背景技術(shù)：

雙巷布置與掘進(jìn)是在掘進(jìn)巷道時，將本工作面的回采巷道與接續(xù)工作面的相鄰巷道同時進(jìn)行布置與掘進(jìn)，為保證接續(xù)工作面回采巷道的穩(wěn)定，需要在雙巷間留設(shè)一定寬度的護(hù)巷煤柱。該技術(shù)的應(yīng)用主要是為了解決工作面推進(jìn)距離過長的通風(fēng)、運輸問題或者為了滿足礦井采、掘接續(xù)的要求，見圖1所示。

如圖1所示，采用雙巷布置與掘進(jìn)時，回采巷道1與回采巷道2同時進(jìn)行掘進(jìn)，在兩巷之間留設(shè)護(hù)巷煤柱3，兩條同時掘進(jìn)的巷道1和巷道2之間利用聯(lián)絡(luò)巷4進(jìn)行連通，滿足通風(fēng)與運輸要求。

在厚煤層的雙巷掘進(jìn)中，一般需要留設(shè)較大尺寸的煤柱3，回采巷道2與護(hù)巷煤柱3要先后經(jīng)歷兩次采動影響，雙巷掘進(jìn)一般情況需要留設(shè)30m煤柱，甚至更大。因此雙巷掘進(jìn)存在的問題主要集中在煤柱尺寸與回采巷道2的支護(hù)兩個方面，煤層厚度越大，這兩個問題越突出。煤柱尺寸大有利于巷道的掘進(jìn)與維護(hù)，但丟煤多、煤損嚴(yán)重；而尺寸小，雖然回采率高，但巷道要經(jīng)歷兩次采動，沿煤層底板布置巷道掘進(jìn)與維護(hù)難度大，甚至出現(xiàn)無法使用的問題。

如圖1所示，巷道1與巷道2的支護(hù)情況，兩巷之間是護(hù)巷煤柱3，兩巷均沿著煤層底板布置，因此其支護(hù)方案與參數(shù)的設(shè)計是獨立的。

綜述，在厚煤層中采用雙巷布置與掘進(jìn)時，兩巷之間需要保留護(hù)巷煤柱，如留大煤柱開采，巷道的圍巖處于完整狀態(tài)、承載較小，但煤炭損失巨大；如留的煤柱小，巷道2要經(jīng)歷兩次采動影響，巷道維護(hù)困難。且兩巷均沿煤層底板布置，厚煤層底板巷道支護(hù)理論欠缺，且巷道1與巷道2需要單獨進(jìn)行支護(hù)，巷道支護(hù)難度大、成本高、效果差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于，提出了一種實現(xiàn)傾斜煤層雙巷布置與掘進(jìn)立體化的聯(lián)合支護(hù)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的護(hù)巷煤柱尺寸大、巷道支護(hù)困難的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種實現(xiàn)傾斜煤層雙巷布置與掘進(jìn)立體化的聯(lián)合支護(hù)方法，包括以下過程：

a、回采巷道的布置方式采用雙巷布置和掘進(jìn)；

b、雙巷布置和掘進(jìn)時，將靠近回采工作面一側(cè)的巷道沿煤層頂板布置，另外一條巷道沿煤層底板布置，兩條回采巷道在煤層中形成立體化布置和掘進(jìn)；

c、依據(jù)護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件確定雙巷之間的煤柱寬度；

d、通過向沿煤層頂板的回采巷道頂板、巷幫、底角、甚至底板布置錨桿/索等支護(hù)與加固方式；向沿煤層底板的回采巷道頂板、巷幫布置錨桿/索，兩條巷道的支護(hù)體在煤巖體中形成網(wǎng)狀，實現(xiàn)了雙巷布置和掘進(jìn)立體化的聯(lián)合支護(hù)方法。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，適用于任何傾角厚煤層回采工作面，按照放頂煤要求一次采出厚度超過5m，小于12m。

具體的，步驟a中，厚煤層開采中，為滿足工作面推進(jìn)距離過長的通風(fēng)、運輸要求或者實現(xiàn)工作面間的采、掘接續(xù)，采用雙巷布置與掘進(jìn)。

步驟b中，雙巷布置與掘進(jìn)時，將靠近回采工作面一側(cè)的巷道沿煤層頂板布置，另外一條巷道沿煤層底板布置，在煤層中形成兩條回采巷道的立體化布置。

在步驟c中，依據(jù)護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件確定雙巷之間的煤柱寬度，確定依據(jù)為：

B＝x₀+2M+x₁

式中：x₀，回采工作面在雙巷間護(hù)巷煤柱形成的極限平衡區(qū)，m；x₁，采準(zhǔn)巷道幫部對護(hù)巷煤柱的有效支撐長度，m；M，煤層開采厚度，m。

回采工作面在雙巷間護(hù)巷煤柱形成的極限平衡區(qū)的計算依據(jù)公式：

式中：K，應(yīng)力集中系數(shù)；γ，覆巖容重，MPa；H，埋深，m；p₁，支架對煤幫的阻力，MPa；C，煤體的粘聚力，MPa；煤體的內(nèi)摩擦角，°；f，煤層與頂?shù)装褰佑|面的摩擦系數(shù)；ε，三軸應(yīng)力系數(shù)，

在步驟d中，通過向沿煤層頂板的回采巷道頂板、巷幫、底角、甚至底板布置錨桿/索等支護(hù)與加固方式；向沿煤層底板的回采巷道頂板、巷幫布置錨桿/索，兩條巷道的支護(hù)體在煤巖體中形成網(wǎng)狀，實現(xiàn)了雙巷布置和掘進(jìn)立體化的聯(lián)合支護(hù)方法。

本發(fā)明提供的實現(xiàn)厚煤層雙巷布置和掘進(jìn)立體化的聯(lián)合支護(hù)方法，具有以下優(yōu)點：

(1)現(xiàn)有雙巷布置和掘進(jìn)方法，兩巷之間需要留設(shè)較大煤柱，煤炭資源損失嚴(yán)重。本發(fā)明中，雙巷布置在煤層中的不同層位，形成立體化的雙巷布置和掘進(jìn)，可減小雙巷間的煤柱尺寸。

(2)現(xiàn)有雙巷布置和掘進(jìn)方法，兩巷均沿煤層底板布置，首先，厚煤層底板巷道的支護(hù)理論一直屬于空白，現(xiàn)有的懸吊理論、組合拱、組合梁等理論均不適用，煤層厚度越大，巷道支護(hù)的難題越大；其次，巷道間是區(qū)段護(hù)巷煤柱，兩巷采用的是單獨支護(hù)，而采用本技術(shù)，利用雙巷之間的立體化關(guān)系，通過向兩巷相向一側(cè)的巷頂、巷幫與巷角，甚至巷道底板布置錨桿、索，從而形成雙巷布置和掘進(jìn)的立體化聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，改善現(xiàn)有厚煤層煤柱尺寸大于巷道支護(hù)困難的現(xiàn)狀。

附圖說明

圖1為實施例的現(xiàn)有雙巷布置和掘進(jìn)的平面、剖面與支護(hù)示意圖；

(a)現(xiàn)有雙巷布置和掘進(jìn)的平面圖；

(b)現(xiàn)有雙巷布置和掘進(jìn)的剖面圖；

(c)現(xiàn)有雙巷布置和掘進(jìn)的支護(hù)示意圖；

圖2為實施例的雙巷布置和掘進(jìn)立體化的聯(lián)合支護(hù)方法示意圖。

具體實施方式

結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。

在本實施例中，巷道采用雙巷布置和掘進(jìn)的方式，其中靠近回采工作面一側(cè)的巷道1沿煤層頂板布置、另一條回采巷道2沿煤層底板布置，形成立體化的巷道空間關(guān)系，見圖2所示，通過向沿煤層頂板巷道1的頂部、幫部、底角甚至底板布置錨桿、索，向巷道2的頂部、幫部布置錨桿、索，形成雙巷布置和掘進(jìn)立體化的聯(lián)合支護(hù)方法。

第一步：確定采用雙巷布置與掘進(jìn)方式。

通常，如果工作面的推進(jìn)距離過長，為了滿足通風(fēng)與運輸?shù)囊蠡蛘邽榱藵M足礦井實現(xiàn)采、掘順序接替，需要采用雙巷布置與掘進(jìn)。

第二步：在采用雙巷布置與掘進(jìn)時，靠近回采工作面一側(cè)的巷道1沿著煤層頂板布置，雙巷中的另一條巷道2沿著煤層底板布置。

第三步：依據(jù)護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件確定雙巷之間的煤柱寬度3，確定依據(jù)為：

B＝x₀+2M+x₁ (1)

式中：x₀，回采工作面在雙巷間護(hù)巷煤柱形成的極限平衡區(qū)，m；x₁，采準(zhǔn)巷道幫部對煤柱的有效支承長度，m；M，煤層開采厚度，m。

煤柱尺寸寬度的留設(shè)受一側(cè)回采工作面形成的極限平衡區(qū)x₀、所開采煤層厚度M與煤柱另一側(cè)巷道幫部的有效支撐長度x₁有關(guān)。采用立體化巷道布置，降低了工作面靠護(hù)巷煤柱3一側(cè)的采高，公式(1)中的2M與現(xiàn)有沿煤層底板布置巷道相比，其值減小，相應(yīng)留設(shè)煤柱尺寸減小。

回采工作面在雙巷間護(hù)巷煤柱形成的極限平衡區(qū)的計算依據(jù)公式：

式中：K，應(yīng)力集中系數(shù)；γ，覆巖容重，MPa；H，埋深，m；p₁，支架對煤幫的阻力，MPa；C，煤體的粘聚力，MPa；煤體的內(nèi)摩擦角，°；f，煤層與頂?shù)装褰佑|面的摩擦系數(shù)；ε，三軸應(yīng)力系數(shù)，

從公式(2)中可以看出，一側(cè)回采工作面形成的極限平衡區(qū)x₀與開采厚度M，承載KγH成正比；與內(nèi)摩擦角摩擦系數(shù)f、巷幫提供的支撐力P₁以及內(nèi)聚力C成反比。

結(jié)合公式(2)僅考慮雙巷布置與掘進(jìn)形成立體化帶來的變化，式中M降低，承載KγH不變，則x₀僅與工作面開采高度有關(guān)，假設(shè)煤層厚度6m，兩巷高度均為3m，則公式(2)按照沿頂巷道立體化布置采厚3m計算所產(chǎn)生的塑性區(qū)是沿底布置采厚6m的一半。

結(jié)合公式(2)，如向靠近回采工作面的巷道幫部、底角進(jìn)行錨桿/索支護(hù)，按照支護(hù)機理，增加了煤巖體的內(nèi)摩擦角摩擦系數(shù)f、巷幫提供的支撐力P₁以及內(nèi)聚力C，進(jìn)一步降低煤柱靠回采工作面一側(cè)的極限平衡區(qū)x₀。

結(jié)合公式(1)，如采用立體化巷道布置與現(xiàn)有布置方式相比，式中的極限平衡區(qū)x₀可減少一半以上，采高M(jìn)降低一半，即使另一條巷道有效支撐長度不變，可以取1.5m，與前兩個參數(shù)相比可忽略不計，立體化巷道布置比現(xiàn)有布置方式可減少煤柱尺寸在一半以上。

第四步：圖2所示，雙巷掘進(jìn)時，對雙巷實施錨桿/索主動支護(hù)方案，向巷道1的頂部、幫部、底角甚至底板打錨桿、索，同時，向巷道2的頂部與幫部打錨桿、索，形成雙巷主動支護(hù)體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)厚煤層雙巷布置與掘進(jìn)立體化的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。