无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的确定方法，可以根据现场实测的岩块抗压强度，岩块在角端处的挤压强度与岩块抗压强度的比值，基本顶破断块体厚度，回转角度和长度，计算基本顶破断块体等效受力，获取直接顶岩层容重和基本顶岩层容重，直接顶破断块体厚度和长度，计算直接顶破断块体重量和基本顶破断块体重量，获取煤帮承载系数，煤帮承载力作用区长度，计算第一承载力，获取采空区矸石承载系数，计算第二承载力，最后计算巷内支护阻力，根据巷内支护阻力选取无煤柱沿空留巷保水采煤的支护设备，实现对无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的准确选取，提高使用所选取的支护设备进行相关作业的安全性。

【技术实现步骤摘要】
无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的确定方法
本专利技术涉及无煤柱沿空留巷
，尤其涉及一种无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的确定方法。
技术介绍
我国煤炭资源丰富，煤炭消耗占一次能源的消耗比重很大。尽管现在新能源得到了长足的发展，但受技术经济条件的限制，短时间之内还无法取代传统的煤炭资源。煤炭开采过程中，相邻两个工作面之间大都通过留设隔离煤柱来支撑顶板并隔绝采空区，这不但浪费了大量优质煤炭资源而且极易引起冲击地压和煤与瓦斯突出等动力灾害。另外，由于隔离煤柱对覆岩的支撑条件和采空区内矸石对覆岩的支撑条件不同，导致采空区边界上行裂隙发育高度比采空区内的导水裂隙带高度高10％～15％左右。同时，隔离煤柱的留设不利于地表采后整体沉降，导致上行裂隙发育高度和下行裂隙发育深度较大，上行裂隙和下行裂隙极易贯通，使隔水层失去隔水作用，从而引发矿井突水事故。采用无煤柱沿空留巷保水采煤方法可以降低工作面采动覆岩上行裂隙发育高度，并使上行裂隙和下行裂隙快速弥合，实现地表采后整体下沉，阻止上行裂隙和下行裂隙导通，保证采动覆岩隔水层的隔水稳定性，从而实现保水采煤。无煤柱沿空留巷保水采煤方法主要有2种方式：一种是切顶卸压，即超前工作面一定范围内，在留巷的边缘处，采用预裂爆破技术或高压水致裂技术进行切顶，在采空区上方顶板和巷道上方顶板之间形成超前预裂切缝，隔断基本顶之间的应力联系，使侧向支撑压力峰值降低，并向煤层深部转移。另一种是巷旁充填，即随着工作面的推进，沿回采巷道进行巷旁充填。巷旁充填留巷速度慢、成本高且工艺复杂。相比较而言，切顶卸压沿空留巷技术所需设备少、成本低、系统简单，并且规避了巷旁充填所需大量充填材料的辅助运输问题。当前对无煤柱沿空留巷的研究大都集中在沿空留巷工艺、切顶参数、预裂爆破参数以及巷旁充填体尺寸和强度等方面。还未见对无煤柱沿空留巷降低上行裂隙发育高度和下行裂隙发育深度、实现地表采后整体下沉等保水方面的研究文献。无煤柱沿空留巷巷内支护阻力计算的相关研究也较少，难以实现对所需支护设备的准确选取。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出一种无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的确定方法。为实现本专利技术的目的，提供一种无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的确定方法，包括如下步骤：S10，根据现场实测的岩块的抗压强度σc和岩块在角端处的挤压强度与岩块抗压强度的比值η，基本顶破断块体厚度h2，回转角度θ1和长度L，计算基本顶破断块体等效受力Pd；S20，获取直接顶岩层容重γ1和基本顶岩层容重γ2，直接顶破断块体厚度h1和长度l，计算直接顶破断块体重量G1和基本顶破断块体重量G2；S30，获取煤帮承载系数k1，煤帮承载力作用区长度l1，计算出巷旁煤体的第一承载力F1；S40，获取采空区矸石承载系数k2，计算采空区冒落矸石的第二承载力F2；S50，根据破断块体等效受力Pd、直接顶破断块体重量G1、基本顶破断块体重量G2、第一承载力F1和第二承载力F2计算巷内支护阻力P，根据巷内支护阻力P选取无煤柱沿空留巷保水采煤的支护设备。具体地，基本顶破断块体等效受力Pd的计算过程包括：其中，Pd表示破断块体等效受力，η表示破断岩块在角端处的挤压强度与岩块抗压强度的比值，h2表示基本顶破断块体厚度，θ1表示基本顶破断块体回转角度，L表示基本顶破断块体长度，σc表示岩块的抗压强度。具体地，直接顶破断块体重量G1的计算过程包括：G1＝γ1h1l；基本顶破断块体重量G2的计算过程包括：G2＝γ2h2L。具体地，第一承载力F1的计算过程包括：具体地，第二承载力F2的计算过程包括：具体地，巷内支护阻力P的计算过程包括：P＝G1+G2-Pd-F2-F1。上述无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的确定方法，可以根据现场实测的岩块抗压强度σc，岩块在角端处的挤压强度与岩块抗压强度的比值η，基本顶破断块体厚度h2，回转角度θ1和长度L，计算破断块体等效受力Pd，获取直接顶岩层容重γ1和基本顶岩层容重γ2，直接顶破断块体厚度h1，和直接顶破断块体长度l，计算直接顶破断块体重量G1和基本顶破断块体重量G2，获取煤帮承载系数k1，煤帮承载力作用区长度l1，计算出巷旁煤体的第一承载力F1，获取采空区矸石承载系数k2，计算采空区冒落矸石的第二承载力F2，以计算巷内支护阻力P，根据巷内支护阻力P确定无煤柱沿空留巷保水采煤的支护参数和支护设备，实现对无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的准确选取，提高使用所选取的支护设备进行相关作业的安全性。具体可以通过采用无煤柱沿空留巷的方法，降低工作面采动覆岩上行裂隙发育高度，并使上行裂隙和下行裂隙快速弥合，实现地表采后整体下沉，阻止上行裂隙与下行裂隙导通，保证采动覆岩隔水层的隔水稳定性，从而实现保水采煤。附图说明图1是一个实施例的无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备确定方法的流程图；图2是一个实施例的留设隔离煤柱时相邻工作面采动导水裂隙发育示意图；图3是一个实施例的留设隔离煤柱时A-A剖面上行裂隙和下行裂隙发育示意图；图4是一个实施例的无煤柱沿空留巷时相邻工作面采动导水裂隙发育示意图；图5是一个实施例的无煤柱沿空留巷时B-B剖面上行裂隙和下行裂隙发育示意图；图6是一个实施例的巷内支护阻力计算的直接顶破断块体受力图；图7是一个实施例的巷内支护阻力计算的基本顶破断块体受力图；图8是一个实施例的巷内支护阻力计算的基本顶破断块体等效受力图；图9是一个实施例的无煤柱沿空留巷巷道断面示意图；图10是一个实施例的支护阻力P与关键块体B回转角度θ1的关系图；图11是一个实施例的支护阻力P与巷道煤帮承载系数k1的关系图；图12是一个实施例的支护阻力P与采空区矸石承载系数k2的关系图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。通过切顶卸压自动成巷的方式，完全取消区段之间的隔离煤柱和巷旁充填体，实现无煤柱开采，将传统隔离煤柱和巷旁充填体对覆岩的支撑转化为留巷巷内支护体对覆岩的支撑，增加了留巷支护难度。为解决该方法留巷支护参数和支护设备选取不当而导致的重复支护等问题，参考图1所示，图1为一个实施例提供的无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的确定方法流程图，包括如下步骤：S10，根据现场实测的岩块抗压强度σc，岩块在角端处的挤压强度与岩块抗压强度的比值η，基本顶破断块体厚度h2，回转角度θ1和长度L，计算基本顶破断块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS10，根据现场实测的岩块抗压强度σ

【技术特征摘要】
1.一种无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10，根据现场实测的岩块抗压强度σc和岩块在角端处的挤压强度与岩块抗压强度的比值η，基本顶破断块体的厚度h2，回转角度θ1和块体长度L，计算基本顶破断块体等效受力Pd；
S20，获取直接顶岩层容重γ1和基本顶岩层容重γ2，直接顶破断块体厚度h1和长度l，计算直接顶破断块体重量G1和基本顶破断块体重量G2；
S30，获取煤帮承载系数k1，煤帮承载力作用区长度l1，计算出巷旁煤体的第一承载力F1；
S40，获取采空区矸石承载系数k2，计算采空区冒落矸石的第二承载力F2；
S50，根据基本顶破断块体等效受力Pd、直接顶破断块体重量G1、基本顶破断块体重量G2、第一承载力F1和第二承载力F2计算巷内支护阻力P，根据巷内支护阻力P确定无煤柱沿空留巷保水采煤的支护参数和支护设备。


2.根据权利要求1所述的无煤柱沿空留巷保水采煤支护设备的确定方法，其特征在于，基本顶破断块体...

【专利技术属性】
技术研发人员：马立强，黄克军，许玉军，来兴平，
申请(专利权)人：中国矿业大学，陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，西安科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32