CN110029995B - 一种近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法 - Google Patents

一种近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法 Download PDF

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Abstract

一种近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法，适用于多煤层井下使用。a.分类研究并定义近距离煤层两工作面间、工作面与巷道间位置关系；b.针对步骤a所定义的工作面间及其与巷道间不同的位置关系，分别设计并给定相应位置关系条件下对采掘接替规律产生决定性影响的特征量；c.通过数值模拟和理论研究的方法确定各特征量对应的特征值；d.根据矿区实际生产需求，匹配步骤a中不同位置关系，将相应特征量约束在匹配“特征值”下进行近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计。通过成套的方法合理设计了近距离煤层上下逐替协同开采方法，有效防止和避免了多重采掘影响下的应力集中现象，其步骤简单，适用范围广。

Description

一种近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法
技术领域
本发明涉及一种近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法，尤其适用于一种多煤层井下使用的近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法。
背景技术
近距离煤层开采时各煤层之间通常会产生显著影响，尤其是上行开采破坏了采场上覆岩层的原始应力平衡状态，重新分布后的应力极易超过煤体极限强度导致上覆岩层的破坏。但是随着我国一些矿井受资源枯竭、冲击地压、煤与瓦斯突出等问题的日益突出，很多矿区对上行开采或上下逐替协同开采提出了需求。而对于非常规的上下逐替协同开采来说，探索一套合理可行、安全可靠、统一标准的采掘接替方法显得尤为重要。
我国煤矿到目前为止，对于近距离多煤层上下逐替协同开采采掘接替顺序和方法，多是根据矿井实际情况灵活制定。工作面接替完成后，由于开采造成的应力重新分布和岩层移动，往往对后续的接替工作造成很大的影响。在实际煤矿生产中，急需一套与岩层移动和围岩控制相结合的标准化的采掘接替方法，以指导矿山安全、高效生产。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对上述近距离煤层开采中采掘接替方法的不完善，提供一种近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法。
技术方案：为是先上述技术目的，本发明的近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法，步骤为：
近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法，其特征在于步骤为：
a.分类研究并定义近距离煤层两工作面间、工作面与巷道间位置关系；
b.针对步骤a所定义的工作面间及其与巷道间不同的位置关系，分别设计并给定相应位置关系条件下对采掘接替规律产生决定性影响的特征量；
c.通过数值模拟和理论研究的方法确定各特征量对应的特征值；
d.根据矿区实际生产需求，匹配步骤a中不同位置关系，将相应特征量约束在匹配特征值下进行近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计，从而保证当其相应特征量达到特征值范围时，暂停掘进工作面作业，待回采工作面推进过后再进行掘进。
所述近距离煤层两工作面间、工作面与巷道间位置关系，分为相邻两工作面同向回采、上下两工作面重叠回采和上下两工作面相错回采，同煤层对采对掘、不同煤层下采上掘、不同煤层上采下掘。
所述对采掘接替规律产生决定性影响的特征量是结合工作面间、工作面与巷道间不同位置关系并基于应力叠加原理分别设计并给定的关键参考量，特征量具体包括：相邻两工作面同向回采的超前距、上下两工作面重叠回采的相叠距、上下两工作面相错回采的外错距、同煤层对采对掘停掘距、不同煤层下采上掘停掘距、不同煤层上采下掘停掘距。
确定特征值的方法为：
所述各特征量确定特征值的方法为：相邻两工作面同向回采超前距≥10×M、上下两工作面重叠回采相叠距≥10×k×M、上下两工作面相错回采的外错距≥20×k×M、同煤层对采对掘停掘距≥0、不同煤层下采上掘停掘距≥3×k×M、不同煤层上采下掘停掘距≥6×k×M，其中M为平均采高，k为层间距影响系数，按照公式
Figure BDA0002027799620000021
计算，H为层间距，各变量及特征量单位均为m；
从而保证相邻两工作面同向回采时两工作面在其推进方向上的水平距离始终不小于相邻两工作面同向回采的超前距、上下两工作面重叠回采时两工作面在其推进方向上的水平距离始终不小于上下两工作面重叠回采的相叠距、上下两工作面相错回采时两工作面在其推进方向上的水平距离始终不小于上下两工作面相错回采的外错距、同煤层对采对掘时工作面与对掘巷道迎头在其推进方向上的水平距离始终不小于同煤层对采对掘停掘距、不同煤层下采上掘时工作面与对掘巷道迎头在其推进方向上的水平距离始终不小于不同煤层下采上掘停掘距、不同煤层上采下掘时工作面与对掘巷道迎头在其推进方向上的水平距离始终不小于上采下掘停掘距。
有益效果：
本发明设计并给定的不同条件下对采掘接替规律产生决定性影响的“特征量”为采掘接替设计提供了定性参考，通过数值模拟和理论研究的方法确定的“特征值”为采掘接替设计提供了定性参考，通过成套的方法体系合理设计了近距离煤层上下逐替协同开采条件下的采掘接替方法，有效防止和避免了多重采掘影响下的应力集中现象，减少了多重采掘活动带来的应力重新分布对工作面安全生产的影响，并充分考虑了不同区域地质条件的差异性，将关键地质条件参数纳入采掘接替设计考量中，使设计结果更加准确可靠，并增加了本发明的适用性。
附图说明
图1为本发明的近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法流程图；
图2为为本发明的近距离煤层相邻两工作面同向回采超前距示意图；
图3为为本发明的近距离煤层上下两工作面重叠回采相叠距示意图；
图4为为本发明的近距离煤层上下两工作面相错回采外错距示意图；
图5为为本发明的近距离煤层同煤层对采对掘停掘距示意图；
图6为为本发明的近距离煤层不同煤层下采上掘停掘距示意图；
图7为为本发明的近距离煤层不同煤层上采下掘停掘距示意图。
图中：1-上煤层，2-下煤层，3-上煤层第一工作面，4-上煤层第二工作面，5-相邻两工作面同向回采超前距，6-下煤层第一工作面，7-上下两工作面重叠回采相叠距，8-上下两工作面相错回采外错距，9-上煤层第二工作面回采巷道，10-同煤层对采对掘停掘距，11-不同煤层下采上掘停掘距，12-下煤层第一工作面回采巷道，13-不同煤层上采下掘停掘距。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
如图1所示，本发明的近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法，其步骤为：
a.分类研究并定义近距离煤层两工作面间、工作面与巷道间位置关系；所述近距离煤层两工作面间、工作面与巷道间位置关系，分为相邻两工作面同向回采、上下两工作面重叠回采和上下两工作面相错回采，同煤层对采对掘、不同煤层下采上掘、不同煤层上采下掘；
b.针对步骤a所定义的工作面间及其与巷道间不同的位置关系，分别设计并给定相应位置关系条件下对采掘接替规律产生决定性影响的特征量；所述对采掘接替规律产生决定性影响的特征量是结合工作面间、工作面与巷道间不同位置关系并基于应力叠加原理分别设计并给定的关键参考量，特征量具体包括：相邻两工作面同向回采的超前距、上下两工作面重叠回采的相叠距、上下两工作面相错回采的外错距、同煤层对采对掘停掘距、不同煤层下采上掘停掘距、不同煤层上采下掘停掘距；
c.通过数值模拟和理论研究的方法确定各特征量对应的特征值；确定特征值的方法为：
所述各特征量确定特征值的方法为：相邻两工作面同向回采超前距≥10×M、上下两工作面重叠回采相叠距≥10×k×M、上下两工作面相错回采的外错距≥20×k×M、同煤层对采对掘停掘距≥0、不同煤层下采上掘停掘距≥3×k×M、不同煤层上采下掘停掘距≥6×k×M，其中M为平均采高，k为层间距影响系数，按照公式
Figure BDA0002027799620000031
计算，H为层间距，各变量及特征量单位均为m；从而保证相邻两工作面同向回采时两工作面在其推进方向上的水平距离始终不小于相邻两工作面同向回采的超前距、上下两工作面重叠回采时两工作面在其推进方向上的水平距离始终不小于上下两工作面重叠回采的相叠距、上下两工作面相错回采时两工作面在其推进方向上的水平距离始终不小于上下两工作面相错回采的外错距、同煤层对采对掘时工作面与对掘巷道迎头在其推进方向上的水平距离始终不小于同煤层对采对掘停掘距、不同煤层下采上掘时工作面与对掘巷道迎头在其推进方向上的水平距离始终不小于不同煤层下采上掘停掘距、不同煤层上采下掘时工作面与对掘巷道迎头在其推进方向上的水平距离始终不小于上采下掘停掘距；
d.根据矿区实际生产需求，匹配步骤a中不同位置关系，将相应特征量约束在匹配特征值下进行近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计，从而保证当其相应特征量达到特征值范围时，暂停掘进工作面作业，待回采工作面推进过后再进行掘进。
其中所述近距离煤层两工作面间、工作面与巷道间位置关系，分为相邻两工作面同向回采、上下两工作面重叠回采和上下两工作面相错回采，同煤层对采对掘、不同煤层下采上掘、不同煤层上采下掘，其示意图分别见图2～图7；
针对不同的工作面巷道位置关系，设计并给定了在该条件下对采掘接替规律产生决定性影响的“特征量”，其分别为相邻两工作面同向回采的超前距5、上下两工作面重叠回采的相叠距7、上下两工作面相错回采的外错距8、同煤层对采对掘停掘距10、不同煤层下采上掘停掘距11，不同煤层上采下掘停掘距13。
如图2所示，相邻两工作面同向回采的超前距5为在上煤层1中上煤层第一工作面3先于上煤层第二工作面4进行回采，其已推进长度之差为在相邻两工作面同向回采的超前距5。
如图3所示，上下两工作面重叠回采的相叠距7为在上下两煤层：上煤层1和下煤层2，中上煤层第一工作面3先于下煤层第一工作面6进行回采，且上煤层第一工作面3位于下煤层第一工作面6正上方，其已推进长度之差为在上下两工作面重叠回采的相叠距7。
如图4所示，上下两工作面相错回采的外错距8为在上煤层1和下煤层2中下煤层第一工作面6先于上煤层第二工作面4进行回采，且下煤层第一工作面6完全偏离上煤层第二工作面4的正下方，其已推进长度之差为在上下两工作面相错回采的外错距8。
如图5所示，同煤层对采对掘停掘距10为在同煤层(如上煤层1)中上煤层第一工作面3与上煤层第二工作面回采巷道9在水平平面上呈现相对推进状，其当前水平方向相隔距离为同煤层对采对掘停掘距10。
如图6所示，不同煤层下采上掘停掘距11为在上下两煤层(如上煤层1和下煤层2)中上煤层第二工作面回采巷道9与下煤层第一工作面6呈相对推进状，其当前状态在水平方向上相隔距离为不同煤层下采上掘停掘距11。
如图7所示，不同煤层上采下掘停掘距13为在上下两煤层(如上煤层1和下煤层2)中上煤层第二工作面4与下煤层第一工作面回采巷道12呈相对推进状，其当前状态下在水平方向上相隔距离为不同煤层上采下掘停掘距13。
针对上述不同条件下的“特征量”，对其通过数值模拟和理论研究的方法确定其对应的不同“特征值”，即“特征值”为该方法各“特征量”的对应数值。
各“特征量”对应的“特征值”分别为5相邻两工作面同向回采超前距≥10×M、7上下两工作面重叠回采相叠距≥10×k×M、8上下两工作面相错回采的外错距≥20×k×M、10同煤层对采对掘停掘距≥0、不同煤层下采上掘停掘距≥3×k×M、不同煤层上采下掘停掘距≥6×k×M。
其中相邻两工作面同向回采时、上下两工作面重叠回采时、上下两工作面相错回采时，其相应特征量应始终不小于其相应特征值：相邻两工作面同向回采超前距5、上下两工作面重叠回采相叠距7和上下两工作面相错回采的外错距8，以实现安全采掘接替。
其中同煤层对采对掘时、不同煤层下采上掘时、不同煤层上采下掘时，当其相应特征量逼近特征值时，应暂停掘进工作面作业，待回采工作面推进过后再进行掘进，以实现安全采掘接替。

Claims (3)

1.一种近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法，其特征在于步骤为：
a.分类研究并定义近距离煤层两工作面间、工作面与巷道间位置关系；
b.针对步骤a所定义的工作面间及其与巷道间不同的位置关系，分别设计并给定相应位置关系条件下对采掘接替规律产生决定性影响的特征量；所述对采掘接替规律产生决定性影响的特征量是结合工作面间、工作面与巷道间不同位置关系并基于应力叠加原理分别设计并给定的关键参考量，特征量具体包括：相邻两工作面同向回采的超前距、上下两工作面重叠回采的相叠距、上下两工作面相错回采的外错距、同煤层对采对掘停掘距、不同煤层下采上掘停掘距、不同煤层上采下掘停掘距；
c.通过数值模拟和理论研究的方法确定各特征量对应的特征值；
所述各特征量确定特征值的方法为：相邻两工作面同向回采超前距≥10×M、上下两工作面重叠回采相叠距≥10×k×M、上下两工作面相错回采的外错距≥20×k×M、同煤层对采对掘停掘距≥0、不同煤层下采上掘停掘距≥3×k×M、不同煤层上采下掘停掘距≥6×k×M，其中M为平均采高，k为层间距影响系数，按照公式
Figure FDA0002421732850000011
计算，H为层间距，平均采高M、层间距H单位均为m；
d.根据矿区实际生产需求，匹配步骤a中不同位置关系，将相应特征量约束在匹配特征值下进行近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计，从而保证当其相应特征量达到特征值范围时，暂停掘进工作面作业，待回采工作面推进过后再进行掘进。
2.根据权利要求1所述的一种近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法，其特征在于：所述近距离煤层两工作面间、工作面与巷道间位置关系，分为相邻两工作面同向回采、上下两工作面重叠回采和上下两工作面相错回采，同煤层对采对掘、不同煤层下采上掘、不同煤层上采下掘。
3.根据权利要求1所述的一种近距离煤层上下逐替协同开采采掘接替设计方法，其特征在于确定特征值的方法为：
保证相邻两工作面同向回采时两工作面在其推进方向上的水平距离始终不小于相邻两工作面同向回采的超前距、上下两工作面重叠回采时两工作面在其推进方向上的水平距离始终不小于上下两工作面重叠回采的相叠距、上下两工作面相错回采时两工作面在其推进方向上的水平距离始终不小于上下两工作面相错回采的外错距、同煤层对采对掘时工作面与对掘巷道迎头在其推进方向上的水平距离始终不小于同煤层对采对掘停掘距、不同煤层下采上掘时工作面与对掘巷道迎头在其推进方向上的水平距离始终不小于不同煤层下采上掘停掘距、不同煤层上采下掘时工作面与对掘巷道迎头在其推进方向上的水平距离始终不小于上采下掘停掘距。
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