法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2022-07-26
公开
发明专利申请公布
技术领域
本发明涉及浅埋煤开采技术领域，具体为一种松散破碎顶板回撤通道保护煤柱留设宽度确定方法。
背景技术
随着我国神府地区浅埋煤田的不断开发，在一些浅埋深且顶板松散、破碎的综采工作面中，末采和设备回撤阶段的采场围岩大变形风险不断凸显，而回撤通道保护煤柱的破坏则是诱发采场围岩失稳的一个关键因素。在综采设备回撤系统中，在主、辅回撤通道之间需要留设一定宽度的保护煤柱，来承担采场覆岩垮落后的荷载，从而确保辅回撤通道及其外侧的主巷的围岩稳定。因此，保护煤柱的留设宽度的计算就是其设计过程中需要解决的一个关键问题。宽度过小时，煤柱承载力不足，就会无法完全承受上覆岩层荷载而发生局部失稳，进一步导致采场整体的围岩大变形；宽度过大时，虽然承载力富余，但会造成资源的巨大浪费。
因此，针对目前浅埋松散破碎顶板回撤通道保护煤柱设计中所存在的问题，研发一种科学、实用的保护煤柱宽度计算方法具有十分重要的工程指导意义和应用前景。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种松散破碎顶板回撤通道保护煤柱留设宽度确定方法，该设计方法考虑了松散破碎顶板中易形成压力拱的特点，在确保综采工作面末采阶段采场围岩稳定的前提下，提高回撤通道保护煤柱留设宽度的合理性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种松散破碎顶板回撤通道保护煤柱留设宽度确定方法，包括以下步骤：
步骤一、建立工作面与主回撤通道上方形成的压力拱力学模型，将保护煤柱宽度分为主回撤通道侧塑性区B
步骤二、分析综采工作面矿压观测数据，根据同煤层采场煤柱应力历史监测数据，分别确定保护煤柱弹性核区与主、辅回撤通道两侧塑性区的界面峰值应力σ
步骤三、计算主回撤通道侧塑性区宽度B
式(1)中λ为侧压力系数，h为主、辅回撤通道侧塑性区与煤柱弹性核区的高度，c为煤体内聚力，φ为煤体内摩擦角；
步骤四、计算煤柱弹性核区宽度B
步骤五、计算保护煤柱宽度B：
B＝B
所述步骤四：计算煤柱弹性核区宽度B
2.1：计算工作面与主回撤通道上方形成的压力拱宽度W
式(3)中，W
2.2计算直接作用于保护煤柱上的覆岩荷载P
P
式(4)中，γ为覆岩平均容重，H为回撤通道埋深；
2.3计算工作面与主回撤通道上方形成的压力拱作用在保护煤柱上的覆岩荷载P
式(5)中，H
2.4计算由辅回撤通道开挖转移至保护煤柱上的荷载P
式(6)中，H
2.5计算保护煤柱弹性核区的平均应力σ
2.6计算煤柱弹性核区宽度B
根据比涅乌斯基煤柱强度公式σ
公式(8)中：
C
C
C
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明考虑了松散破碎顶板采场中形成的压力拱对回撤通道保护煤柱稳定性的影响，对压力拱作用下的保护煤柱上部荷载组成进行分析，最终确定符合实际需求的保护煤柱合理留设宽度；本发明考虑了松散破碎顶板条件下，该条件下顶板在保护煤柱、主回撤通道、待采煤体和工作面上方形成压力拱结构，通过对保护煤柱承受荷载进行分析计算，建立松散破碎顶板回撤通道保护煤柱留设宽度确定方法，本发明符合实际需求，在确保采场围岩稳定的前提下，为回撤通道煤柱设计提供依据。
(2)本发明以末采采场回撤通道保护煤柱为主体研究对象，建立埋深、压力拱宽度、高度、煤岩力学参数与保护煤柱宽度的联系，利用推导的煤柱宽度方程可快速计算不同地质条件下回撤通道所需的煤柱宽度。
附图说明
图1为本发明的综采工作面末采阶段回撤通道保护煤柱在压力拱作用下的力学模型示意图。
图中，1、工作面与主回撤通道上方形成的压力拱；2、采空区垮落矸石；3、工作面；4、工作面待采煤体；5、主回撤通道；6、主回撤通道侧塑性区；7、煤柱弹性核区；8、辅回撤通道侧的塑性区；9、辅回撤通道；10、辅回撤通道开挖形成的压力拱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的本发明附图，对本发明实施例中的本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：辅回撤通道侧塑性区8的左侧为辅回撤通道9，辅回撤通道9的上方为辅回撤通道开挖形成的压力拱10，在辅回撤通道侧塑性区8的右侧为煤柱弹性核区7，在煤柱弹性核区7的右侧为主回撤通道侧塑性区6，主回撤通道侧塑性区6的右侧为工作面待采煤体4，工作面待采煤体4与主回撤通道侧塑性区6之间有5，工作面待采煤体4的右侧为工作面3，工作面3的右侧为采空区垮落矸石，采空区垮落矸石与7之间的上方为工作面与主回撤通道上方形成的压力拱1。
采用综合机械化采煤方式开采，采煤高度4.0m，煤层平均厚度3.34m，厚度变化幅度较大，煤层结构较复杂，属薄～中厚煤层。直接顶多为深灰色的泥岩为主，次为细粒砂岩、粉砂岩，团块状，含大量植物茎、叶化石，遇水易软化，且易风化破碎；老顶为灰白色，中～厚层状的中粒砂岩。
工作面煤层赋存条件为γ＝25kN/m
根据步骤一，建立工作面与主回撤通道上方形成的压力拱力学模型；
根据步骤二，通过历史应力监测数据记录，得到同煤层中主、辅回撤通道侧塑性区与弹性核区界面峰值应力分别为σ
根据步骤三，计算得到保护煤柱在主回撤通道侧塑性区宽度R
根据步骤四，计算得到W
根据步骤五，计算得到保护煤柱宽度B＝17.1～17.3m；
根据现场实际回撤通道保护煤柱设计要求，在该工作面煤层赋存和地质条件下保护煤柱宽度留设为20m。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
机译： 垂直轴冲击式破碎机的进料管，用于保护进料口。漏斗转子。进料口用于将要破碎的物料供给到一个开口中，该筒状部分的第一宽度为物料入口，第二宽度为物料出口。一种向冲击破碎机转子供应材料的方法; dAnd垂直轴。
机译： 单辊破碎机煤-进料通道宽度朝着较小的工作宽度辊套方向变窄
机译： 保护辊式破碎机不受不可破碎物体影响的方法，包括在输入电流不可破碎物料进料口中检测到物体，将辊子之间的间距调整到导流宽度，限制功率输入，确定物体已通过分离，减少分离，并打开食物的入口。
