[发明专利]沿空留巷窄煤柱宽度设计方法有效

专利信息
申请号: 201811601095.7 申请日: 2018-12-26
公开(公告)号: CN109403976B 公开(公告)日: 2020-12-22
发明(设计)人: 吴志刚 申请(专利权)人: 天地科技股份有限公司;中国煤炭科工集团有限公司
主分类号: E21C41/18 分类号: E21C41/18;G06F30/20
代理公司: 北京远大卓悦知识产权代理有限公司 11369 代理人: 史霞
地址: 100013 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 沿空留巷窄煤柱 宽度 设计 方法
【说明书】:

发明公开了一种沿空留巷窄煤柱宽度设计方法,包括:预设一个窄煤柱宽度w,在此基础上得到煤柱强度S1的步骤;根据窄煤柱的具体地质条件计算煤柱应力S2的步骤;以及考察窄煤柱安全系数SF是否满足巷道掘进要求的步骤,其中窄煤柱安全系数SF=煤柱强度S1/煤柱应力S2,当SF≥1.0,此时所设计的窄煤柱宽度是满足巷道掘进要求的,当SF1.0,此时所设计的窄煤柱宽度不符合要求,需要修订预设。本发明提供的设计方法简单明了,既可以作为前期设计参考,也可以作为施工过程的设计。

技术领域

本发明涉及沿空留巷窄煤柱宽度设计方法。

背景技术

在上世纪50年代开始,沿空掘巷在我国许多矿务局开始应用,最初完全意义上沿空留巷,在采空区边缘使用木支柱,矸石袋、混凝土块、金属支柱等多种材料支护巷道。目前很少有严格意义上沿空掘巷,基本上都是采空区的边缘,预留一定宽度的窄煤柱掘进巷道。

窄煤柱主要有两个作用,第一、支撑上覆岩层载荷,第二、防止相邻采空区的漏风、漏水。对于综放工作面,沿空掘巷是十分有利巷道维护。对于厚煤层综放工作面,采用留设大煤柱维护风巷,不但造成资源的浪费,而且随着采深的增加,即使留10~25m的煤柱仍难以确保巷道稳定。理论研究与实践表明,综放工作面采空区边缘掘巷道,保留一定宽度窄煤柱护巷,围岩稳定性明显好于采用大煤柱护巷支护的传统巷道。

目前沿空留巷窄煤柱的主要研究方法有如下几种:其一,巷道布置在煤体侧向应力降低区,根据应力降低区范围,确定窄煤柱和巷道宽度;其二,窄煤柱的宽度由3部分组成,第一部分为极限平衡区宽度,第二部分支护锚杆的长度,第三部分为第一和第二部分之和的0.1-0.3倍;其三,综合上述两种方法的优点,巷道布置在应力降低区,煤柱宽度按照其二的方法计算。上诉研究方法中较少关注煤柱本身的物理力学参数,设计公式中煤柱本身物理力学等关键参数。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题,并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种沿空留巷窄煤柱宽度设计方法,其不但涉及煤柱本身多个核心要素,如煤柱应力、煤柱强度、煤柱尺寸等;还涉及多个煤柱设计的相关要素,如采高、上覆岩层结构、巷道宽度和高度等,对沿空留巷窄煤柱宽度设计更为精准。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种沿空留巷窄煤柱宽度设计方法,包括:

预设一个窄煤柱宽度w,在此基础上得到煤柱强度S1的步骤;

根据窄煤柱的具体地质条件计算煤柱应力S2的步骤;以及

考察窄煤柱安全系数SF是否满足巷道掘进要求的步骤,其中煤柱安全系数SF=煤柱强度S1/煤柱应力S2,当SF≥1.0,此时所设计的窄煤柱宽度是满足巷道掘进要求的,当SF1.0,此时所设计的窄煤柱宽度不符合要求,需要修订预设。

优选的是,所述测试煤柱强度是通过如下方法实现的:在现在取煤的试件,在实验室进行单轴抗压强度测试,得到煤试件的单轴抗压强度σ,再根据现场大尺寸煤柱强度公式1计算煤柱强度S1

其中:

w为窄煤柱宽度;h为煤柱或者留巷巷道高度。

此处给出煤柱强度计算的一个经验公式,本发明不限于公式1所示的计算公式,目前国际上认同的其他煤柱强度经验公式皆可使用在此处。

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