[发明专利]基于双指标权重法的特厚煤层沿空煤巷开掘时间设计方法

说明书

本发明涉及一种基于双指标权重法的特厚煤层沿空煤巷开掘时间设计方法，1)以基本顶下沉量为指标，确定沿空掘巷开掘时间Tsubgt;1/subgt;，2)以巷道围岩变形速率为时间指标，确定合理开掘时间Tsubgt;2/subgt;，3)确定合理的沿空巷道开掘时间T。在充分考虑煤、岩体的差异性的基础上得出基本顶下沉量与覆岩运动稳定时间，更加符合现场实际，结果更加准确；引入巷道围岩变形速率作为附加指标，形成沿空煤巷开掘时间的双指标体系；提出最大基本顶下沉值的70％、围岩变形速率4mm/天作为巷道开掘时间的评价指标，并根据具体地质条件确定两者所占的权重比例，综合得出沿空巷道开掘时间，保证沿空巷道围岩安全稳定，减少特厚煤层沿空掘巷时间，保障采掘正常接替。

技术领域

本发明涉及煤矿巷道掘进、支护领域，尤其涉及一种基于双指标权重法的特厚煤层沿空煤巷开掘时间设计方法。

背景技术

窄煤柱沿空掘巷是指在相邻采空区上覆岩层运动终止及其引起的应力重分布趋于稳定的条件下，通过在采空区边缘留设3～5m窄煤柱而保存下来的巷道。当前，窄煤柱沿空掘巷主要在薄煤层及中厚煤层中推广使用，其中薄煤层是指单层厚度小于1.3m的煤层，中厚煤层是指单层厚度大于1.3m小于3.5m的煤层。而在厚及特厚煤层开采过程中，窄煤柱沿空掘巷应用较少，多采用留设20～30m宽煤柱的护巷方式，其中厚煤层是指单层厚度大于3.5m小于8.0m的煤层，特厚煤层是指煤体厚度大于8.0m的煤层。近年来，为了提高煤炭采出率，窄煤柱沿空掘巷技术开始在厚及特厚煤层中使用，然而大量理论研究与工程实践表明，当煤层厚度小于6.0m时，沿空掘巷实施过程的理论、技术、工艺可以借鉴或沿用已有薄及中厚煤层沿空掘巷理论与技术。但随着煤层厚度进一步增大，覆岩运动规律及其引起的应力场开始发生显著变化，特别是当煤层厚度超过15m时，沿空掘巷过程中的岩层移动及应力、位移变化与薄及中厚煤层迥然不同，现有薄及中厚沿空掘巷理论、技术、工艺无法在该条件下使用。

下面以沿空巷道开掘时间为例进行说明，众所周知，沿空掘巷的开掘时间是确保沿空巷道围岩稳定、保证采掘正常接替的关键因素，现有研究多以基本顶下沉量作为沿空巷道开掘时间的单一评价指标，即在顶板下沉量达到最大值时开掘巷道，其中，基本顶下沉量是基于薄及中厚煤层的地质生产条件推导得出的，即煤层可以全部采出的条件下，以冒落的岩石特性计算基本顶下沉量；然而对于15m以上特厚煤层，其多通过综放开采方式进行煤炭回采，由于综放开采技术的局限性，有近四分之一的煤层(厚度大于4m)是无法采出的，其将随着岩石一起冒落到采空区，由于碎裂煤体与冒落岩体在碎胀性、强度方面的显著差异，其将显著减缓的基本顶沉降趋势(约减少35％～45％基本顶下沉量)。若采用已有的理论计算方法，即忽略煤、岩在碎胀性与强度方面的差异性，由此计算出的顶板沉降特征及沿空巷道开掘时间将与生产实践严重不符。因此，亟需提出一种针对特厚煤层沿空巷道开掘时间的理论研究方法。

通过大量文献检索发现，目前尚未有关于15m以上特厚煤层沿空巷道开掘时间的理论研究及实践报告。在当前15m以上特厚煤层工程实践中，沿空巷道开掘时间常用的两种确定方法：一是待覆岩运动充分稳定后，即12～16个月后开掘巷道，这种做法可保证沿空巷道围岩稳定性，巷道维护状态较好，但严重影响矿井正产接替，造成矿井接续困难、效益骤降。二是沿用传统4～6月掘巷时间，即相邻工作面回采结束后4～6月便开始掘巷，此做法可保证正常采掘接替，但由于覆岩运动尚未充分稳定，将造成下位沿空巷道严重变形失稳。因此，如何确定一种既能保证沿空巷道围岩稳定性，又能实现正常采掘接替的沿空巷道开掘时间确定方法，对于15m以上特厚煤层安全高产高效开采具有重要意义。