CN107013215A - 一种分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法 - Google Patents
一种分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107013215A CN107013215A CN201710337417.0A CN201710337417A CN107013215A CN 107013215 A CN107013215 A CN 107013215A CN 201710337417 A CN201710337417 A CN 201710337417A CN 107013215 A CN107013215 A CN 107013215A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- safety pillar
- pillar under
- ter
- ter bodies
- bodies
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
- E21C41/16—Methods of underground mining; Layouts therefor
- E21C41/18—Methods of underground mining; Layouts therefor for brown or hard coal
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
Abstract
本发明公开了一种分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法,包括以下内容:根据防水煤岩柱的类型及其设计规范,通过采前规划,分区域针对性的布置条带状、墩柱状、棱柱状、十字形或箱形充填体,或进行区域性全部充填,减小或消除煤层开采对岩层的扰动,控制顶板冒落带与导水裂隙带的高度,在用充填体替换防水煤岩柱的同时,保证防水煤岩柱的长期稳定。本发明使用充填体替换防水煤岩柱,缩小防水煤岩柱尺寸、提高资源回收率;充填体可对防水煤岩柱进行侧向支护;对采空区部分充填可控制顶板下沉与地表沉陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法,属于煤矿开采技术领域。
背景技术
在水体下、含水层下或在导水断层、陷落柱等地质构造附近采掘时,为防止地表水、地下水溃入工作地点,需要留出一定宽度或高度的煤岩层不允许采动,这部分煤岩层称为防水煤岩柱。留设防水煤岩柱是矿井防治水害时一种很好的方法,但也造成了煤炭资源的损失,降低了资源回收率。因此,充分了解防水煤岩柱的留设原则,可对其尺寸进行合理的优化。
矿井水害发生必须具备两个条件:(1)充水水源;(2)充水通道。留设防水煤岩柱就是一种堵塞充水通道而隔断充水水源的防水灾方法,其尺寸的计算与导水裂隙带、顶板冒落带的高度密切相关。因此,从根本上降低导水裂隙带和顶板冒落带的高度可以有效的减小防水煤岩柱的尺寸,提高资源回收率。
充填开采是在采空区布置充填体,对煤柱和采空区顶板形成支撑,可有效减小煤层采动影响,减小顶板冒落带和导水裂隙带的高度,从而减小防水煤岩柱的尺寸。
发明内容
本发明旨在提供一种分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法,
本发明根据分区域充填的方法对防水煤岩柱的尺寸进行优化。
本发明提供了一种分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法:根据防水煤岩柱的类型及其设计规范,通过采前规划,分区域针对性的布置条带状、墩柱状、棱柱状、十字形或箱形充填体,或进行区域性全部充填,减小或消除煤层开采对岩层的扰动,控制顶板冒落带与导水裂隙带的高度,在用充填体替换防水煤岩柱的同时,保证防水煤岩柱的长期稳定,从而减小防水煤岩柱的尺寸,提高“水下”压煤资源回收率。
所述防水煤岩柱的类型包括:冲积层及其他上覆含水层下防水煤岩柱、导水断层下防水煤岩柱、陷落柱下防水煤岩柱、老空区积水下防水煤岩柱或水平隔离煤岩柱。
所述防水煤岩柱的设计规范是指:
(1)洪水位下、汇水面积较大的山间沟谷、煤层露头被松散富含水层覆盖时,
H防= H裂+ H保;
(2)洪水位以上、煤层露头被粘土类微透水松散层覆盖时,
H防= H冒+ H保
(3)当断层为导水或含水断层, 煤层位于断层下盘时,
L= H安/sinθ+ H裂/tgθ+ H裂/tgδ;
(4)水平隔离煤柱,
L= H裂/ Tgδ1+ H裂/ Tgδ2+(H- H裂)/10V
其中:H防--防水煤岩柱最大高度,m;
H裂--采后垂直煤层的导水裂隙带最大高度,m;
H保--保护层防水煤岩柱的厚度,m;
H冒--采空区冒落带最大高度,m;
H安--安全防水煤岩柱的厚度,m;
H--静水位高度,m;
θ--煤层与断层的夹角;
δ--岩移塌陷边与煤层的夹角;
所述H裂=100M/(3.3n+ 3.8)+ 5.1
H冒=M/((K-1)cosα)
H保=6M
H安=P/V+10
其中:M———累计采厚,m;
n———煤层数;
K———岩石碎胀系数,K=1.25;
α———煤层倾角;
V———突水系数,MPa/m。
上述公式中,H、θ、δ、M、n、K、α、V为可直接测得的参数,H防、H裂、H保、H冒、H安可由以上已知参数求出。
上述方法中,在防水煤岩柱和采空区分区进行区域性全部充填或布置条带状、墩柱状、棱柱状、十字形或箱形充填柱,是指在保护层煤岩柱H保和安全防水岩柱H安范围内用充填体全部取代煤体,在导水裂隙带煤岩体H裂范围内使用条带充填体取代原有防水煤岩柱,减小或消除导水裂隙带的高度,提高煤炭开采率;在采空垮落区域内设置墩柱状、棱柱状、十字形、箱形的充填体防止采空区顶板的提前活化与地表沉陷。
所述方法的具体步骤为:
(1)根据地质条件及水体的位置,设计防水煤岩柱的尺寸,并进行区域划分;将防水煤岩柱和采空区划分为:保护区(安全区)、导水裂隙区和垮落区;
(2)对采区进行采前规划,在不同区域设置不同形式的充填体以减小防水煤岩柱的尺寸,并确定不同结构的充填体的形态与位置;在保护区(安全区)设计全部充填、在导水裂隙区设计条带充填取代原有防水煤岩柱,提高煤炭开采率;在垮落区设计墩柱状、棱柱状、十字形、箱形的充填体支柱支撑顶板,防止采空区顶板的提前活化与地表沉陷;
(3)根据设计好的开采区域的范围,开掘巷道,并进行高强预紧力支护;
(4)回采规划开采区域,并在相应区域内设置模板(挡板)及时充填不同结构的充填体。
所述高强预紧力支护是在巷道掘进后快速安装高强预紧力锚杆或锚索,并在锚杆或锚索安装时,对锚杆施加100-150kN的预紧力,对锚索施加150-250kN的预紧力;
本发明中,用区域性全部充填和条带充填的方式替换部分防水煤岩柱,减小防水煤岩柱的尺寸;在优化后的防水煤岩柱旁开掘巷道,并进行高强预紧力支护,控制防水煤岩柱的前期变形;随着工作面的推进在防水煤岩柱旁进行全部充填,充填体与煤柱紧密结合,使充填体固结后对煤柱形成侧向支护,防止煤柱表面破坏与侧向失稳,同时隔绝采空区与煤柱,防止煤柱风化与自燃;分区域布置充填体条带和充填体支柱控制顶板下沉量、垮落带与导水裂隙带的高度,同时控制地表沉陷。
本发明的有益效果:
(1)使用充填体替换防水煤岩柱,缩小防水煤岩柱尺寸、提高资源回收率;
(2)充填体可对防水煤岩柱进行侧向支护,保持防水煤岩柱的长期稳定;
(3)对采空区部分充填可控制顶板下沉与地表沉陷。
附图说明
图1 为充填前采区的导水断层下防水煤岩柱;
图2为利用本发明分区域充填的方式设计的断层下防水煤岩柱;
图3为充填前采区的含水层下防水煤岩柱;
图4 为利用本发明分区域充填的方式设计含水层下防水煤岩柱。
图中:1-水位线;2-导水断层;3-安全防水煤岩柱;4-导水裂隙带防水煤岩柱;5-垮落式采空区;6-优化后防水煤岩柱;7-全部充填;8-条带充填体;9-墩柱充填体;10-未开采煤体;11-顺槽巷道;12-富含水层;13-保护层防水煤岩柱;H1-安全(保护层)防水煤岩柱厚度;H2-导水裂隙带高度;I-保护区(安全区);II-导水裂隙区;III-垮落区。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明,但不局限于以下实施例。
实施例1:
某矿有一导水断层2将上覆含水层与开采煤层导通,为保证工作面的安全生产,防止发生突水事故,故根据煤矿安全手册要求需设置防水煤岩柱。现采用分区域充填的方法对防水煤岩柱尺寸进行优化,其具体步骤为:
(1)根据上覆岩层条件及水位线1和导水断层2的位置,按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》设计防水煤岩柱的尺寸并进行区域划分,确定安全防水煤岩柱3、导水裂隙带防水煤岩柱4及垮落式采空区5的范围;并将其划分为:保护区I、导水裂隙区II、垮落区III。
(2)对采区进行采前规划,在安全区I采用全部充填7取代安全防水煤岩柱3,在导水裂隙区II采用条带充填体8取代导水裂隙带防水煤岩柱4,在垮落区III并在垮落式采空区5设置墩柱充填体9;
(3)根据设计好的开采区域的范围,开掘顺槽巷道11,并进行高强预紧力支护,锚杆预紧力120kN,锚索预紧力200kN;
(4)回采规划开采区域,随工作面的推进,在支架后方相应区域内设置模板(挡板)及时充填相应不同结构的充填体。
实施例2:
某矿开采煤层处于洪水位下,且煤层露头被松散富含水层覆盖,为保证工作面的安全生产,防止发生突水事故,故根据煤矿安全手册要求需设置防水煤岩柱。现采用分区域充填的方法对防水煤岩柱尺寸进行优化,其具体步骤为:
(1)根据上覆岩层条件及水位线1和煤层的位置,按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》设计防水煤岩柱的尺寸并进行区域划分,确定保护层防水煤岩柱13、导水裂隙带防水煤岩柱4及垮落式采空区5的范围;并将其划分为:保护区I、导水裂隙区II、垮落区III。
(2)对采区进行采前规划,在保护区I采用全部充填7取代保护层防水煤岩柱13,在导水裂隙区II采用条带充填体8取代导水裂隙带防水煤岩柱4,在垮落区III并在垮落采空区5设置墩柱充填体9;
(3)根据设计好的开采区域的范围,开掘顺槽巷道11,并进行高强预紧力支护,锚杆预紧力150kN,锚索预紧力250kN;
(4)回采规划开采区域,随工作面的推进,在支架后方相应区域内设置挡板(模板)及时充填相应不同结构的充填体。
Claims (6)
1.一种分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法,其特征在于包括以下内容:根据防水煤岩柱的类型及其设计规范,通过采前规划,分区域针对性的布置条带状、墩柱状、棱柱状、十字形或箱形充填体,或进行区域性全部充填,减小或消除煤层开采对岩层的扰动,控制顶板冒落带与导水裂隙带的高度,在用充填体替换防水煤岩柱的同时,保证防水煤岩柱的长期稳定。
2.根据权利要求1所述的分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法,其特征在于:所述防水煤岩柱的类型包括:冲积层及其他上覆含水层下防水煤岩柱、导水断层下防水煤岩柱、陷落柱下防水煤岩柱、老空区积水下防水煤岩柱或水平隔离煤岩柱中的一种。
3.根据权利要求1所述的分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法,其特征在于:在防水煤岩柱和采空区分区布置条带状、墩柱状、棱柱状、十字形或箱形充填体,进行全部充填;即在保护层煤岩柱H保和安全防水煤岩柱H安范围内用充填体全部取代煤体,在导水裂隙带煤岩体H裂范围内使用条带充填体替换煤体,在垮落式采空区内设置墩柱状、棱柱状、十字形、箱形的充填体支柱;
其中:H保--保护层防水煤岩柱的厚度,m;
H安--安全防水煤岩柱的厚度,m;
H裂--采后垂直煤层的导水裂隙带最大高度,m。
4.根据权利要求1~3任一项所述的分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)根据地质条件及水体的位置,设计防水煤岩柱的尺寸并进行区域划分;
(2)对采区进行采前规划,在不同区域设置不同形式的充填体以减小防水煤岩柱的尺寸,并确定不同结构的充填体的形态与位置;
(3)根据设计好的开采区域的范围,开掘巷道,并进行高强预紧力支护;
(4)回采规划开采区域,并在相应区域内充填不同结构的充填体。
5.根据权利要求4所述的分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法,其特征在于:所述高强预紧力支护是在巷道掘进后快速安装高强预紧力锚杆或锚索,并在锚杆或锚索安装时,对锚杆施加100-150kN的预紧力,对锚索施加150-250kN的预紧力。
6.根据权利要求4所述的分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法,其特征在于:将采区划分为:保护区、导水裂隙区和垮落区;
对应的充填方法为:采用全部充填的方式替换保护区的防水煤岩柱,采用条带状充填体替换导水裂隙区防水煤岩柱,并在垮落区设置墩柱状、棱柱状、十字形或箱形的充填体支柱支撑顶板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710337417.0A CN107013215B (zh) | 2017-05-15 | 2017-05-15 | 一种分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710337417.0A CN107013215B (zh) | 2017-05-15 | 2017-05-15 | 一种分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107013215A true CN107013215A (zh) | 2017-08-04 |
CN107013215B CN107013215B (zh) | 2018-11-30 |
Family
ID=59450059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710337417.0A Active CN107013215B (zh) | 2017-05-15 | 2017-05-15 | 一种分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107013215B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109139109A (zh) * | 2018-08-02 | 2019-01-04 | 缪协兴 | 一种固体充填采煤技术人造储水地层的方法 |
CN111472777A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-07-31 | 西安科技大学 | 一种边坡下近水平煤层工作面煤柱宽度确定方法 |
CN113361213A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-09-07 | 华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心) | 一种基于水力学与水化学耦合的水源识别方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101070759A (zh) * | 2007-05-04 | 2007-11-14 | 中国矿业大学 | 一种薄基岩浅埋煤层保水开采适用条件分类方法 |
CN102505943A (zh) * | 2011-11-21 | 2012-06-20 | 西安科技大学 | 一种水源地中小煤矿用保水采煤方法 |
CN102758630A (zh) * | 2012-07-27 | 2012-10-31 | 山东科技大学 | 回采部分断层保护煤柱的方法 |
CN202736375U (zh) * | 2012-07-27 | 2013-02-13 | 山东科技大学 | 一种拱桥式充填置换回采断层保护煤柱的实验模型 |
CN202731991U (zh) * | 2012-07-27 | 2013-02-13 | 山东科技大学 | 一种条带式充填置换回采断层保护煤柱实验模型 |
CN103790586A (zh) * | 2014-02-28 | 2014-05-14 | 西安科技大学 | 一种长壁覆岩协调沉降保水采煤方法 |
CN104074541A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-10-01 | 中国矿业大学 | 一种水体下固体充填开采设计方法 |
CN104564074A (zh) * | 2015-01-21 | 2015-04-29 | 西安科技大学 | 一种实现煤矿区保水采煤的方法 |
-
2017
- 2017-05-15 CN CN201710337417.0A patent/CN107013215B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101070759A (zh) * | 2007-05-04 | 2007-11-14 | 中国矿业大学 | 一种薄基岩浅埋煤层保水开采适用条件分类方法 |
CN102505943A (zh) * | 2011-11-21 | 2012-06-20 | 西安科技大学 | 一种水源地中小煤矿用保水采煤方法 |
CN102758630A (zh) * | 2012-07-27 | 2012-10-31 | 山东科技大学 | 回采部分断层保护煤柱的方法 |
CN202736375U (zh) * | 2012-07-27 | 2013-02-13 | 山东科技大学 | 一种拱桥式充填置换回采断层保护煤柱的实验模型 |
CN202731991U (zh) * | 2012-07-27 | 2013-02-13 | 山东科技大学 | 一种条带式充填置换回采断层保护煤柱实验模型 |
CN103790586A (zh) * | 2014-02-28 | 2014-05-14 | 西安科技大学 | 一种长壁覆岩协调沉降保水采煤方法 |
CN104074541A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-10-01 | 中国矿业大学 | 一种水体下固体充填开采设计方法 |
CN104564074A (zh) * | 2015-01-21 | 2015-04-29 | 西安科技大学 | 一种实现煤矿区保水采煤的方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109139109A (zh) * | 2018-08-02 | 2019-01-04 | 缪协兴 | 一种固体充填采煤技术人造储水地层的方法 |
CN111472777A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-07-31 | 西安科技大学 | 一种边坡下近水平煤层工作面煤柱宽度确定方法 |
CN113361213A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-09-07 | 华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心) | 一种基于水力学与水化学耦合的水源识别方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107013215B (zh) | 2018-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110242301B (zh) | 一种顶板含水层两步骤注浆改性保水采煤方法 | |
CN103821558B (zh) | 煤矿采空区充填采矿及沿空留巷充填工艺 | |
CN102518438B (zh) | 一种顶板再造中深孔落矿嗣后充填采矿法 | |
CN105715297B (zh) | 急倾斜煤层沿空留巷矸石治理方法 | |
CN104775816B (zh) | 切眼侧局部压煤覆岩隔离注浆充填不迁村开采方法 | |
CN104481536B (zh) | 控制覆岩裂隙与地表沉陷的掘采充平行作业的采煤方法 | |
CN104632220B (zh) | 缓倾斜中厚矿体条柱再造采场结构尺寸可调可控采矿方法 | |
CN104358572B (zh) | 大倾角急倾斜煤层自然垮落充填护巷无煤柱开采技术 | |
CN108894785B (zh) | 一种破碎矿体夹层的分层分段组合开采方法 | |
CN103244123B (zh) | 一种急倾斜中厚矿体采矿方法 | |
CN104265295B (zh) | 倾斜中厚煤层无人工巷旁充填及无煤柱沿空留巷方法 | |
CN110259451A (zh) | 一种缓倾斜中厚矿体预控顶高效采矿方法 | |
CN103195443B (zh) | 深部开采优化支护参数预防巷道滞后突水的方法 | |
CN108049896B (zh) | 一种综放工作面沿空留巷方法 | |
CN212296427U (zh) | 双巷布置工作面外圈巷道窄煤柱稳定支护结构 | |
CN103628878A (zh) | 破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法 | |
CN107829736A (zh) | 一种煤矿条带开采与充填置换煤柱方法 | |
AU2021106168A4 (en) | High-gas Coal Seam Group Pressure Relief Mining Method Based on Gob-side Entry Retaining in the First Mining Whole Rock Pressure Relief Working Face | |
CN107013215B (zh) | 一种分区域构造充填开采以减小防水煤岩柱尺寸的方法 | |
CN109611146B (zh) | 一种离层水疏放注浆方法 | |
CN103993882A (zh) | 一种冒落区注浆充填置换条带煤柱的方法 | |
CN102900449A (zh) | 一种煤矿井下采空区顶板的支护方法 | |
CN103993881A (zh) | 一种长壁巷式胶结充填开采方法 | |
CN104265294A (zh) | 大倾角煤层炮采面无煤柱开采技术 | |
CN109026140B (zh) | 一种用条带与固体填充采煤技术人造隔水地层的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |