沿空留巷巷旁柔強雙層複合支護高強材料適宜性評價方法

2023-05-16 13:39:51 1

沿空留巷巷旁柔強雙層複合支護高強材料適宜性評價方法
【專利摘要】本發明公開了一種沿空留巷巷旁柔強雙層複合支護高強材料適宜性評價方法，所述的柔強雙層複合支護由上下兩層充填體組合而成，上層充填體採用柔性材料，下層充填體採用高強材料，下層高強材料適宜性評價方法是以巷道允許變形量為依據，結合充填體壓縮量與矸石壓縮量協調變形來確定採空區矸石壓縮係數，以高強充填材料與採空區矸石壓縮性能確定充填體承載力，進而獲得高強充填材料所需抗壓強度，用預選的高強材料實際抗壓強度與獲得的高強充填材料所需抗壓強度進行比較，從而對預選的高強材料適宜性進行評價。本發明評價方法充分考慮高強充填材料與採空區矸石承載性能，克服了以往忽略採空區矸石壓縮量對其承載能力影響的不足。
【專利說明】沿空留巷巷旁柔強雙層複合支護高強材料適宜性評價方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種沿空留巷巷旁柔強雙層複合支護高強材料強度確定方法，屬於礦井採空區巷旁支護【技術領域】。
【背景技術】
[0002]沿空留巷是一種無煤柱開採技術，具有緩解採煤工作面接續緊張，顯著提高煤炭資源回收率，有效延長礦井服務年限等優點，其中巷旁支護是沿空留巷成功與否的關鍵技術。目前國內外沿空留巷巷旁支護類型主要為人工砌矸石帶等巷旁柔性充填體承載、充填剛性材料的巷旁剛性充填體承載以及巷旁分級充填分段承載三種方式。與本發明有關的技術是巷旁分級充填分段承載方式，它是一種柔強雙層複合支護結構，由上下兩層充填體組合而成，上層採用柔性充填材料，下層採用高強材料。
[0003]巷旁充填體抗壓強度是進行巷旁支護的重要參數，也是評價所選取的充填材料是否適宜的關鍵因素，對留巷效果起決定作用，並對沿空留巷的經濟效益產生重要影響。巷旁充填體抗壓強度主要來源於下層高強材料，如果充填體強度過小，充填體在頂板壓力的作用下破壞，將使圍巖變形失去控制，導致留巷失敗；充填體強度過大，雖然能保證留巷效果，但充填材料的成本將大幅提高，經濟效益較差。
[0004]目前，確定巷旁充填體強度的方法多是針對前兩種巷旁支護方式來設計，採用這些方法對巷旁分級充填分段承載方式時充填體強度進行設計的缺陷是:將上下兩層充填體作為一個同等性能的整體來計算，並沒有考慮柔性充填體的早期讓壓作用，認為充填體一直處於「限定變形」工作狀態；並沒有考慮充填體與採空區矸石承載性能的變化，忽略了充填體與矸石承載力與其壓縮量的定量關係。因此，所確定的巷旁充填體強度並不準確，一般情況下遠大於巷旁充填體實際需要強度，雖然能夠保證巷道安全，但造成了較大的浪費。而發明沿空留巷巷旁充填的初衷就是為了提高煤炭資源的採出率，提高經濟效益，如果僅僅為了實現沿空留巷巷旁充填，而不考慮充填成本，那這種沿空留巷巷旁充填實際上是一種失敗的充填技術。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供沿空留巷巷旁柔強雙層複合支護高強材料適宜性評價方法，通過這種方法實現在保證巷道安全的前提下，充填經濟效益的最優化。
[0006]為達到上述目的，本發明採取技術方案是:
[0007]—種沿空留巷巷旁柔強雙層複合支護高強材料適宜性評價方法，其特徵在於，所述的柔強雙層複合支護由上下兩層充填體組合而成，上層充填體採用柔性材料，下層充填體採用高強材料，下層高強材料適宜性評價方法是:以巷道允許變形量為依據，結合充填體壓縮量與矸石壓縮量協調變形來確定採空區矸石壓縮係數，以高強充填材料與採空區矸石壓縮性能確定充填體承載力，進而獲得高強充填材料所需抗壓強度，用預選的高強材料實際抗壓強度與獲得的高強充填材料所需抗壓強度進行比較，從而對預選的高強材料適宜性進行評價；具體步驟如下:
[0008]第一步:測定沿空留巷相關技術參數；
[0009]技術參數包括:採高h, m ;
[0010]直接頂容重Y z，kN/m3 ;
[0011]直接頂厚度mz,m;[0012]基本頂容重Y E，kN/m3 ;
[0013]基本頂厚度mE, m ；
[0014]基本頂斷裂步距L2, m ;
[0015]與基本頂巖層同時運動巖層的容重Y s, kN/m3 ；
[0016]與基本頂巖層同時運動巖層的厚度ms, m ;
[0017]充填體側巷道圍巖允許最大變形[Ah。]，!!!；
[0018]基本頂斷裂線距煤壁的距離L。，m ；
[0019]第二步:對巷旁柔性充填材料進行室內壓縮試驗，獲得柔性材料最大壓縮係數Kr ；
[0020]第三步:預選充填所需的高強材料，並測定高強材料的實際抗壓強度σ c ;
[0021]第四步:確定巷旁高強充填材料所需抗壓強度[oc];
[0022]第4.1步:確定頂板巖層作用力；
[0023]頂板壓力由三部分組成，分別為:直接頂作用力Fz、基本頂作用力Fe和基本頂上方巖層均布載荷qs產生的作用力Fs ;其中:
[0024]直接頂作用力Fz
[0025]
【權利要求】
1.一種沿空留巷巷旁柔強雙層複合支護高強材料適宜性評價方法，其特徵在於，所述的柔強雙層複合支護由上下兩層充填體組合而成，上層充填體採用柔性材料，下層充填體採用高強材料，下層高強材料適宜性評價方法是:以巷道允許變形量為依據，結合充填體壓縮量與矸石壓縮量協調變形來確定採空區矸石壓縮係數，以高強充填材料與採空區矸石壓縮性能確定充填體承載力，進而獲得高強充填材料所需抗壓強度，用預選的高強材料實際抗壓強度與獲得的高強充填材料所需抗壓強度進行比較，從而對預選的高強材料適宜性進行評價；具體步驟如下: 第一步:測定沿空留巷相關技術參數； 技術參數包括:採高h,單位m ； 直接頂容重Y v單位kN/m3 ； 直接頂厚度mz,單位m ； 基本頂容重Y E，單位kN/m3 ； 基本頂厚度mE,單位m ； 基本頂斷裂步距L2，單位m; 與基本頂巖層同時運動巖層的容重Ys，單位kN/m3 ； 與基本頂巖層同時運動巖層的厚度ms，單位m ； 充填體側巷道圍巖允許最大變形[△ h。]，單位m ； 基本頂斷裂線距煤壁的距離U，單位m ； 第二步:對巷旁柔性充填材料進行室內壓縮試驗，獲得柔性材料最大壓縮係數& ； 第三步:預選充填所需的高強材料，並測定高強材料的實際抗壓強度σ c ； 第四步:確定巷旁高強充填材料所需抗壓強度[σ刀； 第4.1步:確定頂板巖層作用力； 頂板壓力由三部分組成，分別為:直接頂作用力Fz、基本頂作用力Fe和基本頂上方巖層均布載荷qs產生的作用力Fs ;其中: 直接頂作用力Fz
【文檔編號】E21D11/05GK103573273SQ201310567007
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】譚雲亮, 於鳳海, 劉學生, 寧建國 申請人:山東科技大學