一种减小末采煤柱的预充填方法与流程

1.本发明属于煤炭开采领域，具体地说涉及一种减小末采煤柱的预充填方法。


背景技术：

2.随着近年来我国综合机械化开采技术的快速发展，出现了大批年产量达到千万吨的大型矿井，为适应矿井高产高效的目标，设备的发展取得了很多突破。同时，工作面的长、宽也在不断向大型化发展，出现了更多的大采高工作面。煤炭矿井生产过程中，工作面间的接续生产是必须的环节，工作面回撤通道的位置和设备回撤的速度是影响煤炭资源回收和高效的重要因素之一。工作面在进入末采阶段后，受超前支撑压力和顶板破碎的影响，为避免工作面采动影响大巷或上(下)山的稳定性，在回撤通道与大巷或上(下)山之间，需要留设一定宽度的保护煤柱。保护煤柱宽度确定的依据是将巷道布置于原岩应力区，对于厚煤层来说，上(下)山保护煤柱宽度一般为30～40m，大巷保护煤柱不小于40m。大巷或上(下)山保护煤柱宽度过大，大尺寸的保护煤柱造成了煤炭资源浪费；大巷或上(下)山保护煤柱宽度较小，会使回撤通道顶板与帮部变形量显著增大，不仅会拖延工作面设备回撤的时间，还因大巷或上(下)山处于超前支承压力影响范围之内，巷道受工作面采动影响明显，常出现巷道大变形等强烈的矿压显现特征。
3.因此，在保证工作面设备顺利回撤的前提下，若能减小大巷或上(下)山保护煤柱宽度的同时，又能保证大巷或上(下)山的稳定，将有利于提高工作面的煤炭回收量。


技术实现要素：

4.本发明的目的是基于大巷或上(下)山与工作面之间的空间位置关系以及采动环境，提出一种减小末采煤柱的预充填方法。
5.为实现上述目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
6.一种减小末采煤柱的预充填方法，其特征是：
7.第一步，确定采煤工作面停采线的位置，即确定大巷或上(下)山保护煤柱的最小宽度l：这里第一步应该确定煤柱与充填体强度的共同承载作用，能够平衡覆岩重量即可。
8.第二步，确定工作面超前剧烈采动影响，预掘充填通道应在超前剧烈采动影响之外。
9.第三步，工作面保持安全距离的前提下，按照充填体宽度预掘充填通道。封堵预掘充填通道的一端，在另一端灌浆充填。
10.第四步，工作面到达末采线后，支架与充填体之间保持足够的回撤通道宽度，即可进行设备回撤。
11.大巷或上(下)山保护煤柱的最小宽度根据公式(1)计算得出：
12.l＝l1 x1ꢀꢀꢀ
(1)
13.式(1)中：l1为大巷或上(下)山的锚固体在保护煤柱内的最长长度，m；x1为采煤工作面超前支承压力极限平衡区的宽度，m；
14.其中采煤工作面超前支承压力极限平衡区宽度x1根据公式(2)计算得出
[0015][0016]
式(2)中：m为工作面采高，m；k为应力集中系数；h为煤层埋深；γ为覆岩容重；p1为煤帮侧护力；c为煤体黏聚力；为煤体内摩擦角；f为煤层与顶、底板的摩擦因数；ξ为三轴应力系数；
[0017]
计算充填体与煤柱单位长度上的总载荷p：
[0018]
充填体与煤柱单位长度上的总载荷根据公式(3)计算得出：
[0019][0020]
式(3)中：h
k
为垮落带高度，m，根据经验公式计算得到；h
d
为导水裂隙带高度，m，根据经验公式计算得到；α为上覆岩层垮落角，
°
。
[0021]
计算充填体宽度b：
[0022]
充填体宽度确定依据是充填体与煤柱能够平衡上覆岩层载荷即可，充填体宽度根据公式(4)计算得出：
[0023]
p＝r
m
l r
c
b
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0024]
式(4)中：r
m
为煤体单轴抗压强度，mpa；充填体单轴抗压强度，mpa；r
c
为充填体单轴抗压强度，mpa。
[0025]
已有技术相比，本发明与的有益技术效果是：
[0026]
本发明在预回撤通道内布置充填体墙，可减小大巷或上(下)山保护煤柱的宽度，增加工作面煤炭资源的回收量，产生显著的经济效益；充填墙体与煤柱协同作用共同承担上覆岩重，由于充填体墙抗压强度高于煤体，则在工作面回撤结束后充填体墙仍可长久支撑上覆岩层，起到维护煤柱稳定和保护大巷或上(下)山的作用；
附图说明
[0027]
图1为本发明中涉及工作面末采结构示意图；
[0028]
图2为本发明中涉及充填体宽度示意图；
[0029]
图3为本发明中涉及工作面液压支架撤出与充填体砌筑示意图。
[0030]
附图标记说明：1
‑
超前支撑压力范围；2
‑
停采线；3
‑
封堵墙；4
‑
预充填通道；5
‑
大巷或上(下)山；6
‑
保护煤柱；7
‑
液压支架；8
‑
工作面；b
‑
充填体；s
‑
预掘充填通道安全范围；l
‑
煤柱宽度；h
‑
煤层埋深；h
k
‑
垮落带高度；h
d
‑
导水裂隙带高度。
具体实施方式
[0031]
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。
[0032]
一种减小末采煤柱的预充填方法，包括一下步骤：
[0033]
第一步，如图1所示，确定采煤工作面保护煤柱6，即确定大巷或上(下)山保护煤柱6的宽度，即大巷或上(下)山保护煤柱最小宽度l满足公式(1)：
[0034]
l＝l1 x1ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0035]
式(1)中：l1为大巷或上(下)山的锚固体在保护煤柱内的最长长度，m；x1为采煤工作面超前支承压力极限平衡区的宽度，m；
[0036]
其中采煤工作面超前支承压力极限平衡区宽度x1根据公式(2)计算得出
[0037][0038]
式(2)中：m为采高，m；k为应力集中系数；h为煤层埋深；γ为覆岩容重；p1为煤帮侧护力；c为煤体黏聚力；为煤体内摩擦角；f为煤层与顶、底板的摩擦因数；ξ为三轴应力系数；
[0039]
从式(1)与式(2)的对比中可以发现，可得停采线2的位置。
[0040]
如图2所示，充填体与煤柱单位长度上的总载荷根据公式(3)计算得出：
[0041][0042]
式(3)中：h
k
为垮落带高度，m，根据经验公式计算得到；h
d
为导水裂隙带高度，m，根据经验公式计算得到；α为上覆岩层垮落角，
°
。
[0043]
如图2所示，计算充填体b与煤柱6单位长度上的总载荷p，充填体宽度确定依据是充填体与煤柱能够平衡上覆岩层载荷即可，充填体宽度根据公式(4)计算得出：
[0044]
p＝r
m
l r
c
b
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0045]
式(4)中：r
m
为煤体单轴抗压强度，mpa；充填体单轴抗压强度，mpa；r
c
为充填体单轴抗压强度，mpa。
[0046]
第二步，确定工作面超前剧烈采动影响，预掘充填通道4。预掘充填通道4应在超前剧烈采动影响之外。
[0047]
第三步，工作面保持安全距离的前提下，按照充填体宽度b预掘充填通道4。封堵预掘充填通道4的一端，在另一端灌浆充填。
[0048]
第四步，工作面到达末采线后，支架与充填体之间保持足够的回撤通道宽度，即可进行设备回撤。
[0049]
采用上述在预掘充填通道且充填墙体的方法，可达到减小保护煤柱宽度，达到增加煤炭资源回收量的目的；充填体墙与煤柱协同承载上覆岩层载荷，能保证大巷或上(下)山安全使用。