[发明专利]沿空留巷窄煤柱宽度设计方法

说明书

本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。