[发明专利]一种特厚煤层沿空掘巷紧张接替的定量解决方法

权利要求书

1.一种特厚煤层沿空掘巷紧张接替的定量解决方法，其特征在于，分为如下步骤：

第一步，以基本顶下沉量为指标，确定沿空巷道开掘时间T₁

步骤1.1)现场调研与室内实验

调研基本顶、直接顶、煤体厚度和煤层采出率；实验室测得直接顶与煤体碎胀系数，基本顶岩层的弹性模量与粘性模量；

步骤1.2)基本顶最大下沉量计算

考虑到特厚煤层开采过程煤体采出率低及煤、岩体碎胀特性、强度差异性，近25％未采出的煤体将随直接顶一起冒落并抑制基本顶下沉，据此确定基本顶的最大下沉量W_max，其表达式如下：

W_max＝M+∑h-∑h·k₁-(1-α)M·k₂ (1)

式中，M为开采煤层厚度，∑h为直接顶岩层厚度，k₁为冒落岩体的碎胀系数，k₂为碎裂煤体的碎胀系数，α为顶煤放出率，15m以上特厚煤层α＝75％；

15m以上特厚煤层开采过程中，基本顶沉降的动态方程表达式如下：

式中，q_Z为基本顶所受到的岩层载荷，l_m为基本顶的断裂步距，E和η为基本顶的弹性模量与粘性模量，F为冒落煤岩体的综合抗压强度；F的关系式如下：

式中，F₁为冒落岩体的抗压强度，F₂为冒落顶煤的抗压强度；

动态方程(2)属于指数函数，其导数表示基本顶下沉速率；由指数函数特点可知，随着时间增大，基本顶下沉速率将逐渐减小，即当基本顶下沉量达到某一临界指标时，基本顶下沉速率将大幅降低并趋近于0；结合大量工程实践经验，以基本顶最大下沉量的70％作为临界指标，当基本顶下沉量达到70％W_max临界指标时，基本顶下沉运动将趋于缓慢并稳定，运动速率低，不会再发生剧烈结构性运动，对下位岩体稳定性影响小，即

第二步，以巷道围岩应力变化为时间指标，确定沿空巷道开掘时间T₂

步骤2.1)在特厚煤层工作面侧向建立一个监测测站，测站应位于相邻工作面系统内，通过无线、有线或者人工方法监测围岩应力变化；

步骤2.2)在测站断面内安装应力监测设备，保证设备实时监测围岩应力变化；

步骤2.3)监测自工作面经过测站开始，直至巷道围岩应力趋于稳定时结束，以工作面推进时间为横坐标，应力值为纵坐标，绘制曲线图；

步骤2.4)分别确定顶板与帮部应力最大值σ_max1、σ_max2；

步骤2.5)确定围岩应力均达到最大值σ_max后又降低至80％σ_max，所需要的时间T₂；

第三步，确定合理的沿空巷道开掘时间T

步骤3.1)确定基本顶当量参数P、煤体当量参数σ

基本顶当量参数P是对岩体力学性能的综合评价，其表达式如下：

P＝241.3ln(c₀)-15.5N+52.6h_m (5)

式中，c₀为基本顶初次来压步距、N直接顶充填系数、h_m为煤层采高；ln为自然对数函数的表示符号；

煤体当量参数σ是对岩体力学性能的综合评价，其表达式如下：

式中，σ_c为煤体单轴抗压强度，GSI为煤体裂隙发育程度系数，D为采动影响指数，m_i为煤体常量；s为反映煤体力学性质的系数；

步骤3.2)确定权重系数

根据基本顶当量参数P与煤体当量参数σ确定两指标相应的权重a、b，其中a为T₁占的权重，b为T₂占的权重；

步骤3.3)计算合理掘进时间

将权重因子a、b组成矩阵A

第一、二步得出的沿空巷道开掘时间T₁，T₂组成矩阵B

计算合理的沿空巷道开掘时间T

2.根据权利要求1所述的一种特厚煤层沿空掘巷紧张接替的定量解决方法，其特征在于，步骤2.2)中，监测设备包括外挂式应力设备和内置式应力计，通过外挂式的应力设备，监测顶板压力；同时通过内置式的应力计，监测帮部煤体应力。