[发明专利]一种煤矿开采后期辅助通风巷道布置及围岩稳定控制方法

摘要

一种煤矿开采后期辅助通风巷道布置及围岩稳定控制方法，属于矿井通风系统优化和巷道布置方法。方法(1)确定布置辅助通风即进风或回风巷道的区段煤柱；(2)区段煤柱的稳定性分析；(3)区段煤柱内巷道布置方案优选；(4)巷道合理支护技术方案的确定。该方法针对煤矿开采后期通风线路长、通风阻力大、风量损失大的问题，通过在采空区遗留区段煤柱内布置辅助通风巷道以缩短矿井通风线路长度、减小风损。优点将通风巷道布置在采空区遗留区段煤柱内，不仅大大缩短了煤矿开采后期的通风线路长度、减小了风量损失，同时巷道掘进多采出的煤炭也提高了资源采出率、增加了企业的经济效益；满足矿井的安全生产需要，并获得明显的技术、经济效益。

主权项

一种煤矿开采后期辅助通风巷道布置及围岩稳定控制方法，其特征是：选取布置辅助通风巷道的区段煤柱，以理论分析、理论计算和数值模拟为手段，通过区段煤柱稳定性分析、煤柱内巷道位置布置方案优选、支护方案设计对巷道围岩进行有效控制；具体步骤为：步骤一、确定布置辅助通风即进风或回风巷道的区段煤柱：结合煤矿通风需求和采空区遗留区段煤柱的分布情况，初步设计几种可行的通风线路布置方案，通过计算各方案通风线路长度及风量损失，确定布置辅助通风巷道的区段煤柱；步骤二、区段煤柱的稳定性分析：采空区遗留区段煤柱内的应力分布随两侧工作面回采引起的侧向支承压力影响深度L及煤柱宽度B而变化，主要有三种情况：①当B > 2L时，煤柱中央的载荷为均匀分布，且为原岩应力γH；其中有应力瞬时分布，由于煤柱边缘应力集中，煤柱从边缘到中央仍将出现破裂区、塑性区以及原岩应力区；②当2L > B > L时，在煤柱中央由于侧向支承压力的叠加，应力大于γH，沿煤柱横断面方向应力呈马鞍形分布，这种煤柱的弹塑性变形区以及支承压力的分布为马鞍形分布；③当B < L时，两侧边缘的侧向支承压力峰值重叠，使煤柱中央载荷急剧增大，其应力趋向均匀分布，煤柱中央煤体因为长期处于塑性流动状态而遭到严重破坏；结合煤矿现场地质及开采技术条件，包括煤层及其顶底板力学性质、煤岩层厚度、区段煤柱两侧工作面开采历史、采空区积水情况，对区段煤柱内应力、弹塑性区分布情况进行分析；结合理论计算和数值模拟，对区段煤柱的稳定性进行分析；步骤三、区段煤柱内巷道布置方案优选：根据垂直方向上巷道与煤层顶板的相对位置关系、水平方向上巷道与两侧采空区的相对距离，在三维空间上巷道布置存在四种方案：①沿煤层顶板掘进，留窄煤柱沿空掘巷；②沿煤层顶板掘进，巷道布置在煤柱中央；③沿煤层底板掘进，留窄煤柱沿空掘巷；④沿煤层底板掘进，巷道布置在煤柱中央，根据煤柱尺寸、顶底板条件、煤柱两侧工作面开采历史，结合理论计算和数值模拟研究确定辅助通风巷道布置的最优方案；步骤四、巷道合理支护技术方案的确定：根据煤柱及其顶底板条件、煤柱内应力及塑性区分布情况，结合数值计算和巷道围岩内部裂隙发育情况的钻孔探测结果，合理设计辅助通风巷道的支护技术方案，实现对巷道围岩稳定性的有效控制；通过采取加大锚杆直径及长度、帮部施工短锚索、巷道四角锚杆带角度施工措施，能有效控制巷道围岩破碎范围、将围岩内部集中应力转移到深部、减小围岩变形量。