[发明专利]一种两侧充分采动采区上山防冲煤柱设计方法及采矿方法

说明书

本申请涉及一种两侧充分采动采区上山防冲煤柱设计方法及采矿方法，其中，所述防冲煤柱设计方法，在上山两侧采空区为充分采动状态下，基于煤柱上方承受的最大载荷P与防冲煤柱宽度B的比值与发生冲击地压的临界应力σ_bmin的大小关系，得到不发生冲击地压的防冲煤柱宽度判别公式：；基于所述判别公式，得到防冲煤柱宽度B的取值范围。采矿方法采用两侧充分采动采区上山防冲煤柱设计方法。本申请防冲煤柱宽度的计算简洁，可操作性强，煤柱设计合理，既能保证煤柱不发生冲击地压，又能最大程度回收煤炭资源，解决了煤炭资源回采与安全的矛盾，并将传统的经验设计方法为定量计算，科学合理。

技术领域

本申请属于安全采矿技术领域，涉及一种冲击地压煤矿采区上山防冲煤柱设计方法，具体而言涉及一种两侧充分采动采区上山防冲煤柱设计方法及采矿方法。

背景技术

冲击地压是一种典型的矿山动力现象，具有极大的危害性。这种动力现象瞬间将聚积在煤岩体中的大量弹性变形能以急剧、猛烈的形式释放，造成煤岩体破坏并产生强烈震动，动力将破碎煤岩抛向井巷采掘空间，发出强烈声响，造成设备损坏、井巷破坏以及人员伤亡等。

随着煤矿地质条件恶化、应力集中程度加剧，可以预计将有越来越多的煤矿会出现工作面回采与开拓/准备巷道维护的矛盾、巷道破坏甚至冲击地压显现问题。上山巷道的防冲要求日益增高，尤其是深部矿井，采用留煤柱护巷的上山准备巷道，留有足够宽度煤柱（工作面距离上山很远时）依然有发生冲击的可能。受采动影响以及煤柱冲击的影响，采区上山巷道的安全、维护和工作面的回采形成了相互制约的局面，影响了工作面的安全生产。同时，如果护巷煤柱留设过小，还会造成采区上山巷道的大变形，因此，合理有效的采区上山防冲煤柱设计方法对冲击地压矿井的安全高效开采具有重要意义。

针对防冲而言，煤柱尺寸一般建议采用大煤柱或者小煤柱。对于开拓或者准备巷道而言，如果护巷煤柱留设过小，会造成开拓或准备巷道的维护困难，增大生产成本；若采用大煤柱护巷，则会造成煤炭资源的损失。因此，好的煤柱设计不仅要能保证巷道内支护质量和人员设备安全，能够保持长期稳定性，在具有冲击危险的矿井，还要能够降低冲击危险性，不能出现煤柱型冲击。

目前上山防冲煤柱的留设方法主要为工程类比法与实验模拟法。此类方法根据工程经验，基于现场矿压显现数据监测与分析，以相邻采区上山煤柱留设宽度为依据，进而为新采区上山保护煤柱/防冲煤柱留设提供依据。然而，这种工程类比法未考虑工程间的差异以及工程的特殊条件，并且随着采深的加大，为了提高安全系数，煤柱留设往往越来越大，即便满足了防冲要求，但是煤炭资源损失量巨大，并不科学合理。因此，面对冲击地压的严重趋势与资源高效开发，有必要探索和研发更为科学与合理的上山防冲煤柱留设方法。此外，受采动影响的大巷防冲与护巷方法，传统技术手段主要为加强巷道支护并进行及时扩刷、巷修或者进行两帮与底板的爆破/钻孔卸压，但是这些方法中并没有充分考虑护巷与防冲双重需要，多属于被动的卸压解危，卸压保护带范围小，同时巷道修护的工程量较大，有时需要反复多次进行，对生产影响大，综合成本高。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种两侧充分采动采区上山防冲煤柱设计方法及采矿方法，用以解决现有采区上山防冲煤柱留设不合理、资源浪费与安全矛盾、主要依据经验类比进行设计导致煤柱预留不合理的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一方面，提供一种两侧充分采动采区上山防冲煤柱设计方法，包括如下步骤：

在上山两侧采空区为充分采动状态下，基于煤柱上方承受的最大载荷P与防冲煤柱宽度B的比值与发生冲击地压的临界应力σ_bmin的大小关系，得到不发生冲击地压的防冲煤柱宽度判别公式：；