CN104453903B

CN104453903B - 一种近距煤层群保水开采方法

Info

Publication number: CN104453903B
Application number: CN201410715657.6A
Authority: CN
Inventors: 马立强; 秦波涛; 汪辉; 孙海; 金志远
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2034-12-01
Also published as: AU2015358166B2; AU2015358166A1; CN104453903A; WO2016086602A1

Abstract

本发明公开了一种近距煤层群保水开采方法，根据近距煤层的煤层埋深、两煤层层间距这些既定参数，以及上、下煤层的采高，得出能够实现保水开采的各参数的界定范围。此方法提供的参数简单明了，能够为西部矿区类似近距煤层保水开采提供指导，具有很强的实用性。

Description

一种近距煤层群保水开采方法

技术领域

本发明涉及一种近距煤层群保水开采方法，能够保护薄基岩浅埋上覆松散含水层的水资源、提高煤炭资源的回收率、保障安全生产。

背景技术

我国西北广泛赋存着煤层厚且煤质优良的浅埋煤田，但地处干旱半干旱大陆气候区，区内水资源普遍贫乏、植被覆盖率较低、生态环境脆弱。多年的开采实践表明，以传统方式进行大规模机械化开采，采动裂隙发育必将引起矿区大范围水土资源流失，带来一系列矿山环境地质效应，进一步加剧原本脆弱的生态环境的退化。

目前，许多矿区的首采煤层已经开采完毕，亟需开采首采煤层下煤层满足产量需求。复合煤层群的开采不可避免的对煤层上覆岩层造成多次重复扰动，导致地表隔水层的稳定性严重破坏，进而导致水土流失，为保水开采带来挑战。然而对复合煤层保水开采现在还没有具体的分类方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种近距煤层群保水开采方法，是一种近距煤层开采过程中水资源流失少、煤炭资源回收率高的薄基岩浅埋煤层长壁工作面保水开采适用条件的分类开采方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种近距煤层群保水开采方法，包括如下步骤：

(1)计算近距浅埋煤层的下煤层开采垮落带高度H_k为：

H_k＝3.2M₂+4.3

其中，M₂为下煤层采高，H_k和M₂的单位均为m；

(2)计算近距浅埋煤层的综合采高M_Z1-2；

当两层煤层间距小于或等于下煤层开采垮落带高度时，或者两层煤的层间覆岩厚度小于5m时，综合采高M_Z1-2为：

M_Z1-2＝M₁+M₂

当两层煤层间距大于下煤层开采垮落带高度时，综合采高M_Z1-2为：

M_{Z 1 - 2} = M_{1} + M_{2} + \frac{M_{2} + 8}{50} \cdot h_{1 - 2}

其中，M₁为上层煤采高，M₂为下层煤采高，h_1-2为上下煤层之间的法线距离，M_Z1-2、M₁、M₂和h_1-2的单位均为m；

(3)计算近距浅埋煤层的裂隙带高度H_L为：

H_L＝10.2M_Z1-2+9.1

其中，M_Z1-2为综合采高，H_L和M_Z1-2的单位均为m；

(4)确定近距浅埋煤层保水开采导水裂隙带上部保护层厚度H₀为12～15m；

(5)计算煤岩柱高度H＝H_L+H₀；

(6)根据两层煤层间距和煤岩柱高度对近距煤层进行保水开采。

优选的，所述步骤(6)中，根据两层煤层间距和煤岩柱高度对近距煤层进行保水开采，具体方法为：

a.当两层煤层间距在5～10m时，保水开采方法为：

a1.当煤岩柱高度大于115m时，采用6～7m的大采高长壁开采方法；

a2.当煤岩柱高度在85～115m之间，长壁工作面采高在4～5.5m大采高之间进行相应选择；

a3.当煤岩柱高度在80～85m之间，局部采取措施，长壁工作面采高在3.5～5m大采高之间进行相应选择；

a4.当煤岩柱高度在75～80m之间，采用降低采高正常长壁开采方法，分层开采或者用条带开采；

b.当两层煤层间距在10～15m时，保水开采方法为：

b1.当煤岩柱高度大于110m时，采用6～7m的大采高长壁开采方法；

b2.当煤岩柱高度在85～110m之间，长壁工作面采高在4～5.5m大采高之间进行相应选择；

b3.当煤岩柱高度在80～85m之间，局部采取措施，长壁工作面采高在3.5～5m大采高之间进行相应选择；

b4.当煤岩柱高度在70～80m之间，采用降低采高正常长壁开采方法，分层开采或者用条带开采；

c.当两层煤层间距在15～20m时，保水开采方法为：

c1.当煤岩柱高度大于105m时，采用6～7m的大采高长壁开采方法；

c2.当煤岩柱高度在75～105m之间，长壁工作面采高在4～5.5m大采高之间进行相应选择；

c3.当煤岩柱高度在70～75m之间，局部采取措施，长壁工作面采高在3.5～5m大采高之间进行相应选择；

c4.当煤岩柱高度在65～70m之间，采用降低采高正常长壁开采方法，分层开采或者用条带开采；

d.当两层煤层间距在20～25m时，保水开采方法为：

d1.当煤岩柱高度大于100m时，采用6～7m的大采高长壁开采方法；

d2.当煤岩柱高度在70～100m之间，长壁工作面采高在4～5.5m大采高之间进行相应选择；

d3.当煤岩柱高度在65～70m之间，局部采取措施，长壁工作面采高在3.5～5m大采高之间进行相应选择；

d4.当煤岩柱高度在60～65m之间，采用降低采高正常长壁开采方法，分层开采或者用条带开采；

e.当两层煤层间距在25～30m时，保水开采方法为：

e1.当煤岩柱高度大于95m时，采用6～7m的大采高长壁开采方法；

e2.当煤岩柱高度在65～95m之间，长壁工作面采高在4～5.5m大采高之间进行相应选择；

e3.当煤岩柱高度在60～65m之间，局部采取措施，长壁工作面采高在3.5～5m大采高之间进行相应选择；

e4.当煤岩柱高度在55～60m之间，采用降低采高正常长壁开采方法，分层开采或者用条带开采。

优选的，所述步骤(4)中，确定近距浅埋煤层保水开采导水裂隙带上部保护层厚度H₀为15m。

有益效果：本发明提供的近距煤层群保水开采方法，具体如下优点：1、对于现阶段已实施了上煤层开采的近距煤层群，根据煤岩柱的高度可以选取合理的下煤层采高，确保两层煤采后实现保水开采；2、对于尚未开采的整装煤田实现保水开采选取合理的上、下煤层采高提供指导和参考；3、为西部地区大规模煤炭开采过程中避免水土流失、生态破坏以及荒漠化等环境灾难，提供技术支持。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作更进一步的说明。

本发明提供的近距煤层群保水开采方法，主要是针对西部浅埋近距煤层的开采，根据近距煤层的煤层埋深、两煤层层间距这些既定参数，以及上、下煤层的采高，得出能够实现保水开采的各参数的界定范围。此方法提供的参数简单明了，能够为西部矿区类似近距煤层保水开采提供指导，具有很强的实用性，下面就该方法加以具体说明。

1不同采高条件下开采垮落带高度和裂隙带高度预计

常规的垮落带、裂隙带经验公式对浅埋近距离煤层不很适用，根据浅埋薄基岩覆存的结构特征，综合考虑坚硬岩层和软弱岩层对垮落带和导水裂隙发育的影响规律前提下，采用数值计算软件结合近距浅埋煤层开采的经验数据，对不同采高条件下浅埋近距浅埋煤层垮落带、裂隙带高度进行了分析计算，典型垮落带计算结果如表1所示，裂隙带计算结果如表2所示。

表1不同采高对应的垮落带高度

由表1可以回归得出近距浅埋煤层的下煤层开采垮落带高度H_k为：

H_k＝3.2M₂+4.3

M_Z1-2＝M₁+M₂

M_{Z 1 - 2} = M_{1} + M_{2} + \frac{M_{2} + 8}{50} \cdot h_{1 - 2}

下层煤的垮落带接触到或完全进入到上层煤范围内时，上层煤的导水裂隙带最大高度采用上层煤的开采厚度计算，下层煤的导水裂隙带最大高度则应采用上、下层煤的综合开采厚度计算，取其中标高最高者为两层煤的导水裂隙带最大高度。

表2不同采高对应的裂隙带高度

由表2可以回归得出近距浅埋煤层的裂隙带高度H_L为：

H_L＝10.2M_Z1-2+9.1

其中，M₁为上层煤采高，M₂为下层煤采高，h_1-2为上下煤层之间的法线距离。

当上、下煤层层间距为5～10m、10～15m、15～20m、20～25m、＞25m时，得出其导水裂隙带发育高度如表3～7所示，表中“上煤层”表示上煤层采高，“下煤层”表示下煤层采高，单位为m。

表3层间覆岩5～10m时导水裂隙带发育高度

表4层间覆岩10～15m导水裂隙带发育高度

表5层间覆岩15～20m导水裂隙带发育高度

表6层间覆岩20～25m导水裂隙带发育高度

表7层间覆岩大于25m导水裂隙带发育高度

2不同采高条件下实现保水开采岩柱高度预计

根据表3～7中的上、下煤层开采导水裂隙带高度，考虑实现保水开采导水裂隙带上部所需的保护层的厚度。鉴于浅埋煤层覆岩中各岩层隔水性的差异，将具有隔水能力的4m黏土层作为“有效隔水层”，由于浅埋基岩顶部遍布着风化带，其主要岩性为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩的特点，根据浅埋煤层基岩特征及其风化程度，分析认为4～15m顶部基岩可以具有与“有效隔水层”相同的隔水功能，最终将保护层厚度确定为15m。当上、下煤层层间距为5～10m、10～15m、15～20m、20～25m、＞25m时，得出其导水裂隙带发育高度如表8～12所示。

表8层间覆岩5～10m实现保水开采的最小上覆岩层厚度

当两层煤层间距在5～10m时，从表8得出：

a4.当煤岩柱高度在75～80m之间，采用降低采高正常长壁开采方法，分层开采或者用条带开采。

表9层间覆岩10～15m实现保水开采的最小上覆岩层厚度

当两层煤层间距在10～15m时，从表9得出：

b4.当煤岩柱高度在70～80m之间，采用降低采高正常长壁开采方法，分层开采或者用条带开采。

表10层间覆岩15～20m实现保水开采的最小上覆岩层厚度

当两层煤层间距在15～20m时，从表10得出：

c4.当煤岩柱高度在65～70m之间，采用降低采高正常长壁开采方法，分层开采或者用条带开采。

表11层间覆岩20～25m实现保水开采的最小上覆岩层厚度

当两层煤层间距在20～25m时，从表11得出：

d4.当煤岩柱高度在60～65m之间，采用降低采高正常长壁开采方法，分层开采或者用条带开采。

表12层间覆岩大于25m实现保水开采的最小上覆岩层厚度

当两层煤层间距在25～30m时，从表12得出：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种近距煤层群保水开采方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)计算近距浅埋煤层的下煤层开采垮落带高度H_k为：

H_k＝3.2M₂+4.3

其中，M₂为下煤层采高，H_k和M₂的单位均为m；

(2)计算近距浅埋煤层的综合采高M_Z1-2；

M_Z1-2＝M₁+M₂

M_{Z 1 - 2} = M_{1} + M_{2} + \frac{M_{2} + 8}{50} \cdot h_{1 - 2}

(3)计算近距浅埋煤层的裂隙带高度H_L为：

H_L＝10.2M_Z1-2+9.1

其中，M_Z1-2为综合采高，H_L和M_Z1-2的单位均为m；

(5)计算煤岩柱高度H＝H_L+H₀；

(6)根据两层煤层间距和煤岩柱高度对近距煤层进行保水开采，具体方法为：

a.当两层煤层间距在5～10m时，保水开采方法为：

b.当两层煤层间距在10～15m时，保水开采方法为：

c.当两层煤层间距在15～20m时，保水开采方法为：

d.当两层煤层间距在20～25m时，保水开采方法为：

e.当两层煤层间距在25～30m时，保水开采方法为：

2.根据权利要求1所述的近距煤层群保水开采方法，其特征在于：所述步骤(4)中，确定近距浅埋煤层保水开采导水裂隙带上部保护层厚度H₀为15m。