[发明专利]沿空留巷巷旁柔强双层复合支护高强材料适宜性评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沿空留巷巷旁柔强双层复合支护高强材料强度确定方法，属于矿井采空区巷旁支护技术领域。

背景技术

沿空留巷是一种无煤柱开采技术，具有缓解采煤工作面接续紧张，显著提高煤炭资源回收率，有效延长矿井服务年限等优点，其中巷旁支护是沿空留巷成功与否的关键技术。目前国内外沿空留巷巷旁支护类型主要为人工砌矸石带等巷旁柔性充填体承载、充填刚性材料的巷旁刚性充填体承载以及巷旁分级充填分段承载三种方式。与本发明有关的技术是巷旁分级充填分段承载方式，它是一种柔强双层复合支护结构，由上下两层充填体组合而成，上层采用柔性充填材料，下层采用高强材料。

巷旁充填体抗压强度是进行巷旁支护的重要参数，也是评价所选取的充填材料是否适宜的关键因素，对留巷效果起决定作用，并对沿空留巷的经济效益产生重要影响。巷旁充填体抗压强度主要来源于下层高强材料，如果充填体强度过小，充填体在顶板压力的作用下破坏，将使围岩变形失去控制，导致留巷失败；充填体强度过大，虽然能保证留巷效果，但充填材料的成本将大幅提高，经济效益较差。

目前，确定巷旁充填体强度的方法多是针对前两种巷旁支护方式来设计，采用这些方法对巷旁分级充填分段承载方式时充填体强度进行设计的缺陷是：将上下两层充填体作为一个同等性能的整体来计算，并没有考虑柔性充填体的早期让压作用，认为充填体一直处于“限定变形”工作状态；并没有考虑充填体与采空区矸石承载性能的变化，忽略了充填体与矸石承载力与其压缩量的定量关系。因此，所确定的巷旁充填体强度并不准确，一般情况下远大于巷旁充填体实际需要强度，虽然能够保证巷道安全，但造成了较大的浪费。而发明沿空留巷巷旁充填的初衷就是为了提高煤炭资源的采出率，提高经济效益，如果仅仅为了实现沿空留巷巷旁充填，而不考虑充填成本，那这种沿空留巷巷旁充填实际上是一种失败的充填技术。

发明内容

本发明的目的是提供沿空留巷巷旁柔强双层复合支护高强材料适宜性评价方法，通过这种方法实现在保证巷道安全的前提下，充填经济效益的最优化。

为达到上述目的，本发明采取技术方案是：

一种沿空留巷巷旁柔强双层复合支护高强材料适宜性评价方法，其特征在于，所述的柔强双层复合支护由上下两层充填体组合而成，上层充填体采用柔性材料，下层充填体采用高强材料，下层高强材料适宜性评价方法是：以巷道允许变形量为依据，结合充填体压缩量与矸石压缩量协调变形来确定采空区矸石压缩系数，以高强充填材料与采空区矸石压缩性能确定充填体承载力，进而获得高强充填材料所需抗压强度，用预选的高强材料实际抗压强度与获得的高强充填材料所需抗压强度进行比较，从而对预选的高强材料适宜性进行评价；具体步骤如下：

第一步：测定沿空留巷相关技术参数；

技术参数包括：采高h，m；

直接顶容重γ_Z，kN/m³；

直接顶厚度m_Z，m；

基本顶容重γ_E，kN/m³；

基本顶厚度m_E，m；

基本顶断裂步距L₂，m；

与基本顶岩层同时运动岩层的容重γ_S，kN/m³；

与基本顶岩层同时运动岩层的厚度m_S，m；

充填体侧巷道围岩允许最大变形[Δh_c]，m；

基本顶断裂线距煤壁的距离L₀，m；

第二步：对巷旁柔性充填材料进行室内压缩试验，获得柔性材料最大压缩系数K_r；

第三步：预选充填所需的高强材料，并测定高强材料的实际抗压强度σ_C；

第四步：确定巷旁高强充填材料所需抗压强度[σ_C]；

第4.1步：确定顶板岩层作用力；

顶板压力由三部分组成，分别为：直接顶作用力F_Z、基本顶作用力F_E和基本顶上方岩层均布载荷q_S产生的作用力F_S；其中：

直接顶作用力F_Z