[发明专利]一种沿空掘巷时机的设计方法

说明书

本发明涉及一种沿空掘巷时机的设计方法，包括步分析矿井生产地质条件，计算关键块B的初始参数，包含煤壁至断裂位置的距离，关键块B悬顶长度，关键块B及上方岩层总重量，关键块B触矸时旋转下沉量、转角、煤壁和直接顶对关键块B的支护反力、铰接点Osubgt;1/subgt;处的水平推力Tsubgt;0/subgt;和剪力Qsubgt;a/subgt;、铰接点Osubgt;2/subgt;处的剪力Qsubgt;b/subgt;；计算铰接点Osubgt;1/subgt;的和力矩∑Msubgt;O1/subgt;，当∑Msubgt;O1/subgt;大于等于0时，关键块B已经稳定，可进行沿空掘巷；若∑Msubgt;O1/subgt;小于0，关键块B将发生旋转下沉，计算第i天后矸石受关键块B下沉的压缩变形和转角增量，求解矸石压缩变形产生的支护阻力，同时更新Psubgt;c/subgt;(i)、T(i)，然后重新判定∑Msubgt;O1/subgt;的大小，直至∑Msubgt;O1/subgt;大于等于0，方可进行沿空掘巷，本发明评价指标少而简单，应用性较强，可推广应用。

技术领域

本发明属于煤矿开采领域，可应用于采用沿空掘巷开采技术的各大矿井，尤其涉及一种沿空掘巷时机的设计方法。

背景技术

沿空掘巷是指沿工作面采空区边缘掘进巷道，沿空掘巷具有改善巷道维护环境、提高煤炭资源采出率、延长矿井服务年限等优点，已成功推广应用于我国各大矿区。为实现高产高效，许多开采薄煤层及中厚煤层矿井主要以提高工作面推进速度增产，而沿空巷道需在采空区覆岩稳定后掘进，极易形成采掘接续紧张局面。为此，如何有效判别覆岩结构稳定状态，精准确定掘巷时机和护巷煤柱宽度，缓解采掘接续压力、控制围岩稳定，是保证该类矿井安全高效开采的前提。采空区覆岩稳定状态对确定掘巷时机及维护巷道稳定至关重要，本方法依据静力学平衡方程提出一种指导确定沿空掘巷时机的判定方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的缺陷，原有技术无法对沿空掘巷时机进行确定，这给想要通过使用沿空掘巷这项技术的煤矿带来了困扰，本方法依据关键层理论建立了上覆岩层结构力学模型，并基于理论力学中的静力学平衡方程提出一种指导确定沿空掘巷时机的判定准则，可以为沿空掘巷时机的确定提供一定的理论依据。

考虑到采空区覆岩稳定主要与煤壁(柱)、矸石承载性能等因素有关，本方法建立了基于矸石压缩效应的沿空掘巷覆岩结构力学模型，定量分析了“煤壁(柱)-矸石”承载性能对覆岩结构稳定的控制效果，提出了覆岩稳定判别方法，研究成果可指导现场掘巷时机的确定，缓解采掘接续压力、控制巷道稳定，保证矿井安全高效生产。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种沿空留巷时机的设计方法，包括如下步骤：

S1)分析矿井生产地质条件和煤岩体力学参数，测量并计算关键块B的初始参数，包括煤壁至断裂位置的距离L₁，关键块B悬顶长度L₂、关键块B及上方岩层总重量R_b、关键块B触矸时旋转下沉量Δ₀、转角θ₀、煤壁和直接顶对关键块B的支护反力P_c0、关键块A和B铰接点O₁处的水平推力T₀和剪力Q_a、关键块B和C铰接点O₂处的剪力Q_b。

进一步地，煤壁至断裂位置的距离L₁由以下方程组联立求得：

其中，r_b为关键块B悬伸段载荷(含自重)，有r_b＝γh+γ′∑h，h和∑h分别为基本顶及其上方软弱岩层的厚度，γ、γ′分别为基本顶及其上覆软弱岩层的容重，R_t为基本顶抗拉强度。

进一步地，关键块B触矸时旋转下沉量Δ₀：