[发明专利]一种阻隔邻空区瓦斯渗流的窄煤柱宽度确定方法

说明书

一种阻隔邻空区瓦斯渗流的窄煤柱宽度确定方法是通过钻孔取样采集煤岩样，并测出煤岩样的力学参数，进而获得工作面基本顶的初次来压步距，建立数值计算模型，在所建模型边界施加相应约束与载荷，并沿采空区边缘留宽度煤柱，按照沿空巷道设计、模拟开采、计算，直至工作面煤壁所在平面对应煤柱所在位置回采侧破碎区的厚度和回采侧破碎区的厚度复合要求时，得到窄煤柱采空侧破碎区的厚度和回采侧破碎区的厚度。本发明克服了窄煤柱留设中只注重其稳定性而忽略煤柱对采空区瓦斯的阻隔效果之不足，充分考虑煤柱内稳定区的几何参数对维护沿空巷道围岩稳定与阻隔邻空区瓦斯向回采空间渗流的作用，使所留设窄煤柱具备上述两种功能。

技术领域

本发明涉及一种沿空留巷窄煤柱宽度确定方法，尤其是一种阻隔邻空区瓦斯渗流的窄煤柱宽度确定方法。

背景技术

窄煤柱护巷具有煤炭资源回收率高、经济及社会效益好等优势。但高瓦斯矿井开采中，为防止窄煤柱在采空区侧向支承压力及本工作面回采时超前支承压力叠加作用下被压裂，导致邻空区瓦斯进入回采空间，带来安全隐患，对窄煤柱护巷持谨慎态度，这就阻碍了窄煤柱护巷技术的推广。因此，在高瓦斯矿井窄煤柱沿空布置中，窄煤柱合理宽度的确定不仅要有利于维护沿空巷道围岩稳定，而且还必须能够有效阻隔相邻采空区的瓦斯进入回采空间。

窄煤柱合理宽度确定在公开的发明专利有，公开号为CN104594899A发明专利“一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度确定方法”，其从维护巷道稳定角度出发，综合考虑窄煤柱宽度与基本顶断裂位置关系，给出窄煤柱合理宽度确定方法，但未将隔绝邻空区瓦斯渗流作为对窄煤柱宽度确定的影响因素。公开号为CN106089207A的发明专利“特厚煤层沿空掘巷窄煤柱留设方法”，其在窄煤柱回采侧用所安设锚杆兼作配筋并浇筑混凝土形成类似挡土墙的人工构筑物，以维护巷道稳定，但该种刚性人工构筑物易在煤柱变形过程中产生拉应力而开裂，失去其应有功能。公开号CN105422128A的发明专利“一种深井沿空掘巷防采空区瓦斯渗流方法”，是通过中空注浆锚索向窄煤柱内注浆封堵其中裂隙及喷射柔性混凝土喷层以达到防止采空区瓦斯渗流的目的，但存在工序多、成本高之不足。

发明内容

本发明是解决窄煤柱不适应高瓦斯矿井的问题，提供一种有效阻隔邻空区瓦斯向回采空间渗流的窄煤柱宽度确定方法，采用数值模拟、理论计算的方法确定窄煤柱合理宽度，不仅能维护沿空巷道围岩稳定，而且可有效阻隔邻空区瓦斯向回采空间渗流。

本发明的上述目的是通过以下方案实现的。

一种阻隔邻空区瓦斯渗流的窄煤柱宽度确定方法，所述窄煤柱宽度确定方法是按下列步骤进行的：

（一）通过钻孔取样方法，在现场采集工作面煤层、顶板及底板岩层的煤岩样；

（二）将步骤（一）采集的煤岩样在实验室加工成标准煤岩试件，用岩石力学强度测试设备测出煤岩样的力学参数；

所述煤岩样力学参数是指单轴抗压强度、单轴抗拉强度、抗剪强度、泊松比、弹性模量、内聚力、内摩擦角、体积模量和剪切模量，煤岩样剪切模量和体积模量是通过以下公式计算：

式中：G—剪切模量，MPa；K—体积模量，MPa；E—弹性模量，MPa；μ—泊松比；

（三）采用现场矿山压力实测方法，获得工作面基本顶的初次来压步距L；

（四）根据工作面地质钻孔柱状图提供的煤岩层相应厚度与步骤（二）的所建煤层、顶板及底板岩石力学参数，建立数值计算模型；