[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

说明书

本发明公开了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，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。该方法可巧妙地同时实现充分协调矿压规律与沿空留巷墙体构筑、节约充填材料、降低充填成本、保证沿空巷道隔绝采空区的效果并实现矸石固废资源化井下循环利用的目的。

技术领域

本发明涉及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，属于煤矿沿空留巷无煤柱开采技术领域。

背景技术

沿空留巷是取消长壁工作面区段煤柱的重要开采工艺，该方法目的是将巷道布置在固定支承压力降低区内以避免支承压力带来的巷道维护困难的问题，同时可大幅提高回采率、减少巷道掘进量、改善采掘接替紧张、延长矿井服务年限、提高矿井开采效益。该工艺将上区段工作面回采巷道通过构筑人工墙体，将其保留下来供下区段工作面回采使用。

沿空留巷的关键在于将巷道变形控制在可控范围内，同时不违背“给定变形”规律，其次是人工构筑的墙体能够保证巷道的采空区隔绝效果。然而目前大部分矿井过度追求顶板支护效果，违背“给定变形”的规律，过度追求构筑墙体强度，造成墙体材料要求高，构筑费事费时。其次，沿空留巷留设时，构筑的人工墙体也不考虑顶板的断裂规律，目前墙体全长均是采用同一种尺寸的模具、同种强度的材料进行浇筑，未考虑顶板破断块度破断位置等矿压显现规律，盲从且无序。事实上，顶板断裂有规律可循，沿空留巷墙体的构筑只需着重考虑关键位置即可满足巷道的留设和维护要求。

发明内容

本发明旨在提供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，该方法可巧妙地同时实现充分协调矿压规律与沿空留巷墙体构筑、节约充填材料、降低充填成本、保证沿空巷道隔绝采空区的效果并实现矸石固废资源化井下循环利用的目的。

本发明原理：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。

本发明提供了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，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；

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；

第二步，计算确定基本顶初次来压步距a₁(也即基本顶弧形三角块B的初始断裂长度)、确定基本顶断裂位置(即断裂线距煤壁的距离)x₀，计算采场边缘基本顶弧形三角块B的初始断裂宽度L_b1，进而确定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；l_m—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；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：