[发明专利]一种工作面回采巷道开掘区域优化方法

说明书

本发明公开了一种工作面回采巷道布置方法，现场在联络巷中钻取煤体样本，实验室内制作标准岩石测试块体，采用伺服系统测取岩石测试块体单轴压缩强度和弹性模量；按照相似比例制作岩石块体，并将其分为若干组；利用釆动应力试验系统，对各组岩石块体上施加非均布载荷，分别在各组岩石块体不同位置钻取圆形巷道圆孔；利用声发射系统和数字散斑系统，追踪和定位裂隙的扩展路径及变形规律。根据圆孔破坏监测结果，判定巷道最优布置位置。本发明的有益效果是巷道布置设计更加合理，与现场情况吻合程度更高，可大大降低各类回采巷道灾害事故。

技术领域

本发明属于煤矿技术领域，涉及一种减小护巷煤柱，改善巷道围岩环境，巷 道布置优化方法。

背景技术

能源体系建设是国民经济发展与社会进步的基础，是实现智能化生产、生活 的重要保障。我国是一个富煤、少油、缺气的国家，煤炭资源被迫作为我国的基 础能源，在我国能源结构中所占比重超过60％的现状将长期存在。长期以来，煤 矿事故灾害是威胁煤炭安全高效生产的重要因素。据统计，煤矿事故90％发生在 巷道，巷道事故中，90％发生在回采巷道，回采巷道事故中，90％发生在沿空回 采巷道。全国每年产煤40亿吨，每年近万个工作面开采，煤巷长约13000公里， 3年绕地球转一圈。回采巷道的安全是煤矿安全工作的重中之重。

目前，回采巷道布置方法有以下两种：

(1)钱鸣高提出了采场上覆岩层在受开采影响而破断后形成的结构模式， 即“砌体梁”力学模型，创立了视老顶岩层为弹性基础上悬露板的力学模型，分析 了采场矿山压力分布特征。根据该理论，将下区段工作面布置在原始应力场中， 两个工作面之间留设大煤柱护巷。多年来，该理论在我国煤炭资源安全开采中发 挥了重要作用。

(2)宋振骐提出的“以岩层运动为中心”的“实用矿山压力理论体系”认为采 动后，分布在采场四周的支承压力分为“内应力场”和“外应力场”。力争避开应力 高峰，把巷道布置之已压酥破坏的稳定的“内应力场”中是实现巷道安全的重要方 法。该理论确定了回采巷道掘进的时空关系，为留小煤柱护巷的沿空掘巷方法顺 利实施奠定基础。该理论使回采巷道掘进方案由留大煤柱转变为小煤柱，由高应 力掘巷转变为低应力掘巷，是回采巷道安全理论一次重要转变。多年来，众多学 者根据该理论有效解决了回采巷道的安全问题。

以上两种巷道布置设计方法，在煤炭开采深度较浅时，运用上述两种方法， 巷道安全尚可得到控制，随着煤炭开采深度不断增加，煤体力学性能急剧衰减、 亏损，高冲击、强流变特征显著，巷道围岩很难得到完全有效控制，回采巷道动 力灾害突显。因此，不能粗略地从矿山压力分布情况确定巷道发生事故灾害的危 险程度，还需要进一步考虑相应煤体力学性能的衰减亏损特征，精细化分析各掘 巷区域巷道安全潜力，优化巷道布置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作面回采巷道开掘区域优化方法，本发明的有 益效果是巷道布置设计更加合理，与现场情况吻合程度更高，可大大降低各类回 采巷道灾害事故。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

a现场在联络巷中钻取内应力场，塑性区，应力高峰区，弹性区，原始应力 区位置煤体样本，并测取该位置岩石垂直应力；

b实验室内制作标准岩石测试块体，采用伺服系统测取岩石测试块体单轴压 缩强度和弹性模量；

c根据b中测取的不同物理参数，按照相似比例制作岩石块体，并将其分为 若干组；

d利用釆动应力试验系统，对各组岩石块体上施加非均布载荷，分别在各组 岩石块体不同位置钻取模拟巷道圆孔；

e利用声发射系统和数字散斑系统，追踪和定位裂隙的扩展路径及变形规律。

f根据圆孔破坏监测结果，判定巷道最优布置位置。