[发明专利]基于顶板断裂规律的局部加强间隔充填沿空留巷方法有效
申请号: | 202110935737.2 | 申请日: | 2021-08-16 |
公开(公告)号: | CN113530544B | 公开(公告)日: | 2022-05-10 |
发明(设计)人: | 王慧娴;孟巧荣;王朋飞 | 申请(专利权)人: | 太原理工大学 |
主分类号: | E21C41/18 | 分类号: | E21C41/18;E21D11/10;E21F17/103 |
代理公司: | 太原市科瑞达专利代理有限公司 14101 | 代理人: | 申艳玲 |
地址: | 030024 山西*** | 国省代码: | 山西;14 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 顶板 断裂 规律 局部 加强 间隔 充填 沿空留巷 方法 | ||
1.一种基于顶板断裂规律的局部加强间隔充填沿空留巷方法,其特征在于:根据煤矿长壁工作面开采基本顶初次断裂和周期性断裂规律,对顶板断裂处的关键区域进行沿空留巷充填体支护设计,顶板断裂线下方区域采用高强材料浇筑,顶板完整处的次要位置采用砂子矸石混合袋搭建;具体包括以下步骤:
第一步,设计长壁工作面及沿空留巷,确定充填墙体宽度;
第二步,计算确定基本顶初次来压步距a1、确定基本顶断裂位置x0,计算采场边缘基本顶弧形三角块B的初始断裂宽度Lb1,进而确定充填墙体位置正上方基本顶的初始断裂长度L1;
第三步,从开切眼开始,在端头支架后方每隔3-5m交替建造柔模混凝土以及砂子矸石混合袋充填墙体,调整各部分长度,使此段长度为0.8-0.9L1;
第四步,根据矿压理论计算弧形三角块B沿充填带长度方向上的周期来压步距a2;计算采场边缘基本顶弧形三角块B的周期断裂宽度Lb;进而计算确定充填墙体位置正上方基本顶的周期断裂长度L2;
第五步,紧接着在0.9L1至L1+0.25a2范围内,连续建造柔模混凝土墙体,提高基本顶初次破断裂缝下方的支撑能力;
第六步:基本顶初次破断岩块及裂缝处下方人工墙体建造完成后,而后随着顶板的周期性破断在支架后方每隔0.5a2间隔建造柔模混凝土和砂子矸石混合袋充填墙体,直至工作面开采结束;
第七步:采用风筒布、喷浆或涂料对采空侧人工墙体的墙帮进行密封。
2.根据权利要求1所述的基于顶板断裂规律的局部加强间隔充填沿空留巷方法,其特征在于:第一步中,根据地质条件、采煤设备、矿井生产能力确定长壁开采工作面倾向方向宽度和走向方向推进长度,并根据相邻工作面的矿压显现规律和巷道使用要求确定沿空留巷尺寸和充填墙体宽度。
3.根据权利要求1所述的基于顶板断裂规律的局部加强间隔充填沿空留巷方法,其特征在于:第二步中,计算出采场边缘基本顶弧形三角块B的初始断裂宽度Lb1,并通过计算确定出充填墙体位置正上方基本顶的初始断裂长度L1;基本顶初次垮落步距按照四边均为实体煤固支的板来计算:
式中,a1—基本顶初次断裂步距;b—工作面长度;lm—四边固支无限长板条的极限跨距,也称顶板的步距准数;
基本顶断裂位置位于煤壁内部,断裂位置可按弹塑性交界面计算,则利用式(2)可计算得出断裂线距煤壁的距离x0;
其中,式中m为采高;φ为内摩擦角;C为黏聚力;γ为重度;H为埋深;K为应力集中系数;p1为作用在煤帮的外部支护阻力;f为煤岩层交界面摩擦因数;三轴应力系数
采场边缘基本顶弧形三角块B的初始断裂宽度为:
将其简化为三角形,则根据式(1)-式(3)可得L1表达式为:
4.根据权利要求1所述的基于顶板断裂规律的局部加强间隔充填沿空留巷方法,其特征在于:第三步中,建造的人工墙体交替采用柔模混凝土和砂子矸石混合袋,即一段柔模混凝土墙为3-5m长,一段砂子矸石混合袋堆砌墙为3-5m长,交替连接。
5.根据权利要求1所述的基于顶板断裂规律的局部加强间隔充填沿空留巷方法,其特征在于:第四步中,计算采场边缘基本顶弧形三角块B的周期断裂宽度Lb,进而计算确定充填墙体上方基本顶的周期断裂长度L2;首先基本顶周期垮落步距a2按照一边采空、三边固支的板来计算:
基本顶边缘弧形三角块B的周期断裂长度Lb与老顶周期来压步距a2及区段宽度L有关,表达式为:
6.根据权利要求1所述的基于顶板断裂规律的局部加强间隔充填沿空留巷方法,其特征在于:第六步中,随着顶板的周期性破断在支架后方要求每隔0.5a2间隔建造柔模混凝土和砂子矸石混合袋充填墙体,直至工作面开采结束,要求每次的柔模混凝土充填带的中心位于顶板断裂线的正下方。
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