一间距；所述第一间距为考虑相互干扰条件下的煤层巷道的间距。
支承应力和承载能力确定模块，用于根据煤层巷道围岩的破碎区的宽度、塑性区的宽度、弹性区的宽度、煤层巷道上覆岩层平均容重、煤层巷道埋深以及煤层巷道层位确定煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力；所述煤层巷道层位包括：全煤巷道、顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道和顶板-煤层-底板巷道。
第二间距确定模块，用于根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数，进而根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力以及煤层巷道之间的煤体稳定性系数确定第二间距；所述第二间距为考虑煤层巷道围岩稳定性的间距。
防冲间距确定模块，用于根据第一间距和第二间距确定防冲间距。
所述第一间距确定模块具体包括：
当量半径确定单元，用于利用公式
确定煤层巷道的当量半径。
第一间距确定单元，用于利用公式
确定第一间距。
其中，r为当量半径，a为煤层巷道的宽，b为煤层巷道的高，d1为第一间距，Δ为避免相互干扰条件下巷道保安系数，Δ≥1。
所述支承应力和承载能力确定模块具体包括：
支承应力确定单元，用于利用公式
确定煤层巷道围岩的支承应力。
承载能力第一确定单元，用于当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定煤层巷道围岩的承载能力。
承载能力第二确定单元，用于当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定煤层巷道围岩的承载能力。
其中，px为煤层巷道围岩的支承应力，k为煤层巷道围岩支承应力集中系数，γ为煤层巷道上覆岩层平均容重，H为煤层巷道埋深，ρ为破碎区的宽度，s为塑性区的宽度，t为弹性区的宽度，x为巷道煤体距离煤壁的距离，ηmin为煤层巷道不同区域煤体破坏强度的最小相关性系数，ηmax为煤层巷道不同区域煤体破坏强度的最大相关性系数，σc为煤柱煤体的平均单轴抗压强度，σc′为煤层巷道煤岩的综合抗压强度。
所述第二间距确定模块具体包括：
平均支承应力确定单元，用于利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均支承应力。
平均承载能力第一确定单元，用于当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均承载能力。
平均承载能力第二确定单元，用于当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均承载能力。
煤体稳定性系数确定单元，用于利用公式
确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数。
第二间距第一确定单元，用于当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定第二间距。
第二间距第二确定单元，用于当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定第二间距。
其中，d2为第二间距，I为煤层巷道之间的煤体稳定性系数。
所述防冲间距确定模块具体包括：
防冲间距确定单元，用于利用公式d＝max[d1，d2]确定防冲间距。
其中，d为防冲间距。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法，其特征在于，包括：
根据煤层巷道的尺寸确定煤层巷道的当量半径，并根据当量半径确定第一间距；所述第一间距为考虑相互干扰条件下的煤层巷道的间距；
根据煤层巷道围岩的破碎区的宽度、塑性区的宽度、弹性区的宽度、煤层巷道上覆岩层平均容重、煤层巷道埋深以及煤层巷道层位确定煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力；所述煤层巷道层位包括：全煤巷道、顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道和顶板-煤层-底板巷道；
根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数，进而根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力以及煤层巷道之间的煤体稳定性系数确定第二间距；所述第二间距为考虑煤层巷道围岩稳定性的间距；
根据第一间距和第二间距确定防冲间距。
2.根据权利要求1所述的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法，其特征在于，所述根据煤层巷道的尺寸确定煤层巷道的当量半径，并根据当量半径确定第一间距，具体包括：
利用公式
确定煤层巷道的当量半径；
利用公式
确定第一间距；
其中，r为当量半径，a为煤层巷道的宽，b为煤层巷道的高，d1为第一间距，Δ为避免相互干扰条件下巷道保安系数，Δ≥1。
3.根据权利要求2所述的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法，其特征在于，所述根据煤层巷道围岩的破碎区的宽度、塑性区的宽度、弹性区的宽度、煤层巷道上覆岩层平均容重、煤层巷道埋深以及煤层巷道层位确定煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力，具体包括：
利用公式
确定煤层巷道围岩的支承应力；
当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定煤层巷道围岩的承载能力；
当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定煤层巷道围岩的承载能力；
其中，px为煤层巷道围岩的支承应力，k为煤层巷道围岩支承应力集中系数，γ为煤层巷道上覆岩层平均容重，H为煤层巷道埋深，ρ为破碎区的宽度，s为塑性区的宽度，t为弹性区的宽度，x为巷道煤体距离煤壁的距离，ηmin为煤层巷道不同区域煤体破坏强度的最小相关性系数，ηmax为煤层巷道不同区域煤体破坏强度的最大相关性系数，σc为煤柱煤体的平均单轴抗压强度，σc′为煤层巷道煤岩的综合抗压强度。
4.根据权利要求3所述的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法，其特征在于，所述根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数，进而根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力以及煤层巷道之间的煤体稳定性系数确定第二间距，具体包括：
利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均支承应力；
当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均承载能力；
当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均承载能力；
利用公式
确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数；
当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定第二间距；
当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定第二间距；
其中，d2为第二间距，I为煤层巷道之间的煤体稳定性系数。
5.根据权利要求4所述的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法，其特征在于，所述根据第一间距和第二间距确定防冲间距，具体包括：
利用公式d＝max[d1，d2]确定防冲间距；
其中，d为防冲间距。
6.一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定系统，其特征在于，包括：
第一间距确定模块，用于根据煤层巷道的尺寸确定煤层巷道的当量半径，并根据当量半径确定第一间距；所述第一间距为考虑相互干扰条件下的煤层巷道的间距；
支承应力和承载能力确定模块，用于根据煤层巷道围岩的破碎区的宽度、塑性区的宽度、弹性区的宽度、煤层巷道上覆岩层平均容重、煤层巷道埋深以及煤层巷道层位确定煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力；所述煤层巷道层位包括：全煤巷道、顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道和顶板-煤层-底板巷道；
第二间距确定模块，用于根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数，进而根据煤层巷道围岩的支承应力和煤层巷道围岩的承载能力以及煤层巷道之间的煤体稳定性系数确定第二间距；所述第二间距为考虑煤层巷道围岩稳定性的间距；
防冲间距确定模块，用于根据第一间距和第二间距确定防冲间距。
7.根据权利要求6所述的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定系统，其特征在于，所述第一间距确定模块具体包括：
当量半径确定单元，用于利用公式
确定煤层巷道的当量半径；
第一间距确定单元，用于利用公式
确定第一间距；
其中，r为当量半径，a为煤层巷道的宽，b为煤层巷道的高，d1为第一间距，Δ为避免相互干扰条件下巷道保安系数，Δ≥1。
8.根据权利要求7所述的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定系统，其特征在于，所述支承应力和承载能力确定模块具体包括：
支承应力确定单元，用于利用公式
确定煤层巷道围岩的支承应力；
承载能力第一确定单元，用于当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定煤层巷道围岩的承载能力；
承载能力第二确定单元，用于当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定煤层巷道围岩的承载能力；
其中，px为煤层巷道围岩的支承应力，k为煤层巷道围岩支承应力集中系数，γ为煤层巷道上覆岩层平均容重，H为煤层巷道埋深，ρ为破碎区的宽度，s为塑性区的宽度，t为弹性区的宽度，x为巷道煤体距离煤壁的距离，ηmin为煤层巷道不同区域煤体破坏强度的最小相关性系数，ηmax为煤层巷道不同区域煤体破坏强度的最大相关性系数，σc为煤柱煤体的平均单轴抗压强度，σc′为煤层巷道煤岩的综合抗压强度。
9.根据权利要求8所述的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定系统，其特征在于，所述第二间距确定模块具体包括：
平均支承应力确定单元，用于利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均支承应力；
平均承载能力第一确定单元，用于当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均承载能力；
平均承载能力第二确定单元，用于当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定相邻的煤层巷道围岩的平均承载能力；
煤体稳定性系数确定单元，用于利用公式
确定煤层巷道之间的煤体稳定性系数；
第二间距第一确定单元，用于当煤层巷道层位为全煤巷道时，利用公式
确定第二间距；
第二间距第二确定单元，用于当煤层巷道层位为顶板-煤层巷道、底板-煤层巷道或顶板-煤层-底板巷道时，利用公式
确定第二间距；
其中，d2为第二间距，I为煤层巷道之间的煤体稳定性系数。
10.根据权利要求9所述的一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定系统，其特征在于，所述防冲间距确定模块具体包括：
防冲间距确定单元，用于利用公式d＝max[d1，d2]确定防冲间距；
其中，d为防冲间距。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210909003.1A CN115288789A (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210909003.1A CN115288789A (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115288789A true CN115288789A (zh) | 2022-11-04 |
Family
ID=83826469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210909003.1A Pending CN115288789A (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115288789A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117662192A (zh) * | 2023-11-28 | 2024-03-08 | 华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心) | 一种深锚浅抗巷道底鼓和煤柱稳定性优化控制方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104594899A (zh) * | 2014-11-24 | 2015-05-06 | 山西潞安环保能源开发股份有限公司 | 一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法 |
| CN111460564A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-07-28 | 安徽理工大学 | 深井冲击煤层充填工作面区段煤柱宽度的确定方法 |
| CN114427461A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-05-03 | 安徽理工大学 | 一种厚硬关键层条件沿空工作面合理宽度确定方法及系统 |
| CN114526073A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-05-24 | 中国矿业大学 | 一种两侧充分采动采区上山防冲煤柱设计方法及采矿方法 |
-
2022
- 2022-07-29 CN CN202210909003.1A patent/CN115288789A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104594899A (zh) * | 2014-11-24 | 2015-05-06 | 山西潞安环保能源开发股份有限公司 | 一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法 |
| CN111460564A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-07-28 | 安徽理工大学 | 深井冲击煤层充填工作面区段煤柱宽度的确定方法 |
| CN114427461A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-05-03 | 安徽理工大学 | 一种厚硬关键层条件沿空工作面合理宽度确定方法及系统 |
| CN114526073A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-05-24 | 中国矿业大学 | 一种两侧充分采动采区上山防冲煤柱设计方法及采矿方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张明等: "基于巷道支承应力转移的自发型冲击失稳与防控研究", 采矿与安全工程学报, vol. 39, no. 4, 15 July 2022 (2022-07-15), pages 720 - 730 * |
| 张明等: "浅埋复采工作面厚硬岩层–煤柱结构模型及其稳定性研究", 岩石力学与工程学报, vol. 38, no. 1, 31 January 2019 (2019-01-31), pages 87 - 100 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117662192A (zh) * | 2023-11-28 | 2024-03-08 | 华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心) | 一种深锚浅抗巷道底鼓和煤柱稳定性优化控制方法 |
| CN117662192B (zh) * | 2023-11-28 | 2024-07-02 | 华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心) | 一种深锚浅抗巷道底鼓和煤柱稳定性优化控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10989051B2 (en) | Multi-section non-pillar staggered protected roadway for deep inclined thick coal seam and method for coal pillar filling between sections | |
| CN209761499U (zh) | 顶板水压致裂多参量综合监测系统 | |
| CN106894816A (zh) | 基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷方法 | |
| CN109184762B (zh) | 一种用于特厚煤层的锚杆改性围岩防冲击地压方法 | |
| CN104832198A (zh) | 巷道围岩变形、冲击矿压、煤与瓦斯突出综合治理方法 | |
| CN108776065B (zh) | 一种采动诱导采空区侧向硬顶失稳产生的动载预测方法 | |
| CN109899109B (zh) | 非规则采空区的注浆充填方法 | |
| CN113530545B (zh) | 孤岛工作面覆岩隔离注浆充填开采方法 | |
| CN105156110A (zh) | 一种动力灾害矿井采区巷道结构及其开拓方法 | |
| AU2020202743B2 (en) | Strip support method by using filler and residual coal pillar in irregular goaf | |
| CN111255453A (zh) | 一种缩小地下采矿区地表沉陷范围的方法 | |
| CN115288789A (zh) | 一种保护煤柱内煤层巷道的防冲间距确定方法及系统 | |
| Xingen et al. | Study and application of roof cutting pressure releasing technology in retracement channel roof of Halagou 12201 working face | |
| CN107762511A (zh) | 一种切顶充填临近采空区的类条带式采煤方法 | |
| CN107798184B (zh) | 一种采空区临界大冒落跨度及时间的确定方法 | |
| CN113756808A (zh) | 一种急倾斜特厚硬煤层爆破和大直径钻孔联合卸压方法 | |
| CN116258000B (zh) | 一种人造解放层防冲方法 | |
| CN116167223B (zh) | 一种人造解放层确定方法 | |
| CN116049964B (zh) | 一种新建矿井人造解放层防冲方法 | |
| CN115929304B (zh) | 一种回采工作面人造解放层防冲方法 | |
| CN116050171B (zh) | 一种掘进巷道人造解放层防冲方法 | |
| CN215979369U (zh) | 一种煤矿冲击地压防治系统 | |
| CN114036868B (zh) | 基于采动覆岩渗流隔离带稳定的充填体临界参数确定方法 | |
| CN116556921A (zh) | 一种“卸压--抽采--监测”一体化的定向钻孔布置方法 | |
| CN109488363A (zh) | 一种高抽巷采动合理位置的确定方法及装置 |
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 |