[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

说明书

本发明涉及一种特厚煤层沿空掘巷紧张接替的定量解决方法,1)以基本顶下沉量为指标，确定沿空掘巷开掘时间T₁,2)以巷道围岩应力变化为时间指标，确定合理开掘时间T₂,3)确定合理的沿空巷道开掘时间T。本发明在充分考虑煤、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；引入巷道围岩应力变化作为附加指标，形成了沿空巷道开掘时间的双指标体系；以最大基本顶下沉值的70％、最大应力的80％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，得出沿空巷道开掘时间，既能保证沿空巷道围岩安全稳定，又能有效减少了特厚煤层沿空掘巷时间，保障了采掘正常接替。

技术领域

本发明涉及煤矿巷道掘进支护领域，尤其涉及一种特厚煤层沿空掘巷紧张接替的定量解决方法。

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。一般而言，沿空掘巷是在相邻采空区上覆岩层运动终止后，沿采空区边缘低应力区掘进的巷道；在薄及中厚煤层中，沿空巷道一般在上工作面回采结束4～6个月后开掘。但在特厚煤层开采过程中，由于特厚煤层综放开采引起的覆岩运动范围大且稳定周期长，即便于上工作面回采结束12～16个月后开始掘巷，覆岩运动仍无法充分稳定，较长的稳定时间造成矿井采掘接替困难，效益骤降，如何确定一种能减少掘巷准备时间、实现正常采掘接替的沿空巷道开掘时间定量判断方法，对于特厚煤层安全高产高效开采具有重要意义。

大量理论研究与工程实践已表明，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。以沿空巷道开掘时间为例，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；然而对于特厚煤层而言，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。