长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法和施工方法技术

本发明专利技术提供了一种长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法和施工方法，用于长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法包括：确定长壁采煤工作面前方应力峰值位置；根据应力峰值的位置确定长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载；计算煤基墩柱的承载能力；根据长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载和煤基墩柱的承载能力计算用于支撑的支撑煤基墩柱的使用数量。本发明专利技术解决了现有技术中空巷支护的支护效率低的问题。护效率低的问题。护效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法和施工方法


[0001]本专利技术涉及井下巷道支护
，具体而言，涉及一种长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法和施工方法。

技术介绍

[0002]煤炭作为中国的主要能源，在国民经济发展过程中起到至关重要的作用，占我国一次能源的60％左右。为了井下工作面便于通风、行人、安置设备及材料转运，会沿工作面的走向开掘措施巷，即空巷。煤矿工作面过空巷时，由于工作面超前支承压力与巷道侧向支承压力的叠加影响极易产生应力集中，导致矿压显现异常，“煤炮”频发，甚至诱发冲击地压等动力灾害，极大地危害煤矿的安全生产。应当结合现场实际地质条件，科学合理计算支护强度并选择支护方式。同时还要考虑空巷支护的成本和效率，以及初采期间直接顶能否及时垮落，避免大面积悬顶。
[0003]传统的工作面过空巷方法主要以加强支护为主。现有空巷用的支护体采用单体支柱、液压单元支架、垛式支架等传统的加强支护方式，或采用高水、膏体、混凝土类支护体，对于大采高、高产高效综采(放)工作面过空巷使用高水材料或其它非煤骨料的水泥类混凝土泵送浇筑支护体的支护方式，严重降低煤品质量并且不便回收，造成一定程度的经济损失。此外，泵送支护材料由于刚性较大还妨碍了后续工作进度，降低了工作效率。
[0004]也就是说，现有技术中空巷支护存在支护效率低的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法和施工方法，以解决现有技术中空巷支护的支护效率低的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法，包括：确定长壁采煤工作面前方应力峰值位置；根据应力峰值的位置确定长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载；计算煤基墩柱的承载能力；根据长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载和煤基墩柱的承载能力计算用于支撑的支撑煤基墩柱的使用数量。
[0007]进一步地，确定长壁采煤工作面前方应力峰值位置的过程中包括：对位于长壁采煤工作面前方的超前支护应力进行连续监测，确定超前支护应力的分布形式；根据超前支护应力的分布形式确定应力峰值的位置。
[0008]进一步地，在根据超前支护应力的分布形式确定应力峰值的位置的过程中包括：若长壁采煤工作面前方的超前支护应力的分布形式为单调递增，则应力峰值在工作面前方；若长壁采煤工作面前方的超前支护应力的分布形式为先增后减，则应力峰值在工作面煤壁。
[0009]进一步地，在根据应力峰值的位置确定长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载的过程中包括：若应力峰值在工作面前方，则根据公式(1)计算长壁采煤工作面前方的空巷承
受的荷载，F1＝Z
s
/Z
e
×
Z0×
B
×
L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)；
[0010]若应力峰值在工作面煤壁，则根据公式(2)计算长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载，
[0011]F1＝P
zs
/P
ze
×
F
ze
/A
z
×
B
×
L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(2)；
[0012]其中，F1为空巷承受的荷载，单位为kN；Z
s
为超前支护的最大监测应力，单位为MPa；Z
e
为超前支护在无采动影响区的监测应力，单位为MPa；Z0为原岩应力，单位为MPa；L为空巷长度，单位为m；B为空巷宽度，单位为m；P
zs
为支架立柱的最大监测压力，单位为MPa；P
ze
为支架立柱的额定压力，单位为MPa；F
ze
为支架立柱的额定工作阻力，单位为kN；A
z
为支架立柱的支护面积，单位为m2。
[0013]进一步地，在计算煤基墩柱的承载能力的过程中包括：确定煤骨料混凝土抗压强度设计值f
c
；根据煤骨料混凝土抗压强度设计值f
c
和公式(3)确定煤基墩柱的承载能力，
[0014][0015]其中，N为煤基墩柱的承载能力，单位为kN；为构件的稳定系数，考虑煤骨料取0.9；f
c
为煤骨料混凝土抗压强度设计值，根据实验结果取值，单位为MPa；A为煤基墩柱的截面积，单位为m2。
[0016]进一步地，在根据长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载和煤基墩柱的承载能力计算煤基墩柱的使用数量的过程中包括：根据公式(3)确定不同截面面积的煤基墩柱的承载能力；根据空巷承受的荷载和不同截面面积的煤基墩柱的承载能力选取合适的煤基墩柱作为支撑煤基墩柱，并计算支撑煤基墩柱的数量。
[0017]进一步地，在根据空巷承受的荷载和不同截面面积的煤基墩柱的承载能力选取合适的煤基墩柱作为支撑煤基墩柱，并计算支撑煤基墩柱的数量的过程中包括：根据1.5倍安全系数，确定需要支撑的面积；根据需要支撑的面积、不同截面面积的煤基墩柱的承载能力，确定使用的煤基墩柱的截面面积，并选取具有该截面面积的煤基墩柱作为支撑煤基墩柱；根据空巷承受的荷载和支撑煤基墩柱的承载能力确定支撑煤基墩柱的数量。
[0018]进一步地，在对位于长壁采煤工作面前方的超前支护应力进行连续监测，确定超前支护应力的分布形式的过程中包括在长壁采煤工作面内间隔设置多个压力表对超前支护应力进行连续监测。
[0019]根据本专利技术的另一方面，提供一种用于长壁开采工作面的施工方法，包括：上述的用于长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法确定支撑煤基墩柱的支撑面积；根据支撑煤基墩柱的支撑面积和长壁开采工作面的高度在空巷内制作支撑煤基墩柱。
[0020]进一步地，在根据支撑煤基墩柱的支撑面积和长壁开采工作面的高度在空巷内制作支撑煤基墩柱的过程中，选取采煤工作面处采出的原煤作为骨料，混合凝胶材料形成煤基墩柱。
[0021]应用本专利技术的技术方案，用于长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法包括：确定长壁采煤工作面前方应力峰值位置；根据应力峰值的位置确定长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载；计算煤基墩柱的承载能力；根据长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载和煤基墩柱的承载能力计算用于支撑的支撑煤基墩柱的使用数量。
[0022]通过确定长壁采煤工作面前方应力峰值位置，能够明确长壁采煤工作面前方的应力分布情况，找到承受应力最大也就是需要支护强度最大的位置。通过根据应力峰值的位
置确定长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载，便于明确所需支护的强度，以匹配支护方式提供足够的支撑，避免应力集中导致煤矿事故发生。通过计算煤基墩柱的承载能力，能够明确煤基墩柱的应用方式。通过根据长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载和煤基墩柱的承载能力计算用于支撑的支撑煤基墩柱的使用数量，能够实现合理应用煤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法，其特征在于，包括：确定长壁采煤工作面前方应力峰值位置；根据所述应力峰值的位置确定所述长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载；计算煤基墩柱的承载能力；根据所述长壁采煤工作面前方的所述空巷承受的荷载和煤基墩柱的承载能力计算用于支撑的支撑煤基墩柱的使用数量。2.根据权利要求1所述的用于长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法，其特征在于，所述确定长壁采煤工作面前方应力峰值位置的过程中包括：对位于所述长壁采煤工作面前方的超前支护应力进行连续监测，确定所述超前支护应力的分布形式；根据所述超前支护应力的分布形式确定所述应力峰值的位置。3.根据权利要求2所述的用于长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法，其特征在于，在根据所述超前支护应力的分布形式确定所述应力峰值的位置的过程中包括：若所述长壁采煤工作面前方的超前支护应力的分布形式为单调递增，则所述应力峰值在工作面前方；若所述长壁采煤工作面前方的超前支护应力的分布形式为先增后减，则所述应力峰值在工作面煤壁。4.根据权利要求3所述的用于长壁开采工作面前方空巷支护强度的计算方法，其特征在于，在根据所述应力峰值的位置确定所述长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载的过程中包括：若所述应力峰值在工作面前方，则根据公式(1)计算所述长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载，F1＝Z
s
/Z
e
×
Z0×
B
×
L
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公式(1)；若所述应力峰值在工作面煤壁，则根据公式(2)计算所述长壁采煤工作面前方的空巷承受的荷载，F1＝P
zs
/P
ze
×
F
ze
/A
z
×
B
×
L
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公式(2)；其中，F1为空巷承受的荷载，单位为kN；Z
s
为超前支护的最大监测应力，单位为MPa；Z
e
为超前支护在无采动影响区的监测应力，单位为MPa；Z0为原岩应力，单位为MPa；L为空巷长度，单位为m；B为空巷宽度，单位为m；P
zs
为支架立柱的最大监测压力，单位为MPa；P
ze
为支架立柱的额定压力，单位为MPa；F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高登云，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司，
类型：发明
国别省市：