[发明专利]回采巷道临界宽度的确定方法

说明书

本发明提供一种回采巷道临界宽度的确定方法，首先，确定普氏拱理论的主要参数；而后，计算回采巷道围岩压力；最后再确定回采巷道临界宽度。以有效控制破碎覆岩回采巷道变形，根据其赋存特征采用“工”字钢架棚支护技术，分析破碎覆岩普氏拱结构的形成原理和研究回采巷道临界宽度。本发明属于巷道施工技术领域。

技术领域

本发明提供一种巷道宽度确定方法，属于巷道施工技术领域。

技术背景

复杂条件下围岩物理力学特性与其赋存环境有直接关系。当巷道遇到破碎带、断层带、节理发育地段以及采动影响时，岩体强度大大降低，巷道开挖后，巷道围岩呈现不稳定变形和破坏，给煤矿安全生产带来极大威胁。为有效解决破碎覆岩回采巷道出现的工程问题，巷道的支护形式和掘进尺寸是关键。巷道的掘进宽度应小于巷道的临界宽度，即满足生产设备等正常使用条件下的最大开挖宽度。

巷道临界宽度受工程地质条件、巷道形状、巷道支护等因素的影响。对于较完整的巷道围岩，普通的锚杆、锚索联合支护基本上能够解决实际工程问题，减小顶板事故的发生。但破碎覆岩条件下须考虑传统的架棚支护，如果仍采用普通围岩巷道宽度掘进，则容易形成巷道局部冒顶、两帮不稳定、围岩变形大、支护困难等问题。

在破碎覆岩回采巷道中，坍塌和松动是产生围岩压力的主要因素，松动压力是主要的围岩压力。巷道围岩压力直接影响支护的形式和参数，进而影响破碎覆岩条件下回采巷道的临界宽度。所以，研究架棚支护下破碎覆岩回采巷道临界宽度具有一定的理论价值和实用意义。

发明内容

本发明的目的是为了有效控制破碎覆岩回采巷道变形，根据其赋存特征采用“工”字钢架棚支护技术，分析破碎覆岩普氏拱结构的形成原理和研究回采巷道临界宽度。

为解决上述问题，拟采用这样一种回采巷道临界宽度的确定方法，包括如下步骤：

步骤一，确定普氏拱理论的主要参数：

(1)确定岩石的坚固性系数与换数内摩擦角

(2)确定普氏拱宽度和高度

确定压力拱的跨度和拱高之后，整个压力拱的形态也即完全确定下来，进而能够确定出巷道顶部不同位置处的荷载集度，为确定巷道临界宽度的计算提供依据；

步骤二，计算回采巷道围岩压力：最大荷载集度按qmax＝knγh进行计算，其中:qmax为拱顶最大荷载集度，kN/m；k为架棚安全系数；n为棚间距，m；γ为破碎围岩容重，kN/m3；

步骤三，确定回采巷道临界宽度

为确定破碎覆岩条件下回采巷道临界宽度，需要求出普氏拱的高度，由拱高确定最大荷载集度和支护参数，根据煤矿所用工字钢的屈服强度和棚间距来反演出巷道的临界宽度。

前述方法中，确定岩石的坚固性系数与换数内摩擦角的具体方法如下：

根据实验室所做煤样试验，得岩石单轴抗压强度Rc，由于煤层底分层受顶分层工作面的采动影响，顶煤较破碎，煤岩体力学参数修正系数按1/2考虑，从而有：