防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法与流程

本发明涉及煤矿开采，尤其涉及一种防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法。

背景技术：

1、随着煤炭需求的稳步提升，我国煤矿开采逐渐进入深部开采阶段，同时煤矿工作面开采宽度大、工作面推进速度快、工作面采高大等煤层开采模式的应用，增加了煤矿冲击地压的可能性和危险性。据统计，我国煤矿冲击地压位置大多发生在巷道。

2、对于采用开采煤层上方软岩作为人工保护层，开采难度大，且人工保护层开采范围不好掌握。开采范围大有塌方后重新压实传递高应力的风险，人工保护层开采范围小则不具有保护效果，反而会加剧冲击地压发生可能性和危险性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法，能够避免采用开采煤层上方软岩作为人工保护层，所导致的开采范围不好掌握的问题，通过在煤层巷道上方施工多层次、小范围人造保护层改变巷道围岩上方承载结构，达到转移应力保护巷道围岩的目的。

2、为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法，包括：根据设计巷道宽度、设计巷道与多层坚硬岩层的间距、人造解放层开采底板卸压角度确定整体人造解放层的跨度；根据设计巷道顶部坚硬岩层的层数确定人造解放层的层数；根据每层人造保护层岩层的单轴抗压强度、所受上覆载荷以及对应岩层的厚度计算每一层人造解放层的跨度；根据所述整体人造解放层的跨度、所述人造解放层的层数、所述每一层人造解放层的跨度进行每一层人造解放层的布置和施工。

4、示例性地，所述根据设计巷道宽度、设计巷道与多层坚硬岩层的间距、人造解放层开采底板卸压角度确定整体人造解放层的跨度，还包括确定整体人造解放层的高度，其中，所述整体人造解放层的跨度和高度的范围在0.3米到3米之间。

5、示例性地，在所述根据设计巷道顶部坚硬岩层的层数确定人造解放层的层数中，每一层人造解放层为间隔预定距离的两段式结构。

6、示例性地，在所述根据每层人造保护层岩层的单轴抗压强度、所受上覆载荷以及对应岩层的厚度计算每一层人造解放层的跨度中，所述每一层人造解放层的跨度s满足：其中，rr为单轴抗压强度，qi为第i层岩层所受上覆载荷，h为第i层岩层厚度。

7、示例性地，在所述根据整体人造解放层的跨度、人造解放层的层数、每一层人造解放层的跨度进行每一层人造解放层的布置和施工中，所述每一层人造解放层的布置采用从底层向上层设计的原则，所述每一层人造解放层的施工采用上层向下层施工的原则，以避免直接在底层施工造成的应力集中和对巷道的扰动。

8、示例性地，在所述根据设计巷道顶部坚硬岩层的层数确定人造解放层的层数中，所述人造解放层的层数为至少三层，每层所述人造解放层为沿设计巷道中心线对称分布的两段式结构。

9、示例性地，所述每一层人造解放层的布置包括：从整体人造保护层跨度边缘设计第一层人造保护层，沿巷道两边布置；根据第一层人造保护层的跨度、第二层人造保护层的跨度、以及第二层人造保护层的底板卸压角度设计第二层人造保护层；根据第二层人造保护层的跨度、第三层人造保护层的跨度、以及第三层人造保护层的底板卸压角度设计第三层保护层；循环布置直至最顶部保护层。

10、示例性地，所述每一层人造解放层的施工包括：施工第三层人造保护层导引应力向第三层人造保护层的相对两侧转移，且卸压范围边缘与第二层人造解放层边缘处相交；施工第二层人造解放层导引应力持续转移，并扩大卸压区，第二层人造解放层卸压范围边缘与第一层人造解放层边缘处相交；施工第第一层人造解放层，巷道处于整体人造解放层的卸压区，以转移高应力至远离巷道围岩位置。

11、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

12、上述技术方案中，根据各坚硬岩层与煤层的间距确定整个人造保护层范围，然后根据岩层垮落步距、岩层间距、底板卸压角计算单个保护层的范围，进而确定施工层次和高度。通过多层次、小跨度人工保护层的联合作用改变煤岩结构，达到转移高应力的作用，能够有效避免采用待开采煤层上方软岩作为人工保护层冲击地压防治方面的不足，同时避免岩层垮落重新压实，有效防范煤矿巷道围岩冲击地压问题。

13、上述一些示例性方案中，人造保护层采用从底层向上层设计，从上层向下层施工的原则，先施工最上面的人造保护层，依次向下，能够有效避免从底层施工时的应力集中和对巷道的扰动。

技术特征：

1.一种防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法，其特征在于，所述根据设计巷道宽度、设计巷道与多层坚硬岩层的间距、人造解放层开采底板卸压角度确定整体人造解放层的跨度，还包括确定整体人造解放层的高度，其中，所述整体人造解放层的跨度和高度的范围在0.3米到3米之间。

3.根据权利要求1所述的防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法，其特征在于，在所述根据设计巷道顶部坚硬岩层的层数确定人造解放层的层数中，每一层人造解放层为间隔预定距离的两段式结构。

4.根据权利要求1所述的防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法，其特征在于，在所述根据每层人造保护层岩层的单轴抗压强度、所受上覆载荷以及对应岩层的厚度计算每一层人造解放层的跨度中，所述每一层人造解放层的跨度s满足：其中，rr为单轴抗压强度，qi为第i层岩层所受上覆载荷，h为第i层岩层厚度。

5.根据权利要求3所述的防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法，其特征在于，在所述根据整体人造解放层的跨度、人造解放层的层数、每一层人造解放层的跨度进行每一层人造解放层的布置和施工中，所述每一层人造解放层的布置采用从底层向上层设计的原则，所述每一层人造解放层的施工采用上层向下层施工的原则，以避免直接在底层施工造成的应力集中和对巷道的扰动。

6.根据权利要求5所述的防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法，其特征在于，在所述根据设计巷道顶部坚硬岩层的层数确定人造解放层的层数中，所述人造解放层的层数为至少三层，每层所述人造解放层为沿设计巷道中心线对称分布的两段式结构。

7.根据权利要求6所述的防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法，其特征在于，所述每一层人造解放层的布置包括：

8.根据权利要求6所述的防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法，其特征在于，所述每一层人造解放层的施工包括：

技术总结本发明提供一种防范煤矿巷道围岩冲击地压的结构调控方法，涉及煤矿开采技术领域，包括：根据设计巷道宽度、设计巷道与多层坚硬岩层的间距、人造解放层开采底板卸压角度确定整体人造解放层的跨度；根据设计巷道顶部坚硬岩层的层数确定人造解放层的层数；根据每层人造保护层岩层的单轴抗压强度、所受上覆载荷以及对应岩层的厚度计算每一层人造解放层的跨度；根据所述整体人造解放层的跨度、所述人造解放层的层数、所述每一层人造解放层的跨度进行每一层人造解放层的布置和施工以转移巷道围岩高应力，避免重新压实风险。本发明通过多层次、小跨度人工保护层的联合作用改变煤岩结构，达到转移高应力的作用，能有效解决巷道围岩应力集中的问题。技术研发人员：张俊文,董续凯,赵文光,白俊杰,许蒙,王兆旭,王鑫受保护的技术使用者：国能神东煤炭集团乌兰木伦煤矿技术研发日：技术公布日：2024/7/15