CN110630265B - 一种控制地表台阶下沉的巨厚煤层分层开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制地表台阶下沉的巨厚煤层分层开采方法，属煤炭绿色开采技术领域。该方法包括分层划分、台阶煤柱宽度确定、梯度开采三步。分层划分是以控制地表台阶下沉为出发点，以降低覆岩破坏程度为原则，根据煤岩体碎胀系数、裂隙带发育高度、最上层关键岩层位置等确定分层厚度；台阶煤柱宽度确定是以减少覆岩重复采动影响为目的，根据开采地表下沉范围，结合充分采动角与边界角，对下一分层预留暂不开采煤柱宽度进行计算的过程；梯度开采是以控制地表台阶下沉为目的，根据各个分层工作面布置的时空关系确定开采顺序。本发明方法可保证开采效率，降低覆岩破坏程度，控制地表台阶下沉，减少对地表环境的影响。

Description

一种控制地表台阶下沉的巨厚煤层分层开采方法

技术领域

本发明属于煤炭绿色开采技术领域，主要应用于巨厚煤层分层开采。具体为一种控制地表台阶下沉的巨厚煤层分层开采方法。

背景技术

我国是产煤大国，巨厚煤层储量在全国煤炭生产中占有较大的比重，我国西北地区煤炭资源储量大、煤层厚度大，具有良好的开采前景，但地表环境较为脆弱，巨厚煤层绿色开采对资源利用与环境协调发展至关重要。

近年来，对于巨厚煤层开采，我国常用的方法主要为分层开采，每分层布置长壁工作面开采，在上一分层全部开采完成后，进行下一分层开采。常用的分层开采方法，能够保证巨厚煤层开采效率，但一次性采出厚度大、对覆岩扰动影响剧烈，地表易出现断崖式台阶下沉，对脆弱的地表环境损坏较大。因此，亟需一种适用于巨厚煤层安全、高效的绿色开采方法，以统一解决此类厚度煤层开采时地表严重损坏的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种控制地表台阶下沉的巨厚煤层分层开采方法。根据煤岩体相关参数，确定分层厚度与连续分层之间的错距，进行分层梯度开采，使地表下沉呈现连续性，在保证效率的同时，有效控制地表台阶下沉。

本发明为解决巨厚煤层开采过程中地表出现台阶下沉问题，提出一种针对井田整体布置的巨厚煤层分层开采方法，包括以下步骤：

步骤一、分层划分：根据裂隙带发育高度、煤岩体碎胀系数、关键层位置及修正系数确定分层厚度。开采过程中，使导水裂隙带高度H₀小于等于最上层关键岩层高度H_g，即H₀≤H_g。根据导水裂隙带计算公式：

得出每分层厚度:

式中：M—分层厚度，m；

H₀—导水裂隙带高度，m；

H_g—最上层关键岩层高度，m；

k—岩石碎胀系数；

p—经验系数，取1～3。

根据现有放顶煤开采技术，则

考虑分层开采时，关键层发生移动，覆岩受重复采动影响，取对分层厚度计算结果进行修正：

式中：b—修正系数，0.60～1；

n—1，2，3……。

步骤二、台阶煤柱宽度确定：如图3所示，上一分层开采一定范围后，地表形成下沉盆地，为保证地表连续下沉，在下一分层开采时，使下分层开采形成的地表下沉边界在上分层达到充分采动时地表下沉点之后。由图3可知，第n层与第n+1层之间台阶煤柱宽度计算公式为：

式中：a_(n，n+1)—第n分层与第n+1之间台阶煤柱宽度，m；

H_n—第n分层开采后地表距煤层的距离，m；

ψ—充分采动角，°；

δ—边界角，°。

步骤三、梯度开采：根据步骤一计算的分层厚度对巨厚煤层进行分层划分，结合步骤二计算的台阶煤柱宽度，根据各个分层时空关系确定开采顺序。当第n分层工作面开采范围满足以下公式时，进行第n+1分层的开采，依次循环，形成自上而下梯度开采。

l≥g_n+1+a_(n，n+1) 公式6

式中：l—第n分层开采距离；

g_n+1—第n+1分层工作面长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明，对巨厚煤层采用梯度分层开采，能有效降低覆岩破坏程度。

(2)在保证生产效率的基础上，控制地表台阶下沉，减少地表损坏。

附图说明

附图是仅对本发明方法的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明方法的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明方法的限制。在附图中：

图1为本发明方法巨厚煤层梯度开采状态示意图。

图2为本发明方法各分层划分示意图。

图3为本发明方法台阶煤柱宽度计算示意图。

图4为本发明方法梯度开采分层工作面布置示意图。

图中所对应的附图标记为：

1—巨厚煤层；2—上覆岩层；3—最上层关键岩层；4—首分层开采地表变形区；5—第二分层开采地表变形区；6—第三分层开采地表变形区；7—工作面1；8—工作面2；9—工作面3；10—工作面4；11—工作面5；12—工作面6；13—地表。

具体实施方式

下面结合附图及实例来详细说明本发明的实施方式。

如图1至图4所示，以某矿埋深300m，关键层距煤层150m，设计工作面开采长度250m，开采边界角75°，充分采动角60°，覆岩碎胀系数1.2，煤层厚度40m为工程背景，具体实施方式如下：

(1)根据所述公式3，经验公式p取2，修正系数b取0.90，计算得出各分层厚度为M₁＝15m，M₂＝13.5m，M₃＝12.1m。根据煤层实际厚度为40m，可将巨厚煤层划分为3层(图2)，第一分层厚度15m，第二分层厚度13.5m，第三分层厚度11.5m。

(2)结合所述公式4和公式5，计算出台阶煤柱宽度(图1，图3)，a_(1，2)＝249.1m，第二分层与第三分层错距a_(2，3)＝241.6m。

(3)结合步骤一和步骤二计算结果，由公式6计算可知，当第一分层开采范围超过499.1m后，进行第二分层工作面布置开采；当第二分层开采范围超过491.6m后，进行第三分层工作面布置开采。如图4，第一分层工作面1与工作面2开采后，布置第二分层工作面3；工作面3开采后依次开采工作面4、工作面5、工作面6。每分层采用综放开采，依次循环，形成巨厚煤层梯度开采。

在本说明书中，尽管已经描述了本发明的具体实施方式，但可以理解的是，上述具体实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述具体实施方式进行一定的变化、修改、替换或是变型。

Claims (1)

1.一种控制地表台阶下沉的巨厚煤层分层开采方法，其特征在于：包括分层划分、台阶煤柱宽度确定、梯度开采三步；

所述的分层划分是根据裂隙带发育高度、煤岩体碎胀系数、最上层关键岩层位置及修正系数确定分层厚度；

分层划分的方式为：

开采过程中，使导水裂隙带高度H₀小于等于最上层关键岩层高度H_g，即H₀≤H_g；根据导水裂隙带计算公式：

得出每分层厚度:

式中：M—分层厚度，m；

H₀—导水裂隙带高度，m；

H_g—最上层关键岩层高度，m；

k—岩石碎胀系数；

p—经验系数，取1～3；

根据现有放顶煤开采技术，则

考虑分层开采时，关键层发生移动，覆岩受重复采动影响，对分层厚度计算结果进行修正：

式中：b—修正系数，0.60～1；

n—1，2，3……；

台阶煤柱宽度确定方式为：

所述的台阶煤柱宽度确定是以减少覆岩重复采动影响为目的，根据开采地表下沉范围，结合充分采动角与边界角，对下一分层预留暂不开采煤柱宽度进行计算的过程；

第n层与第n+1层之间台阶煤柱宽度计算公式为：

式中：a_(n，n+1)—第n分层与第n+1之间台阶煤柱宽度，m；

H_n—第n分层开采后地表距煤层的距离，m；

ψ—充分采动角，°；

δ—边界角，°；

梯度开采的方式为：

根据步骤一计算的分层厚度对巨厚煤层进行分层划分，结合步骤二计算的台阶煤柱宽度，根据各个分层时空关系确定开采顺序；

当第n分层工作面开采范围满足以下公式时，进行第n+1分层的开采，依次循环，形成自上而下梯度开采；

l≥g_n+1+a_(n，n+1) 公式6

式中：l—第n分层开采距离；

g_n+1—第n+1分层工作面长度。

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