CN105046409B - 煤层群上行开采可行性综合评定及技术保障体系建立方法 - Google Patents
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Abstract
一种煤层群上行开采可行性综合评定及技术保障体系建立方法，属于煤层开采评定及技术保障体系建立方法。步骤：(1)上行开采可行性的初步分析、(2)上行开采可行性等级划分、(3)上行开采覆岩复合破坏的时空关系划分、(4)上行开采可行性的综合评定以及(5)上行开采合理模式的确定。该体系的建立方法综合了理论分析、理论计算、工程实践经验、现场实测和数值仿真共五个方面的工作，各方面结论可以互相支撑、验证，最终对煤层群上行开采的可行性进行综合判定。优点：适用范围广、评价结果可靠性更高，很好地解决目前煤矿上行开采可行性分析及合理开采模式确定的困难，保障矿井煤层群的安全上行开采。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层开采评定及技术保障体系建立方法，特别是一种煤层群上行开采可行性综合评定及技术保障体系建立方法。
背景技术
目前，国内部分矿区在煤层群开采过程中普遍存在上行开采模式，即先开采下部煤层、后开采上部煤层。上行开采工作面及巷道的合理布置对于保障采空区上部煤层安全、高效开采具有重要意义。合理选择上行工作面及巷道的位置、选取有效的支护方式及支护参数，可有效降低下部煤层开采引起的上覆岩层破坏对上部煤层开采的不利影响，降低上行工作面回采期间的矿压显现强度，保障上行开采的安全实施。
上行开采可行性判定的传统理论方法，如采动影响倍数法、“三带”判别理论、围岩平衡判别法和数理统计分析法，虽简便易行，在一般情况下可以满足上行开采可行性的判定需求，但是亦均存在各自的局限性。首先，上述传统判别方法仅考虑一项或两项上行开采影响因素，判定结果科学性、准确性相对较弱；其次，当采用不同传统判别方法得到的结果接近判定阈值时，各方法的判定结论有时会相互矛盾，不能准确反映上行开采的可行性；第三，传统判定方法大多出现于上世纪六、七十年代，目前的开采技术条件较之前已经有了重大改进，原先判定不可采的煤层在当前的生产技术条件下有可能可以实现安全开采；最后，传统判定方法仅简单地给出可采或不可采的结论，其判定过程及最终结论并不包含保障煤层群安全上行开采的技术措施。
发明内容
本发明的目的是要提供一种适用范围广、评价结果可靠性高的煤层群上行开采可行性综合评定及技术保障体系建立方法，解决目前煤矿上行开采可行性分析及合理开采模式确定的问题，保障矿井煤层群的安全上行开采。
本发明的目的是这样实现的：该建立方法步骤包括：
步骤一、上行开采可行性的初步分析：利用采动影响倍数法、“三带”判别理论、围岩平衡判别法、数理统计分析法四种传统理论方法对煤层群上行开采的可行性进行初步判定；
步骤二、上行开采可行性等级划分：利用数学分析方法，如层次分析法、人工神经网络法、模糊聚类分析、主成分分析法或因子分析法，建立煤矿上行开采可行性评价技术体系模型，通过该模型对影响上行开采的各因素进行量化并进行重要度排序；
步骤三、上行开采覆岩破坏的时空关系划分：采用现场实测和数值模拟的方法对上行开采覆岩破坏的时空关系进行划分；
步骤四、上行开采可行性的综合评定：根据前述“三步”内容的研究情况，对煤层群上行开采的可行性进行综合评定；
步骤五、上行开采合理模式的确定：在上行开采判断可行的基础上，确定上行开采的合理模式，包括上行工作面和巷道的布置、巷道支护方式和支护参数的选取，并制订煤层群上行开采技术保障措施。
所述的综合评定，最终分为可采、技术型可采和完全不可采三种结果；三种结果的划分标准如下：
可采：步骤一中各传统理论方法均判定上行开采可行，且步骤二中层间距、下部煤层采高、采后时间间隔三项因素均不是影响上行开采安全性的第一重要因素，且步骤三中覆岩破坏的时空关系表明上部煤层位于下部煤层采后的弯曲下沉带内或裂隙带的中上部，且两层煤的开采时间间隔足够长，覆岩破坏已经稳定；
技术型可采：步骤一中四种传统理论方法的判定结果不统一，即至少出现“可采”、“不可采”的结论各一次，且步骤二中层间距、下部煤层采高两项因素均不是影响上行开采安全性的第一重要因素，且步骤三中覆岩破坏的时空关系表明上部煤层位于下部煤层采后的裂隙带内，且两层煤开采具有一定的时间间隔，覆岩破坏趋于稳定；
完全不可采：步骤一中四种传统理论方法的判定结果均为“不可采”，且步骤二中判断得到的影响上行开采安全性的第一重要因素为层间距或下部煤层采高或采后时间间隔，且步骤三中覆岩破坏的时空关系表明上部煤层位于下部煤层采后的垮落带内，煤层的连续性、完整性已经被破坏。
将上行开采可行性评定与上行开采合理模式确定及技术保障措施制订统一起来，可行性评定过程为技术保障措施的制订提供数据与理论支撑。
有益效果，由于采用了上述方案，该体系的建立方法综合了理论分析、理论计算、工程实践经验、现场实测和数值仿真共五个方面的工作，各方面结论可以互相支撑、验证，最终对煤层群上行开采的可行性进行综合判定。同时利用判定过程中研究成果，对上行工作面的开采模式进行合理设计，包括上行工作面及回采巷道的合理布置，回采巷道支护方式及支护参数的选取，并提出保障安全上行开采的一系列措施，最终实现煤层群的安全上行开采。
打破了其它上行开采判定方法判定结果“可采”/“不可采”的两级划分，将最终评定结果划分为“可采”/“技术型可采”/“完全不可采”，且将煤层群上行开采评定过程同技术保障措施制订结合成统一整体，综合评定分析过程中的研究成果是确定合理开采模式及制订技术保障措施的主要依据。
优点：适用范围广、评价结果可靠性更高，尤其适用于困难上行开采条件下可行性分析及技术保障体系的建立。
附图说明：
图1是本发明的上行开采可行性综合评定及技术保障体系实施流程图。
图2是本发明的上行开采可行性综合评定及技术保障体系示意图。
图3是本发明实施例的某矿下部6煤、上部4煤先后开采覆岩(复合)破坏形式、程度的时空关系示意图。
具体实施方式
实施例1：该建立方法步骤如下：
(1)第一步：上行开采可行性的初步分析
通过现场调研，了解煤层群的地质条件及开采技术条件，分析影响上部煤层上行开采的各因素，包括煤岩层倾角、下煤层开采方法、开采时间间隔、下煤层采高、层间距、覆岩岩性、埋深等；结合理论分析与计算，利用采动影响倍数法、“三带”判别理论、围岩平衡判别法和数理统计分析法四种传统的理论方法对上部煤层上行开采的可行性进行初步分析。
(2)第二步：上行开采关键影响因素的数学分析
结合所研究煤矿煤层群的具体条件，利用数学分析方法建立煤层群上行开采可行性评价技术体系模型，通过该模型对影响上行开采的各因素进行量化并进行重要度排序；所述的数学分析方法包括：层次分析法、人工神经网络法、模糊聚类分析、主成分分析法、因子分析法；所述的上行开采的各因素包括：煤岩层倾角、下煤层开采方法、开采时间间隔、下煤层采高、层间距、覆岩岩性、埋深。
(3)第三步：上行开采可行性的时空关系划分
采用现场实测和数值模拟的方法对上行开采可行性的时空关系进行划分。即：①通过现场实测，真实、直观地反映下部煤层采后上覆岩层的运移、破坏特征，得到覆岩中裂隙场的分布规律，揭示覆岩破坏在时间、空间上的分布及发展规律；所述的现场实测为：钻孔冲洗液法、钻孔电视法、网络并行电法、超声波穿透法；②结合数值计算，进一步模拟得到上煤层上行开采期间覆岩的复合破坏特征，并获取覆岩内应力分布规律，分析上行开采过程中可能出现的安全问题，以为后期上行开采合理模式的确定及上行开采安全保障技术措施的制订提供依据。
(4)第四步：上行开采可行性的综合评定
根据前述“三步”工作的研究情况，对煤层群上行开采的可行性进行综合评定，不同研究结论之间相互验证，保守考量，最终划分结果包括“可采、技术型可采、完全不可采”三种。
(5)第五步：上行开采合理模式的确定及保障技术措施的制订
在上行开采判断可行的前提下，结合现场地质及开采技术条件，针对上行开采可行性的等级及关键影响因素，以上行开采覆岩破坏时空演化规律的研究结果为基础，确定上行开采的合理模式并针对性制订保障安全上行开采的相关技术措施；所述的技术措施包括上行工作面及回采巷道的合理布置，回采巷道支护方式及支护参数的设计；同时针对上行工作面的矿压显现、通风、防灭火、水害方面工作制订一系列保障技术措施。
所述的综合评定，最终分为可采、技术型可采和完全不可采三种结果；三种结果的划分标准如下：
可采：步骤一中各传统理论方法均判定上行开采可行，且步骤二中层间距、下部煤层采高、采后时间间隔三项因素均不是影响上行开采安全性的第一重要因素，且步骤三中覆岩破坏的时空关系表明上部煤层位于下部煤层采后的弯曲下沉带内或裂隙带的中上部，且两层煤的开采时间间隔足够长，覆岩破坏已经稳定；
技术型可采：步骤一中四种传统理论方法的判定结果不统一，即至少出现“可采”、“不可采”的结论各一次，且步骤二中层间距、下部煤层采高两项因素均不是影响上行开采安全性的第一重要因素，且步骤三中覆岩破坏的时空关系表明上部煤层位于下部煤层采后的裂隙带内，且两层煤开采具有一定的时间间隔，覆岩破坏趋于稳定；
完全不可采：步骤一中四种传统理论方法的判定结果均为“不可采”，且步骤二中判断得到的影响上行开采安全性的第一重要因素为层间距或下部煤层采高或采后时间间隔，且步骤三中覆岩破坏的时空关系表明上部煤层位于下部煤层采后的垮落带内，煤层的连续性、完整性已经被破坏。
将上行开采可行性评定与上行开采合理模式确定及技术保障措施制订统一起来，可行性评定过程为技术保障措施的制订提供数据与理论支撑。
Claims (1)
1.一种煤层群上行开采可行性综合评定及技术保障体系建立方法，其特征是：该建立方法步骤包括：
步骤一、上行开采可行性的初步分析：利用采动影响倍数法、“三带”判别理论、围岩平衡判别法、数理统计分析法四种传统理论方法对煤层群上行开采的可行性进行初步判定；
步骤二、上行开采可行性等级划分：利用数学分析方法，即层次分析法、人工神经网络法、模糊聚类分析、主成分分析法或因子分析法，建立煤矿上行开采可行性评价技术体系模型，通过该模型对影响上行开采的各因素进行量化并进行重要度排序；
步骤三、上行开采覆岩破坏的时空关系划分：采用现场实测和数值模拟的方法对上行开采覆岩破坏的时空关系进行划分；
步骤四、上行开采可行性的综合评定：根据前述“三步”内容的研究情况，对煤层群上行开采的可行性进行综合评定；
步骤五、上行开采合理模式的确定：在上行开采判断可行的基础上，确定上行开采的合理模式，包括上行工作面和巷道的布置、巷道支护方式和支护参数的选取，并制订煤层群上行开采技术保障措施；
所述的综合评定，最终分为可采、技术型可采和完全不可采三种结果；三种结果的划分标准如下：
可采：步骤一中各传统理论方法均判定上行开采可行，且步骤二中层间距、下部煤层采高、采后时间间隔三项因素均不是影响上行开采安全性的第一重要因素，且步骤三中覆岩破坏的时空关系表明上部煤层位于下部煤层采后的弯曲下沉带内或裂隙带的中上部，且两层煤的开采时间间隔足够长，覆岩破坏已经稳定；
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