[发明专利]边角煤短壁连采巷道布置与煤柱留设方法

摘要

本发明公开了边角煤短壁连采巷道布置与煤柱留设方法，该发明根据三种典型的覆岩结构提出了三种煤柱布置方法，分别为块段宽煤柱布置方法、块段窄煤柱布置方法以及块段无煤柱布置方法。该边角煤短壁连采巷道布置与煤柱留设方法，较之传统短壁连采技术的巷道布置和煤柱留设方法，减小了煤柱尺寸，提高了资源回收率，实现了顶板的本质安全性，有效控制顶板安全，优化巷道布置系统，减小巷道掘进和维护量，降低煤炭自燃发火危险性。

主权项

边角煤短壁连采巷道布置与煤柱留设方法，其特征在于，①在煤层自燃发火期短，需要及时封闭采空区，煤层赋存条件为厚基岩薄松散层或厚基岩厚松散层中，采用块段宽煤柱布置方法，该方法步骤如下：步骤1：各个块段间留设宽的隔离煤柱，煤柱宽度B1的范围为10～15m,其中B1的具体数值由公式(1)计算得出，煤柱能够支撑住上覆岩层，并长期保持稳定，同时能够有效隔离上一块段采空区；步骤2：根据关键层的初次垮落步距确定第一块段长度L1及支巷数目，其中L1的具体数值由公式(2)计算得出，其后各个块段长度同第一块段长度L1相同；步骤3：每个块段回采完毕后，及时在运煤平巷和辅运平巷施工密闭，隔离采空区；其中煤柱宽度B1的计算公式为：B1=Hγ-0.778Rc+(0.778Rc-Hγ)2+4×0.222Rch×(DHγ-D2γcotδ4)2×0.222Rch,---(1)]]>式(1)中，D为采空区宽度，单位是m；δ为上覆岩层垮落角；Rc为煤块单轴抗压强度，单位是MPa；h为煤柱高度,单位是m；γ为岩层的平均容重，单位是kN/m3；H为煤柱埋深,单位是m；第一块段长度L1的计算公式为：式(2)中，b为边角煤宽度，单位是m；lm为岩层的步距准数，其中h为岩层厚度，单位为m；σt为岩层抗拉强度，单位为MPa；q为岩层上覆载荷,单位为kN；ν为岩层的泊松比；m为煤柱高度,单位是m；A为侧压系数；c0分别为煤体与顶底板岩层交界面的内摩擦角与粘聚力；λ1为宽煤柱应力集中系数；γ为岩层的平均容重，单位是kN/m3；H为煤柱埋深，单位是m；Px为支架对巷帮的支护阻力，单位为kN，采空区一侧时取零；②在煤层不易自燃，中厚基岩中厚松散层中，采用块段窄煤柱布置方法，该方法步骤如下：步骤1：各个块段之间留设窄小煤柱，第一块段窄煤柱宽度B2的范围为5～10m，B2的具体数值由公式(3)计算得出，窄小煤柱在一侧的块段回采时保持稳定，同时隔离采空区，在其另一侧的块段回采完毕后，煤柱失稳、破坏，关键层破断运动；步骤2：根据关键层的初次垮落步距确定第一块段长度L1以及支巷数目，其中L1的具体数值由公式(2)计算得出；步骤3：其后的每个窄煤柱周期块段长度L2相同，L2的长度根据关键层的周期垮落步距确定，L2的具体数值由公式(4)计算得出；窄煤柱周期块段之间为周期块段窄煤柱，周期块段窄煤柱宽度B3的具体数值由公式(5)计算得出；其中第一块段窄煤柱宽度B2的计算公式为：式(3)中，H为煤柱埋深，单位是m；m为煤柱高度，单位是m；A为侧压系数；c0分别为煤体与顶底板岩层交界面的内摩擦角与粘聚力；λ1为宽煤柱应力集中系数；λ2为窄煤柱应力集中系数；γ为岩层的平均容重，单位是kN/m3；Px为支架对巷帮的支护阻力，单位为kN，采空区一侧时取零；窄煤柱周期块段长度L2的计算公式为：式(4)中，H为煤柱埋深，单位是m；b为边角煤宽度，单位是m；lm为岩层的步距准数，其中h为岩层厚度，单位为m，σt为岩层抗拉强度，单位为MPa；q为岩层上覆载荷，单位为kN；ν为岩层的泊松比；m为煤柱高度，单位是m；A为侧压系数；c0分别为煤体与顶底板岩层交界面的内摩擦角与粘聚力；λ2为窄煤柱应力集中系数；γ为岩层的平均容重，单位是kN/m3；Px为支架对巷帮的支护阻力，单位为kN，采空区一侧时取零；周期块段窄煤柱宽度B3的计算公式为：式(5)中，H为煤柱埋深，单位是m；m为煤柱高度，单位是m；A为侧压系数；c0分别为煤体与顶底板岩层交界面的内摩擦角与粘聚力；λ2为窄煤柱应力集中系数；γ为岩层的平均容重，单位是kN/m3；Px为支架对巷帮的支护阻力，单位为kN，采空区一侧时取零；③在煤层不易自燃、直接顶稳定性较差且厚度大、基本顶来压不明显、厚松散层薄基岩中，采用块段无煤柱布置方法，该方法步骤如下：步骤1：由于首采块段引起的超前支承压力较高，在首采块段和第二块段间留设窄煤柱，第一块段窄煤柱宽度B2的具体数值由公式(3)计算得出，煤柱在首采块段回采完毕时保持稳定性，能够隔离采空区，支撑其上方顶板；步骤2：在第二块段回采完毕后，煤柱失稳，在之后的各个块段完全取消煤柱，实现覆岩呈现类似长壁开采面的周期性破断运动；步骤3：根据关键层初次垮落步距确定第一块段长度L1以及支巷数目，其后各个无煤柱周期块段长度L3根据周期来压步距确定，其中L1的具体数值由公式(2)计算得出，L3的具体数值由公式(6)计算得出；其中无煤柱周期块段长度L3的计算公式为：式(6)中，b为边角煤宽度，单位是m；lm为岩层的步距准数，其中h为岩层厚度，单位为m；σt为岩层抗拉强度，单位为MPa；q为岩层上覆载荷，单位为kN；ν为岩层的泊松比；m为煤柱高度，单位是m；A为侧压系数；c0分别为煤体与顶底板岩层交界面的内摩擦角与粘聚力；λ2为窄煤柱应力集中系数；γ为岩层的平均容重，单位是kN/m3；H为煤柱埋深，单位是m；Px为支架对巷帮的支护阻力，单位为kN，采空区一侧时取零。