本發(fā)明屬于急傾斜工作面布置，尤其涉及一種急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，對煤炭的需求量也在迅速上升，我國原煤生產(chǎn)量從2004年的18.6億t增長到2019年的37.5億t，預(yù)計2030～2050年煤炭年需求達35億噸，在能源結(jié)構(gòu)中的比例占60％以上。我國急傾斜煤層的煤炭產(chǎn)量總體呈現(xiàn)上漲趨勢，急傾斜煤層的煤炭產(chǎn)量約占全國煤炭總產(chǎn)量的10％左右。在我國南方地區(qū)約82％的煤炭礦區(qū)中賦存急傾斜煤層，南方地區(qū)15％左右的國家重點煤礦以及36％的地方小煤礦開采急傾斜煤層。

2、隨著我國煤炭開采技術(shù)的進步，礦井開采強度的增大，淺部賦存條件較好的優(yōu)質(zhì)煤炭資源日益枯竭，煤炭主產(chǎn)地與煤炭消費區(qū)也極不協(xié)調(diào)，為保障地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，賦存條件相對復(fù)雜，大傾角急傾斜煤層逐漸進入西南地區(qū)煤礦企業(yè)的視野。

3、在大傾角急傾斜煤層開采過程中，一方面：工作面下溜煤塊會對工作面下端口運輸巷產(chǎn)生重大損害，大多數(shù)急傾斜礦井隨采用擋矸板來減緩下落煤塊對巷道的沖擊作用，但因煤層傾角較大，下落煤塊沖擊力大，擋矸板變形大，損壞嚴(yán)重，需要頻繁更換，不僅浪費工作時間，還產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失，而且還有一定的安全風(fēng)險；另一方面，急傾斜工作面常采用俯偽斜布置，通過控制俯偽斜角度實現(xiàn)工作面寬度的條件，以便工作面裝備調(diào)斜及穩(wěn)定性控制，實際操作過程中耗時較多，效率低下。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法，對急傾斜工作面自溜煤塊起到緩沖作用，防止對工作面下端運輸巷產(chǎn)生撞擊損害，且能實現(xiàn)急傾斜工作面寬度變化調(diào)整，為急傾斜工作面裝備調(diào)斜穩(wěn)定性控制提供空間條件。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

3、一種急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法，包括：

4、步驟s1、獲取煤巖體樣；

5、步驟s2、根據(jù)煤巖體樣，得到煤巖體物理力學(xué)參數(shù)；

6、步驟s3、根據(jù)急傾斜綜采工作面參數(shù)和煤巖體物理力學(xué)參數(shù)，得出功能煤柱損耗率；

7、步驟s4、初步設(shè)計功能煤柱的留設(shè)尺寸及體積v0；

8、步驟s5、通過急傾斜綜采工作面試生產(chǎn)，得到工作面一個推移步距后功能煤柱剩余尺寸及體積vs；

9、步驟s6、根據(jù)功能煤柱剩余尺寸vs和設(shè)計體積v0，設(shè)計功能煤柱留設(shè)的尺寸。

10、作為優(yōu)選，煤巖體物理力學(xué)參數(shù)包含：煤巖體的單軸抗壓強度、抗拉強度、粘聚力、內(nèi)摩擦角、密度物理力學(xué)參數(shù)。

11、作為優(yōu)選，步驟s3中，基于急傾斜綜采工作面參數(shù)及煤巖體物理力學(xué)參數(shù)，進行功能煤柱沖擊損耗率測試，得出功能煤柱損耗率。

12、作為優(yōu)選，建立對應(yīng)的急傾斜工作面仿真模型，并設(shè)置所測得的煤巖體物理力學(xué)參數(shù)，監(jiān)測對應(yīng)急傾斜工工作面一個推移步距前后的功能尺寸，計算一個推移步距前后功能煤柱體積比，得出功能煤柱損耗率。

13、作為優(yōu)選，若功能煤柱剩余尺寸vs小于設(shè)計體積v0的1/4，則設(shè)計留設(shè)功能煤柱尺寸合理無需調(diào)整，若功能煤柱剩余體積vs大于設(shè)計體積v0的1/4，則將更新設(shè)計功能煤柱尺寸，更新功能煤柱體積v1為初始設(shè)計功能煤柱體積v0減去實測功能煤柱體積vs比1/4設(shè)計體積多余的部分的體積，更新的功能煤柱尺寸按照比例調(diào)整。

14、作為優(yōu)選，所述功能煤柱留設(shè)尺寸包括長度、寬度、厚度；其中，厚度為采煤厚度，長度為沿著工作面推進方向的尺寸長度，寬度為垂直工作面方向的尺寸長度。

15、作為優(yōu)選，功能煤柱留設(shè)位置位于工作面下端端部，且運輸巷和工作面的交界處。

16、作為優(yōu)選，功能煤柱實際生產(chǎn)中留設(shè)途徑為：利用采煤機割煤至工作面下端口停止，不割透下端頭，留設(shè)工作面下端口煤壁側(cè)功能煤柱寬度方向的尺寸；通過工作面下端頭刮板輸送機推移距離的調(diào)節(jié)，控制功能煤柱長度方向的尺寸。

17、本發(fā)應(yīng)用于急傾斜煤復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤層開采中，實現(xiàn)大傾角急傾斜的安全高效開采，工作面按俯偽斜布置；在工作面靠近運輸巷一側(cè)留設(shè)功能煤柱，對工作面上部滑落的煤矸塊起緩沖作用，并為急傾斜工作面寬度變化調(diào)整提供空間；采用下行單向割煤，該方法的設(shè)計實現(xiàn)了對大傾角急傾斜煤層安全高效開采，提高了礦井開采效益，維護了該復(fù)雜地質(zhì)條件下的工作面安全。采用該技術(shù)方案后，豐富了大傾角急傾斜煤層的開采技術(shù)體系，為急傾斜煤層的開采提出了新的技術(shù)思路，減小了工作面上部滑落煤矸塊對工作面運輸平巷的沖擊，節(jié)省了工作時間，提高了經(jīng)濟效益，為工作人員在進行移架、推溜等工作時提供了更安全的保障，實現(xiàn)了大傾角急傾斜雙突煤層的安全高效開采，為我國類似急傾斜煤層開采提供重要的技術(shù)借鑒，具有較大的推廣應(yīng)用前景，其科學(xué)與工程意義巨大。

技術(shù)特征：

1.一種急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法，其特征在于，煤巖體物理力學(xué)參數(shù)包含：煤巖體的單軸抗壓強度、抗拉強度、粘聚力、內(nèi)摩擦角、密度物理力學(xué)參數(shù)。

3.如權(quán)利要求2所述的急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法，其特征在于，步驟s3中，基于急傾斜綜采工作面參數(shù)及煤巖體物理力學(xué)參數(shù)，進行功能煤柱沖擊損耗率測試，得出功能煤柱損耗率。

4.如權(quán)利要求3所述的急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法，其特征在于，建立對應(yīng)的急傾斜工作面仿真模型，并設(shè)置所測得的煤巖體物理力學(xué)參數(shù)，監(jiān)測對應(yīng)急傾斜工工作面一個推移步距前后的功能尺寸，計算一個推移步距前后功能煤柱體積比，得出功能煤柱損耗率。

5.如權(quán)利要求4所述的急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法，其特征在于，若功能煤柱剩余尺寸vs小于設(shè)計體積v0的1/4，則設(shè)計留設(shè)功能煤柱尺寸合理無需調(diào)整，若功能煤柱剩余體積vs大于設(shè)計體積v0的1/4，則將更新設(shè)計功能煤柱尺寸，更新功能煤柱體積v1為初始設(shè)計功能煤柱體積v0減去實測功能煤柱體積vs比1/4設(shè)計體積多余的部分的體積，更新的功能煤柱尺寸按照比例調(diào)整。

6.如權(quán)利要求5所述的急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法，其特征在于，所述功能煤柱留設(shè)尺寸包括長度、寬度、厚度；其中，厚度為采煤厚度，長度為沿著工作面推進方向的尺寸長度，寬度為垂直工作面方向的尺寸長度。

7.如權(quán)利要求6所述的急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法，其特征在于，功能煤柱留設(shè)位置位于工作面下端端部，且運輸巷和工作面的交界處。

8.如權(quán)利要求7所述的急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法，其特征在于，功能煤柱實際生產(chǎn)中留設(shè)途徑為：利用采煤機割煤至工作面下端口停止，不割透下端頭，留設(shè)工作面下端口煤壁側(cè)功能煤柱寬度方向的尺寸；通過工作面下端頭刮板輸送機推移距離的調(diào)節(jié)，控制功能煤柱長度方向的尺寸。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種急傾斜綜采工作面功能煤柱留設(shè)方法，包括：步驟S1、獲取煤巖體樣；步驟S2、根據(jù)煤巖體樣，得到煤巖體物理力學(xué)參數(shù)；步驟S3、根據(jù)急傾斜綜采工作面參數(shù)和煤巖體物理力學(xué)參數(shù)，得出功能煤柱損耗率；步驟S4、初步設(shè)計功能煤柱的留設(shè)尺寸及體積V<subgt;0</subgt;；步驟S5、通過急傾斜綜采工作面試生產(chǎn)，得到工作面一個推移步距后功能煤柱剩余尺寸及體積V<subgt;s</subgt;；步驟S6、根據(jù)功能煤柱剩余尺寸V<subgt;s</subgt;和設(shè)計體積V<subgt;0</subgt;，設(shè)計功能煤柱留設(shè)尺寸。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，對急傾斜工作面自溜煤塊起到緩沖作用，防止對工作面下端運輸巷產(chǎn)生撞擊損害，且能實現(xiàn)急傾斜工作面寬度變化調(diào)整，為急傾斜工作面裝備調(diào)斜穩(wěn)定性控制提供空間條件。

技術(shù)研發(fā)人員：黃小剛,漆興文,張強,蔡寶家,劉守全,文建明,彭正文,王云搏,張小紅,吳坤,楊東輝,陳勇
受保護的技術(shù)使用者：江煤貴州礦業(yè)集團有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19