【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矸石充填煤炭开采，具体涉及一种深部采空区非充分充填沿空留巷方法。
技术介绍
1、近年来，固体充填因为其在深部开采中明显的技术优势不仅可以缓和矿山压力、较好地控制岩层，而且消耗了大量矿区矸石，作为绿色开采技术进行了广泛的推广。由于充填工作面矿压显现较弱，为深部高应力等条件下的无煤柱沿空留巷技术提供了有利条件，采空区矸石充填沿空留巷在我国部分矿区的充填工作面得到了应用。
2、但目前实现深部采空区矸石充填沿空留巷还存在如下问题：(1)针对采空区矸石充填沿空留巷，现有技术基本都以全断面密实充填为基础，但实际上深部开采受矸石产量严重限制，经济效益较差，劳动组织变化较大，矸石充填处于非充分状态，即采空区矸石量少，采用全断面充填矸石充填体无法起到对顶板的支撑作用；(2)现有技术大多仅考虑工作面充填，虽然考虑了矸石不足问题，但未考虑沿空留巷情况；(3)深部矿井应力程度大，而采空区充填不足会导致顶板旋转角度较大，往往容易出现下沉量大导致巷道大变形现象，工程中由于大变形导致深部采空区矸石充填沿空留巷技术推广受到限制。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种深部采空区非充分充填沿空留巷方法解决了现有技术中采空区充填体量不足引起的沿空留巷巷道大引起变形的问题。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种深部采空区非充分充填沿空留巷方法，包括以下步骤：
3、s1：根据矿井矸石来源计算单位时间内矿井矸石产量；>
4、s2：测试工作面顶板与矸石岩样的相关参数；
5、s3：建立工作面顶板与充填体相互作用模型，根据矿井矸石产量，计算工作面密实充填长度；根据连续性条件建立方程组，计算不同密实充填长度下工作面顶板的下沉曲线；
6、s4：根据工作面顶板是否破断或工作面顶板变形是否满足安全生产要求来判断能否采用工作面充填沿空留巷；
7、s5：确定工作面充填沿空留巷相关充填参数。
8、进一步地，上述深部采空区非充分充填沿空留巷方法，s1具体为：将掘进工作面和开采工作面的矸石样品经地下或者地面洗选运送至充填工作面，通过洗选装置测量矸石产量，矸石产量单位时间内总计质量为m。
9、进一步地，上述深部采空区非充分充填沿空留巷方法，s2中工作面顶板与矸石岩样的相关参数包括：工作面长度b、煤体弹性地基系数eh、充填体弹性地基系数ec、采高h0、上覆岩层载荷q、直接顶弹性模量ei、直接顶惯性矩i、顶板抗拉强度σt、矸石密度ρ、直接顶抗拉强度σt和直接顶厚度hn。
10、进一步地，上述深部采空区非充分充填沿空留巷方法，s3中建立工作面顶板与充填体相互作用模型包括以下步骤：
11、s31：将坐标原点定为巷旁充填体和采空区充填体交界处，将巷旁充填体和沿空巷道定为实体煤，采空区充填方向为x轴，顶板垂直下沉方向为y轴，建立力学模型；
12、s32：将力学模型分为3段，a段为护巷侧和矸石密实充填区域岩梁，b段为未充填区域岩梁，c段为工作面下端煤岩体内岩梁；
13、s33：确定密实充填段的长度为a，
14、s34：根据连续性条件建立方程组，代入各分段扰度曲线，分别计算不同密实充填长度下顶板的下沉曲线。
15、进一步地，上述深部采空区非充分充填沿空留巷方法，s4中判断是否采用工作面充填沿空留巷的方法具体为：工作面顶板破断或变形不满足安全生产要求，则采用传统留巷技术；工作面顶板没有破断且工作面顶板变形满足安全生产要求，则采用工作面充填沿空留巷。
16、进一步地，上述深部采空区非充分充填沿空留巷方法，s34中根据连续性条件建立方程组的过程如下：
17、s341：护巷侧和矸石密实充填区域力学分析
18、护巷侧挠度微分方程为
19、
20、s342：矸石充填区域岩梁力学分析
21、矸石密实充填区域为
22、
23、s343：未充填区域岩梁力学分析
24、m1a和m1b的关系表示为
25、
26、q1a和q1b的关系表示为
27、q1b＝q1a-q(b-a)；
28、未充填区域岩梁的挠度微分方程为
29、
30、s344：下侧煤岩体内岩梁力学分析
31、c分段的挠曲线方程为
32、
33、s345：边界连续性条件
34、根据岩梁力学模型的边界连续性条件，位于岩梁o截面处挠度和弯矩均为0，则有
35、z11(0)＝z12(0),z'11(0)＝z'12(0),
36、z”11(0)＝z”12(0),z”'11(0)＝z”'12(0).；
37、位于岩梁a截面处有
38、z12(a)＝z13(a),z'12(a)＝z'13(a)
39、-eiiz”12(a)＝m1a,-eiiz”'12(a)＝q1a；
40、位于岩梁b截面处有
41、z13(b)＝z14(b),z'13(b)＝z'14(b)
42、-eiiz”14(b)＝m1b,-eiiz”'14(b)＝q1b；
43、由上述连续性条件，代入各分段扰度曲线得到不同密实充填长度下顶板的下沉曲线。
44、进一步地，上述深部采空区非充分充填沿空留巷方法，s4中顶板没有破断满足：最大拉应力小于岩层抗拉强度，岩层最大拉应力与下沉曲线函数二次导数最大值存在如下关系
45、本专利技术的有益效果为：本专利技术相对于全断面充填省去了逐架夯实的时间，节省了矸石消耗量，可以增加充填开采工作面的经济效益，提高了充填开采的推进速度；实现了矸石充填与沿空巷道顶板变形协同控制，工程适应性强；实现了矸石的回收利用，解决了地表矸石固体废物堆积的问题，减少了煤炭资源开采对环境的污染；实现了沿空留巷无煤柱开采，减少了煤柱的损失，增加了煤炭的资源回收率。本方法根据工作面顶板是否破断和变形情况来判断能否采用工作面充填沿空留巷，从而保证工作面的安全生产；通过确定工作面充填沿空留巷相关充填参数，进一步提高工作面的安全性。
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1.一种深部采空区非充分充填沿空留巷方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深部采空区非充分充填沿空留巷方法，其特征在于，S1具体为：将掘进工作面和开采工作面的矸石样品经地下或者地面洗选运送至充填工作面，通过洗选装置测量矸石产量，矸石产量单位时间内总计质量为M。
3.根据权利要求1所述的深部采空区非充分充填沿空留巷方法，其特征在于，S2中工作面顶板与矸石岩样的相关参数包括：工作面长度b、煤体弹性地基系数Eh、充填体弹性地基系数Ec、采高h0、上覆岩层载荷q、直接顶弹性模量Ei、直接顶惯性矩I、顶板抗拉强度σt、矸石密度ρ、直接顶抗拉强度σt和直接顶厚度hn。
4.根据权利要求3所述的深部采空区非充分充填沿空留巷方法，其特征在于，S3中建立工作面顶板与充填体相互作用模型包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的深部采空区非充分充填沿空留巷方法，其特征在于，S4中判断是否采用工作面充填沿空留巷的方法具体为：工作面顶板破断或变形不满足安全生产要求，则采用传统留巷技术；工作面顶板没有破断且工作面顶板变形满足安全生产要求，则采
6.根据权利要求4所述的深部采空区非充分充填沿空留巷方法，其特征在于，S34中根据连续性条件建立方程组的过程如下：
7.根据权利要求1所述的深部采空区非充分充填沿空留巷方法，其特征在于，S4中顶板没有破断满足：最大拉应力小于岩层抗拉强度，岩层最大拉应力与下沉曲线函数二次导数最大值存在如下关系
...【技术特征摘要】
1.一种深部采空区非充分充填沿空留巷方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深部采空区非充分充填沿空留巷方法，其特征在于，s1具体为：将掘进工作面和开采工作面的矸石样品经地下或者地面洗选运送至充填工作面，通过洗选装置测量矸石产量，矸石产量单位时间内总计质量为m。
3.根据权利要求1所述的深部采空区非充分充填沿空留巷方法，其特征在于，s2中工作面顶板与矸石岩样的相关参数包括：工作面长度b、煤体弹性地基系数eh、充填体弹性地基系数ec、采高h0、上覆岩层载荷q、直接顶弹性模量ei、直接顶惯性矩i、顶板抗拉强度σt、矸石密度ρ、直接顶抗拉强度σt和直接顶厚度hn。
4.根据权利要求3所述的深部采空区非充分充填沿空...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘迅，王卫军，余伟健，吴根水，方传峰，唐雯钰，喻超鹏，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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