CN111768056A - 近距离煤层群上行开采可行性判别及等级评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种判别近距离煤层上行开采可行的评价体系，是从开采技术上和安全保障上提出的上行协调开采评价方法。该评价方法基于上行开采比值判别法并综合考虑中间岩层与采高的关系、煤系地层分布、煤系地层物理力学性质、上覆岩层特征等多因素，建立了适用于特定区域的上行开采可行系数判别式与评价方法；并综合运用了理论分析与计算、数据统计、实践经验、现场实测和数值模拟共五个方面的工作，综合各方面结果能够避免单一性判断误差，可以更准确地给出上行开采方案建议。该方法结合矿井地质条件，适用范围广、评价结果可靠性更高，有效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
本发明涉及一种近距离煤层群上行开采可行性判别及等级评价方法，该方法结合矿井地质条件，适用范围广、评价结果可靠性更高，是煤层上行开采技术上和安全上保障的评价。
背景技术
长期以来矿井生产建设现场实践表明，在特定的地质条件或生产实际条件下，上行开采在减小煤(岩)与瓦斯突出或涌水的危险，消除或减少煤岩冲击倾向性、不同厚度煤层或煤种的合理配采等技术、经济或安全方面优于下行开采顺序。如何安全、精准地判别上行开采是否可行，成为国内外众多学者研究的主要问题。
目前，上行开采可行性判定的理论方法比较传统，比值判别法、“三带”判别法、围岩平衡判别理论和数理统计分析法，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、考虑因素多、评价结果可靠的煤层群上行开采可行度判别方法和等级评价方法，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。
本发明实现的方法步骤包括：一、矿井地质条件研究建立上行开采可行度逻辑关系式：基于前人理论对中间岩层厚度与采高的关系、中间岩层硬岩的比例、中间岩层的数量、上覆岩层厚度等因素的分析，确定了主要影响因素并建立该地区的上行开采的关系式，对煤层群上行开采的可行性进行初步判定；二、上行开采可行度系数引入和确定：系数的引入有两种方法，当该矿区上行开采工作面较多时，可以通过数据统计进行拟合；当该矿区上行开采工作面较少时，则采用线性关系进行假设，根据该矿区的岩石力学参数以及地质条件确定系数。三、上行开采可行度各个矿区数据统计分析：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、破坏特征并对所研究区域上行开采的工作面的可行度进行数据统计，重点研究统计数值和破坏程度之间对应的关系，并给出基于上行开采可行度数值对应的破坏等级。四、建立上行开采可行度判别标准和等级评价方法：基于数据统计的结果对煤层群上行开采的可行性进行综合评定，给出上行开采界限，建立判别标准和等级评价，将最终评定结果划分为“可采”—“开采困难”—“不可采”。
综合评定结果可分为可采、开采困难和不可采三种结果，三种结果的划分标准如下：
可采：中等破坏程度，顶板和煤层少量破碎，但裂隙发育程度大，煤层完整性良好，下沉量微小，上行开采效果较好。
开采困难：上行开采难度大，易出现顶板问题，巷道支护困难，漏风比较严重，开采时需要重型支护设备，必要时需采用充填管理顶板。
不可采：煤层基本处于垮落带内，煤层的完整度破坏非常严重，上行开采不合理，开采过于危险或者费用太高，难以连续进行生产。
该的建立方法综合了理论分析与计算、数据统计、实践经验、现场实测和数值模拟共五个方面的工作，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。
该理论方法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”—“开采困难”—“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的建立。
附图说明
图1是本发明的上行开采可行度理论建立的思路框架图。
图2是本发明的上行开采可行度系数引入和计算思路图
具体实施方式
工程案例：该建立方法步骤如下
第一步：矿井地质条件研究建立上行开采可行度逻辑关系式
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，包括主要煤岩层岩石力学性质、下煤层开采方法、开采时间间隔、下煤层采高、层间距、埋深等；结合理论分析与相关工程实践经验确定影响该矿井区域上行开采的主要因素，确定上行开采可行度的逻辑关系式，即：
第二步：上行开采可行度系数引入和确定
将这种逻辑关系定义为一个上行开采的判别量，即上行开采可行度。系数的引入有两种方法，当该矿区上行开采工作面较多时，可以通过数据统计进行拟合；当该矿区上行开采工作面较少时，则采用线性关系进行假设，根据该矿区的岩石力学参数以及地质条件确定系数。下面采用线性关系进行假设，定义了一个常数C和上行开采系数λ，即：
M-下层煤采高
H-中间岩层的厚度；
OB-上覆岩层的厚度；
H1,H2···Hi为开采煤层上方第i层岩石的厚度；
第三步：上行开采可行度各个矿区数据统计分析
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、破坏特征并对所研究区域上行开采的工作面的可行度进行数据统计，重点研究统计数值和破坏程度之间对应的关系，并给出基于上行开采可行度数值对应的破坏等级，统计上行开采可行度表格形式如下表1所示。
表1 矿区上行开采可行度统计结果
现场实测的方法一般有钻孔冲洗液法、钻孔电视法、网络并行电法、超声波穿透法等。此外，结合该矿区的地质条件建立数值模拟计算模型，进一步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。
第四步：建立上行开采可行度判别标准和等级评价方法
基于数据统计的结果对煤层群上行开采的可行性进行综合评定，给出上行开采界限，建立判别标准和等级评价。将最终评定结果划分为“可采”—“开采困难”—“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。
可采：采动影响系数比值法、“三带”判别法、围岩平衡判别法中各传统理论方法均判定上行开采可行，且上行开采可行度计算的理论值大于该地区上行开采可行度的极限标准。
开采困难：传统理论采动影响系数比值法、“三带”判别法、围岩平衡判别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，但上行开采可行度计算的理论值大于该地区上行开采可行度的极限标准，上行开采难度大，易出现顶板问题，巷道支护困难，漏风比较严重，开采时需要重型支护设备，必要时需采用充填管理顶板。
不可采：传统理论方法的判定结果均为“不可采”，且上行开采可行度计算的理论值小于该地区上行开采可行度的极限标准，邻近区域矿井或工程性试验结果表明煤层基本处于垮落带内，煤层的完整度破坏非常严重，上行开采不合理，开采过于危险或者费用太高，难以连续进行生产。
Claims (2)
1.一种近距离煤层群上行开采可行性判别及等级评价方法，该方法建立的步骤包括：
一、矿井地质条件研究建立上行开采可行度逻辑关系式：基于前人理论对中间岩层厚度与采高的关系、中间岩层硬岩的比例、中间岩层的数量、上覆岩层厚度等因素的分析，确定了主要影响因素并建立该地区的上行开采的关系式。
二、上行开采可行度系数引入和确定：系数的引入有两种方法，当该矿区上行开采工作面较多时，可以通过数据统计进行拟合；当该矿区上行开采工作面较少时，则采用线性关系进行假设，根据该矿区的岩石力学参数以及地质条件确定系数。
三、上行开采可行度各个矿区数据统计分析：对所研究区域上行开采的工作面的可行度进行数据统计，重点研究统计数值和破坏程度之间对应的关系，并给出基于上行开采可行度数值对应的破坏等级。
四、建立上行开采可行度判别标准和等级评价方法：基于数据的统计结果给出上行开采界限建立判别标准和等级评价方法。
2.根据权利要求1所述的一种近距离煤层群上行开采可行性判别及等级评价方法，其特征是：综合评定结果可分为可采、开采困难和不可采三种结果。三种结果的划分标准如下：
可采：中等破坏程度，顶板和煤层少量破碎，但裂隙发育程度大，煤层完整性良好，下沉量微小，上行开采效果较好。
开采困难：上行开采难度大，易出现顶板问题，巷道支护困难，漏风比较严重，开采时需要重型支护设备，必要时需采用充填管理顶板。
不可采：煤层基本处于垮落带内，煤层的完整度破坏非常严重，上行开采不合理，开采过于危险或者费用太高，难以连续进行生产。
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