[发明专利]一种煤矿开采后期辅助通风巷道布置及围岩稳定控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿井通风系统优化和巷道布置方法，特别是一种煤矿开采后期辅助通风巷道布置及其围岩稳定性控制方法。

背景技术

煤矿生产后期通常都会出现矿井通风系统复杂、通风线路长、通风阻力增加、风量损失大的问题，尤其是对于深部高地温、高瓦斯矿井来说，通风效率低下、风量不足容易导致井下工人作业环境恶化并容易造成瓦斯爆炸等事故，不利于实现矿井的安全、高效生产。因此，优化矿井通风系统就成为煤矿开采后期亟待解决的问题之一。另外一方面，长期以来在煤矿长壁开采过程中多采用留设20～30m宽甚至更宽煤柱方式布置回采巷道，以隔离上区段工作面采动影响、维护巷道稳定。区段煤柱一般为矿井永久煤柱，工作面回采结束后不再回收，造成煤炭资源的大量浪费。

目前，国内外关于区段煤柱内掘巷及巷道围岩稳定性控制的研究很少，对两侧均沿空巷道的变形控制机理也鲜有文献报道；而在两侧工作面回采后，受侧向支承压力叠加影响，区段煤柱内应力集中程度较高，煤柱内巷道掘进、支护过程中矿压显现剧烈，巷道难维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿开采后期辅助通风巷道布置及围岩稳定控制方法，解决矿井开采后期通风系统复杂、通风线路长、通风阻力大、风量损失大的问题。

本发明的目的是这样实现的：控制方法是选取布置辅助通风巷道的区段煤柱，以理论分析、理论计算和数值模拟为手段，通过区段煤柱稳定性分析、煤柱内巷道位置布置方案优选、支护方案设计对巷道围岩进行有效控制；具体步骤为：

步骤一、确定布置辅助通风即进风或回风巷道的区段煤柱：

结合煤矿通风需求和采空区遗留区段煤柱的分布情况，初步设计几种可行的通风线路布置方案，通过计算各方案通风线路长度及风量损失，确定布置辅助通风巷道的区段煤柱；

步骤二、区段煤柱的稳定性分析：

结合煤矿现场地质及开采技术条件，包括煤层及其顶板、底板力学性质、煤岩层厚度、区段煤柱两侧工作面开采历史、采空区积水情况，对区段煤柱内应力、塑性区分布情况进行分析；结合理论计算和数值模拟，对区段煤柱的稳定性进行分析；

步骤三、区段煤柱内巷道布置方案优选：

根据垂直方向上巷道与煤层顶板的相对位置关系、水平方向上巷道与两侧采空区的相对距离，在三维空间上巷道布置存在四种方案：①沿煤层顶板掘进，留窄煤柱沿空掘巷；②沿煤层顶板掘进，巷道布置在煤柱中央；③沿煤层底板掘进，留窄煤柱沿空掘巷；④沿煤层底板掘进，巷道布置在煤柱中央；根据煤柱尺寸、顶底板条件、煤柱两侧工作面开采历史，结合理论计算和数值模拟研究确定辅助通风巷道布置的最优方案；

步骤四、巷道合理支护技术方案的确定：

根据煤柱及其顶底板条件、煤柱内应力及塑性区分布情况，结合数值计算和巷道围岩内部裂隙发育情况的钻孔探测结果，合理设计辅助通风巷道的支护技术方案，实现煤柱内强矿压巷道围岩稳定性的有效控制。

有益效果，由于采用了上述方案，保证辅助通风巷道在服务期内的安全、正常使用，满足矿井开采后期的通风需求，同时实现对区段煤柱煤炭资源的部分回收，提高资源采出率，对煤矿的可持续发展具有重要的现实意义。此方法的成功，为解决我国部分开采年限较长的煤矿在开采后期通风困难的问题提供了一条可行的技术途径，具有广阔的推广和应用前景。

针对煤矿开采后期矿井通风系统复杂、通风线路长、风阻大、风量损失大的问题，提出在采空区遗留区段煤柱布置辅助通风巷道的思路，不仅可以显著缩短通风线路长度、减小风量损失，同时煤柱内掘进巷道还可以多回收一部分煤柱资源，提高资源的采出率，并且可以为相关采区提供辅助运输等服务，可取得明显的技术、经济效益。

优点：本方法易于施行，成本低，且技术、经济效益显著。

附图说明：

图1是本发明辅助通风巷道布置示意图。

图2-1是本发明巷道在区段煤柱内布置第一方案示意图。

图2-2是本发明巷道在区段煤柱内布置第二方案示意图。

图2-3是本发明巷道在区段煤柱内布置第三方案示意图。

图2-4是本发明巷道在区段煤柱内布置第四方案示意图。

图3是本发明煤柱宽度很大时煤柱内弹塑性区及垂直应力第一分布示意图。

图4是本发明煤柱宽度很大时煤柱内弹塑性区及垂直应力第二分布示意图。

图5是本发明煤柱宽度较大时煤柱内弹塑性区及垂直应力第三分布示意图。

图6是本发明煤柱宽度较小时煤柱内弹塑性区及垂直应力第四分布示意图。