1.本发明涉及工作面回采巷道超前加强支护技术领域，具体涉及一种工作面 回采巷道超前加强支护合理距离确定方法。
背景技术：
2.工作面回采巷道支护的稳定、可靠是影响煤矿安全高效生产的重要因素。 在煤炭地下开采过程中，煤层开采打破了原岩应力场平衡状态，采空区上覆岩 层重量将向新的支承点转移，从而在回采工作面前方煤体中形成超前支承压力 带。尤其是在高地应力及强构造应力叠加的复杂地质条件下，回采巷道围岩赋 存条件本就十分恶劣，在工作面超前支承压力影响下，回采巷道顶板下沉、两 帮变形、底板鼓起等现象普遍存在，致使巷道断面急剧收缩，难以满足行人、 通风、运输等生产要求，严重影响工作面正常回采，并存在极大的安全隐患。
3.为提高工作面回采巷道超前段的可靠性，确保其在服务期间的安全稳定， 《煤矿安全规程》(2016)第九十七条规定：采煤工作面所有安全出口与巷道连 接处超前压力影响范围内必须加强支护，且加强支护的巷道长度不得小于20m； 综合机械化采煤工作面，此范围内的巷道高度不得低于1.8m，其他采煤工作面， 此范围内的巷道高度不得低于1.6m。由于受原岩应力、煤柱强度、煤层开采厚 度、工作面长度、采空区上覆岩层赋存条件、采煤工艺等因素影响，不同工作 面回采巷道需采超前加强支护的距离往往存在极大差异。在《煤矿安全规程》 (2016)规定的“...加强支护的巷道长度不得小于20m...”情况下，若盲目加大 回采巷道超前加强支护的距离，又会造成不必要的人力、物力、财力消耗。因 此，准确掌握工作面超前支承压力影响范围，明确回采巷道超前加强支护的合 理距离，成为矿井工程技术人员设计可靠技术方案的重要基础。
4.目前，在回采巷道超前加强支护距离确定方面，常见的方法较多，然而， 由于工作面地质条件复杂多变，现有的一种或多种方法组合不合理，都将无法 精准确定回采巷道超前加强支护的合理距离。因此，亟需发明一种可靠性强、 结果准确的工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方法。
技术实现要素：
5.鉴于此，本发明公开了一种工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方 法，明确超前支承压力的影响范围，精准确定超前加强支护合理距离，成本低、 操作简单、准确性高，能够有效保障工作面安全高效生产。
6.根据本发明的目的提出的工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方 法，包括以下步骤：
7.步骤一：沿采煤工作面推进方向，在采动影响范围外的两个回采巷道内， 根据工作面具体
采矿地质条件，布置多个现场测站，并在现场测站内向工作面 侧煤帮施工探测钻孔和帮部锚杆；所述现场测站内设置有测氡仪、钻孔应力计 以及锚杆(索)应力计。
8.步骤二：将钻孔应力计上的油枕和测氡仪上的硅胶管放置于探测钻孔内并 封堵探测钻孔；油枕与钻孔应力计通过不锈钢油管连接，硅胶管另一端与测氡 仪进气口连接。
9.步骤三：将锚杆(索)应力计上的应力传感器套入锚杆托盘和锚杆螺母之 间，紧固锚杆螺母，直至锚杆(索)应力计出现稳定读数且数值大小达到作业 规程规定。
10.步骤四：工作面回采时启用现场测站开始监测，监测期间，记录工作面日 进尺以获得工作面距现场测站距离、记录测氡仪显示结果、使用手持矿用数据 采集器通过红外无线传输方式采集钻孔应力计及锚杆(索)应力计存储的煤体 应力及锚杆应力数据，直至工作面回采至相应现场测站位置，相应现场测站监 测结束。
11.步骤五：待所有探测工作完成后，将步骤四中的监测数据汇总至电脑端， 并采用数据处理软件绘制每一现场测站所监测的煤体氡气浓度、煤体应力及锚 杆应力与相应现场测站距工作面距离的变化曲线。
12.步骤六：通过分析每一变化曲线图中煤体氡气浓度、煤体应力及锚杆应力 随工作面推进距离的变化特征，得出多组工作面超前支承压力明显影响范围值 xa、xb、xc。
13.步骤七：比较核对多组数据，剔除无效数据后，取相应最大值xa、xb、xc， 当max{xa，xb，xc}≤20m时，确定工作面回采巷道超前支护合理距离为20m； 当max{xa，xb，xc}＞20m时，确定工作面回采巷道超前支护合理距离为max{xa， xb，xc}m。
14.优选的，步骤一中，相邻两现场测站间距为20～30m。
15.优选的，步骤二中，使用密封气囊封堵探测钻孔，将探测钻孔与巷道环境 隔离，确保探测钻孔处于一个相对密封的环境，所述硅胶管和不锈钢油管穿过 密封气囊伸入探测钻孔内。
16.优选的，所述硅胶管内径为5mm，其与密封气囊接触段的外壁套有内径为 8mm的中空钢管。
17.优选的，所述探测钻孔直径为42～45mm，孔深为8m；帮部锚杆的长度优选的，所述探测钻孔直径为42～45mm，孔深为8m；帮部锚杆的长度其中，k
cx
为巷道周边挤压应力集中系数； γ为上覆岩层平均重力密度，kn/m3；h为巷道距地表的深度，m；b为采动影响 程度的无因次参数；fy为煤层硬度系数；h为煤层厚度或巷道轮廓范围内煤夹层 的厚度，m；为煤的内摩擦角，
°
；δ为锚杆锚入围岩破坏松动范围之外的深 度与锚杆外露长度之和，一般取0.5～0.7m。
18.优选的，所述钻孔应力计和锚杆(索)应力计内均设置有电池供电。
19.优选的，使用测氡仪进行氡气测量时，先检查设备状态，确保测氡仪进气 口里的干燥剂足量有效；然后打开电源，预热仪器五分钟；接着选择测量模式， 并设置测量时间600s，测量次数为5次；测量自动结束后，结果自动保存，通 过按键调出已测线谱，根据测氡仪液晶屏幕显示结果，计算探测钻孔内氡气平 均浓度。
20.与现有技术相比，本发明公开的工作面回采巷道超前加强支护合理距离确 定方法的优点是：
21.本发明引入了氡气监测手段，结合煤体应力监测、锚杆应力监测，三种监 测方法综合确定工作面回采巷道超前加强支护合理距离，在确保工作面安全生 产的前提下，有效避免盲目增大超前加强支护距离造成的人力、物力、财力消 耗，且可靠性强、成本低、效率
高，具有广泛的实用性和推广性。
附图说明
22.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中 的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不 付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
23.图1为本发明现场测站布置示意图。
24.图2为本发明现场探测工作示意图。
25.图3为图2中a-a向剖面图。
26.图4为本发明现场测站监测曲线示意图。
27.图中的数字或字母所代表的零部件名称为：
28.1-手持矿用数据采集器；2-硅胶管；3-测氡仪进气口；4-测氡仪；5-现场 测站；6-锚杆螺母；7-应力传感器；8-锚杆；9-锚杆托盘；10-锚杆(索)应力 计；11-油枕；12-探测钻孔；13-密封气囊；14-工作面侧煤帮；15-钻孔应力计； 16-中空钢管；17-不锈钢油管；18-采煤工作面。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施 例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施 例，均属于本发明保护的范围。
30.图1-图4示出了本发明较佳的实施例，分别从不同的角度对其进行了详细 的剖析。
31.如图1-4所示的工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方法，包括以 下步骤：
32.步骤一：沿采煤工作面18推进方向，在采动影响范围外的两个回采巷道内， 根据工作面具体采矿地质条件，每隔20～30m布置一个现场测站5，并在现场测 站5向工作面侧煤帮14施工探测钻孔12和帮部锚杆8。两个回采巷道分别为运 输巷和回风巷，回风巷内现场测站5监测结果用于确定运输巷超前支护合理距 离；运输巷内现场测站5监测结果用于确定回风巷超前支护合理距离。探测钻 孔12直径为42～45mm，孔深为8m。帮部锚杆的长度孔12直径为42～45mm，孔深为8m。帮部锚杆的长度其中，k
cx
为巷道周边挤压应力集中系数；γ为上覆岩层平均重 力密度，kn/m3；h为巷道距地表的深度，m；b为采动影响程度的无因次参数； fy为煤层硬度系数；h为煤层厚度或巷道轮廓范围内煤夹层的厚度，m；为煤的 内摩擦角，
°
；δ为锚杆8锚入围岩破坏松动范围之外的深度与锚杆8外露长度 之和，一般取0.5～0.7m。现场测站5内设置有测氡仪4、钻孔应力计15以及 锚杆(索)应力计10。钻孔应力计15和锚杆(索)应力计10内均设置有电池 供电，具有光控数显、数据通信、采集存储等功能，具有长期连续监测和数据 记录的特点，可使用手持矿用数据采集器1无线采集数据。
33.步骤二：将钻孔应力计15上的油枕11和测氡仪4上的硅胶管2放置于探 测钻孔12
内，并使用密封气囊13封堵探测钻孔12，将探测钻孔12与巷道环境 隔离，确保探测钻孔12处于一个相对密封的环境。油枕11与钻孔应力计15通 过不锈钢油管连接，硅胶管2另一端与测氡仪进气口3连接。硅胶管2和不锈 钢油管17穿过密封气囊13伸入探测钻孔12内，硅胶管2内径为5mm，其与 密封气囊13接触段的外壁套有内径为8mm的中空钢管16。
34.步骤三：将锚杆(索)应力计10上的应力传感器7套入锚杆托盘9和锚杆 螺母6之间，紧固锚杆螺母6，直至锚杆(索)应力传计10出现稳定读数且数 值大小达到作业规程规定。
35.步骤四：工作面回采时启用现场测站5开始监测，监测期间，记录工作面 日进尺以获得工作面距现场测站5距离、记录测氡仪4显示结果、使用手持矿 用数据采集器1通过红外无线传输方式采集钻孔应力计15及锚杆(索)应力计 10存储的煤体应力及锚杆应力数据，直至工作面回采至相应现场测站5位置， 相应现场测站5监测结束。测氡仪4为kjd-2000r测氡仪(α谱仪)，可连续进 行1000点的全谱测量工作。使用测氡仪4进行氡气测量时，先检查设备状态， 确保测氡仪进气口3里的干燥剂足量有效；然后打开电源，预热仪器五分钟； 接着选择测量模式，并设置测量时间600s，测量次数为5次；测量自动结束后， 结果自动保存，通过按键调出已测线谱，根据测氡仪4液晶屏幕显示结果，计 算探测钻孔12内氡气平均浓度。
36.步骤五：待所有探测工作完成后，将步骤四中的监测数据汇总至电脑端， 并采用数据处理软件绘制每一现场测站5所监测的煤体氡气浓度、煤体应力及 锚杆应力与现场测站5距工作面距离的变化曲线。
37.步骤六：通过分析每一变化曲线图中煤体氡气浓度、煤体应力及锚杆应力 随工作面推进距离的变化特征，得出多组工作面超前支承压力明显影响范围值 xa、xb、xc。
38.步骤七：比较多组数据，取相应最大值xa、xb、xc，当max{xa，xb，xc} ≤20m时，确定工作面回采巷道超前支护合理距离为20m；当max{xa，xb， xc}＞20m时，确定工作面回采巷道超前支护合理距离为max{xa，xb，xc}m。
39.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本 发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。技术特征：
1.一种工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：沿采煤工作面(1)推进方向，在采动影响范围外的两个回采巷道内，根据工作面具体采矿地质条件，布置多个现场测站(5)，并在现场测站(5)内向工作面侧煤帮(14)施工探测钻孔(12)和帮部锚杆(8)；所述现场测站(5)内设置有测氡仪(4)、钻孔应力计(15)以及锚杆(索)应力计(10)；步骤二：将钻孔应力计(15)上的油枕(11)和测氡仪(4)上的硅胶管(2)放置于探测钻孔(12)内并封堵探测钻孔(12)；油枕(11)与钻孔应力计(15)通过不锈钢油管(17)连接，硅胶管(2)另一端与测氡仪进气口(3)连接；步骤三：将锚杆(索)应力计(10)上的应力传感器(7)套入锚杆托盘(9)和锚杆螺母(6)之间，紧固锚杆螺母(6)，直至锚杆(索)应力计(10)出现稳定读数且数值大小达到作业规程规定；步骤四：工作面回采时启用现场测站(5)开始监测，监测期间，记录工作面日进尺以获得工作面距现场测站(5)距离、记录测氡仪(4)显示结果、使用手持矿用数据采集器(1)通过红外无线传输方式采集钻孔应力计(15)及锚杆(索)应力计(10)存储的煤体应力及锚杆应力数据，直至工作面回采至相应现场测站(5)位置，相应现场测站(5)监测结束；步骤五：待所有探测工作完成后，将步骤四中的监测数据汇总至电脑端，并采用数据处理软件绘制每一现场测站(5)所监测的煤体氡气浓度、煤体应力及锚杆应力与相应现场测站(5)距工作面距离的变化曲线；步骤六：通过分析每一变化曲线图中煤体氡气浓度、煤体应力及锚杆应力随工作面推进距离的变化特征，得出多组工作面超前支承压力明显影响范围值x
a
、x
b
、x
c
；步骤七：比较核对多组数据，剔除无效数据后，取相应最大值x
a
、x
b
、x
c
，当max{x
a
，x
b
，x
c
}≤20m时，确定工作面回采巷道超前支护合理距离为20m；当max{x
a
，x
b
，x
c
}＞20m时，确定工作面回采巷道超前支护合理距离为max{x
a
，x
b
，x
c
}m。2.根据权利要求1所述的工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方法，其特征在于，步骤一中，相邻两现场测站(5)间距为20～30m。3.根据权利要求1所述的工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方法，其特征在于，步骤二中，使用密封气囊(13)封堵探测钻孔(12)，将探测钻孔(12)与巷道环境隔离，确保探测钻孔(12)处于一个相对密封的环境，所述硅胶管(2)和不锈钢油管(17)穿过密封气囊(13)伸入探测钻孔(12)内。4.根据权利要求3所述的工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方法，其特征在于，所述硅胶管(2)内径为5mm，其与密封气囊(13)接触段的外壁套有内径为8mm的中空钢管(16)。5.根据权利要求1所述的工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方法，其特征在于，所述探测钻孔(12)直径为42～45mm，孔深为8m；帮部锚杆(8)的长度l≥(k
cx
γhb/104f
y-1)其中，k
cx
为巷道周边挤压应力集中系数；γ为上覆岩层平均重力密度，kn/m3；h为巷道距地表的深度，m；b为采动影响程度的无因次参数；f
y
为煤层硬度系数；h为煤层厚度或巷道轮廓范围内煤夹层的厚度，m；为煤的内摩擦角，
°
；δ为锚杆(8)锚入围岩破坏松动范围之外的深度与锚杆(8)外露长度之和，一般取0.5～0.7m。
6.根据权利要求1所述的工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方法，其特征在于，所述钻孔应力计(15)和锚杆(索)应力计(10)内均设置有电池供电。7.根据权利要求1所述的工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方法，其特征在于，使用测氡仪(4)进行氡气测量时，先检查设备状态，确保测氡仪进气口(3)里的干燥剂足量有效；然后打开电源，预热仪器五分钟；接着选择测量模式，并设置测量时间600s，测量次数为5次；测量自动结束后，结果自动保存，通过按键调出已测线谱，根据测氡仪(4)液晶屏幕显示结果，计算探测钻孔(12)内氡气平均浓度。
技术总结
本发明公开的工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方法，涉及工作面回采巷道超前加强支护技术领域。该方法包括以下步骤：首先，在回采巷道内布置多个现场测站；其次，采用测氡仪、钻孔应力计、锚杆(索)应力计监测工作面回采期间现场测站处煤体氡气浓度、煤体应力及锚杆应力；然后，提取监测数据分析煤体氡气浓度、煤体应力及锚杆应力与现场测站距工作面距离的动态变化关系，综合对比三种监测方法所得结果，精准确定超前加强支护合理距离。本发明在确保工作面安全生产的前提下，有效避免盲目增大超前加强支护距离造成的人力、物力、财力消耗，且可靠性强、成本低、效率高，具有广泛的实用性和推广性。实用性和推广性。实用性和推广性。
技术研发人员：张炜 张琰岽 谢凯迪 王天一 索志亮 卜守健
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2021.10.26
技术公布日：2022/2/7
声明：
“工作面回采巷道超前加强支护合理距离确定方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中国矿业大学
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2024年09月20日 ~ 22日 
