CN112302654B - 特厚煤层快速放煤参数实测确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采煤技术领域，尤其涉及特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，包括：S1，沿走向方向对多点位移计进行布置和观测；S2，确定不同放煤循环步距对应的走向顶煤运移曲线；S3，获取倾向单轮顺序放煤时间曲线；S4，确定大放煤群组、中放煤群组、小放煤群组和微放煤群组的快速放煤参数。通过现场放煤时间观测和布置多点位移计监测顶煤运移规律，提出特厚煤层放煤工艺参数的实测确定方法，可为减少煤炭资源损失、提高回采安全性和确定智能化快速放煤参数提供依据，提高作业效率和采煤工作面资源回收率。
Description
技术领域
本发明涉及采煤技术领域，尤其涉及特厚煤层快速放煤参数实测确定方法。
背景技术
目前，我国特厚煤层综放开采技术已发展进入智能化研究及推广应用阶段，当前特厚煤层综放开采矿井较多，开采厚度达16m以上，局部超过20m，实现了高产高效。特厚煤层放顶煤开采技术在快速发展的同时也存在几点问题，主要是特厚煤层放煤工艺带来的煤炭损失的经济性问题和采空区遗煤自燃发火的安全性问题。在经济性问题方面，特厚煤层综放开采回收率仍然不高，一般为70％～90％，而影响综放开采顶煤回收的因素较多，包括采矿地质条件、煤层覆存状态、工作面布置、支架类型、放煤工艺等因素，其中，对于已经成型的采区工作面而言，放煤工艺参数是影响顶煤回收率的关键的可调整因素。放煤参数确定方法主要基于放煤椭球体理论、散体介质流理论、顶煤体“三带”结构、“大中小微”放煤方法等，主要是通过理论研究方式进行参数确定，针对特厚煤层放顶煤开采参数而言，其适应性还需要进一步结合现场实测进行优化。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，通过现场放煤时间观测和布置多点位移计监测顶煤运移规律，提出特厚煤层放煤工艺参数的实测确定方法，可为减少煤炭资源损失、提高回采安全性和确定智能化快速放煤参数提供依据，提高作业效率和采煤工作面资源回收率。
根据本发明实施例的特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，包括：
S1，沿走向方向对多点位移计进行布置和观测；
S2，确定不同放煤循环步距对应的走向顶煤运移曲线；
S3，获取倾向单轮顺序放煤时间曲线；
S4，确定大放煤群组、中放煤群组、小放煤群组和微放煤群组的快速放煤参数。
根据本发明的一个实施例，步骤S1包括：
S11，在采煤工作面的回采巷道内大于采动应力影响距离的前方，沿所述采煤工作面的推进方向，由采煤帮与顶板的交界处向煤岩内部施工至少5个钻孔；
S12，每个所述钻孔内沿所述钻孔的延伸方向由高到低依次设置多个观测点，每个所述观测点设置所述多点位移计。
根据本发明的一个实施例，在步骤S11中，相邻两个所述钻孔之间的间距为一个循环放煤步距，所述钻孔与所述采煤帮之间所成仰角为55°～60°；所述钻孔与所述采煤工作面的推进方向之间所成夹角为130°～140°；所述钻孔的深度达到煤岩交界面。
根据本发明的一个实施例，在步骤S12中，每个所述钻孔内相邻两个所述观测点之间的间距为0.5m～1.5m，位于最低处的所述观测点的水平投影位于过渡支架的边缘处。
根据本发明的一个实施例，步骤S2包括：
S21，基于所述多点位移计的监测数据，绘制各所述观测点的位移变化量与到放煤口距离的关系曲线；
S22，基于所述关系曲线获得走向顶煤运移轨迹方程；
S23，基于不同放煤步距对应的损失煤量，确定实际循环放煤步距。
根据本发明的一个实施例，步骤S22包括：
S221，确定所述关系曲线的斜率突变点或曲线特征点所对应的坐标；
S222，对所述斜率突变点或所述曲线特征点进行函数拟合，获得走向顶煤运移轨迹方程。
根据本发明的一个实施例，步骤S3包括：
沿倾向方向实测单架顺序放煤时单个放煤口的放煤时间，观测采煤循环数至少10个，绘制每个循环单轮顺序放煤时每个放煤口的连续放煤时间曲线。
根据本发明的一个实施例，步骤S4包括：
确定倾向方向大放煤群组、中放煤群组、小放煤群组和微放煤群组放煤循环的放煤影响半径；确定大放煤群组、中放煤群组、小放煤群组和微放煤群组的位置和均化放煤时间，得到倾向快速放煤参数。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：本发明实施例的特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，是通过现场放煤时间观测和布置多点位移计监测顶煤运移规律，提出特厚煤层放煤工艺参数的实测确定方法，可为减少煤炭资源损失、提高回采安全性和确定智能化快速放煤参数提供依据，提高作业效率和采煤工作面资源回收率。
本发明的特厚煤层放煤参数实测确定方法，倾向通过观测放煤口放煤时间确定大、中、小和微放煤群组快速放煤方式，走向通过布置多点位移计实测确定放煤步距参数。优化放煤参数后，减少了放煤工艺损失，兼顾顶煤回收率和放煤速度，实现特厚煤层矿井高产高效开采。
本发明的特厚煤层放煤参数实测确定方法，通过确定群组数量和群组内放煤口放煤时间，加快放煤速度，并减少采空区遗煤量，有效解决特厚煤层放顶煤由于一次放煤强度大、冒落空间高、遗煤较多、采空区遗煤自燃发火等安全性问题。
本发明的特厚煤层放煤参数实测确定方法，适用于特厚煤层放顶煤工作面，解决了目前特厚煤层开采放煤工艺参数理论确定法不能切实指导生产实践的问题，是一种科学可行的方法。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例特厚煤层快速放煤参数实测确定方法提供的走向方向多点位移计的安装示意图一；
图2是本发明实施例特厚煤层快速放煤参数实测确定方法提供的走向方向多点位移计的安装示意图二；
图3是本发明实施例特厚煤层快速放煤参数实测确定方法提供的多点位移计监测数据形成的不同放煤步距对应的走向顶煤运移曲线示意图；
图4是本发明实施例特厚煤层快速放煤参数实测确定方法提供的现场跟踪、秒表计时取得的倾向单轮顺序放煤时间曲线；
图5是本发明实施例特厚煤层快速放煤参数实测确定方法提供的基于图4实测得到的倾向大、中、小和微放煤群组示意图。
附图标记：
1：采煤工作面；2：回采巷道；3：钻孔；4：煤岩交界面；5：多点位移计平面布置角度；6：相邻两个钻孔之间的间距；7：多点位移计剖面仰角；8：采煤帮；11：顶板；12：观测点；13：放煤口；14：大放煤群组；15：中放煤群组；16：小放煤群组；17：微放煤群组；18：本循环放煤时走向顶煤运移曲线；19：循环步距0.8m放煤时走向顶煤运移曲线；20：循环步距1.6m放煤时走向顶煤运移曲线；22：工作面推进方向；23：循环步距0.8m放煤时工艺损失面积；24：循环步距1.6m放煤时工艺损失面积。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1、图2和图5所示，本发明实施例提供的特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，包括：
S1，沿走向方向对多点位移计进行布置和观测；
S2，确定不同放煤循环步距对应的走向顶煤运移曲线；
S3，获取倾向单轮顺序放煤时间曲线；
S4，确定大放煤群组14、中放煤群组15、小放煤群组16和微放煤群组17的快速放煤参数。
本发明实施例的特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，是通过现场放煤时间观测和布置多点位移计监测顶煤运移规律，提出特厚煤层放煤工艺参数的实测确定方法，可为减少煤炭资源损失、提高回采安全性和确定智能化快速放煤参数提供依据，提高作业效率和采煤工作面1资源回收率。
本发明的特厚煤层放煤参数实测确定方法，倾向通过观测放煤口放煤时间确定大、中、小和微放煤群组快速放煤方式，走向通过布置多点位移计实测确定放煤步距参数。优化放煤参数后，减少了放煤工艺损失，兼顾顶煤回收率和放煤速度，实现特厚煤层矿井高产高效开采。
本发明的特厚煤层放煤参数实测确定方法，通过确定群组数量和群组内放煤口13放煤时间，加快放煤速度，并减少采空区遗煤量，有效解决特厚煤层放顶煤由于一次放煤强度大、冒落空间高、遗煤较多、采空区遗煤自燃发火等安全性问题。
本发明的特厚煤层放煤参数实测确定方法，适用于特厚煤层放顶煤工作面，解决了目前特厚煤层开采放煤工艺参数理论确定法不能切实指导生产实践的问题，是一种科学可行的方法。
如图1、图2和图3所示，根据本发明的一个实施例，步骤S1包括：
S11，在采煤工作面1的回采巷道2内大于采动应力影响距离的前方，沿采煤工作面1的推进方向，由采煤帮8与顶板11的交界处向煤岩内部施工至少5个钻孔3；
S12，每个钻孔3内沿钻孔3的延伸方向由高到低依次设置多个观测点12，每个观测点12设置多点位移计。
本实施例提供一种走向多点位移计布置观测方案，超前于回采巷道2工作面采动应力距离之外布置多点位移计，走向方向连续布置不小于5组，钻孔3直径根据多点位移计尺寸确定；钻孔3与采煤帮8仰角、钻孔3与工作面推进方向22夹角、钻孔3深度、测点安装深度及数目等参数，满足测点水平投影超过过渡支架，处于放煤区，而且在达到放煤口13之前不受采煤机割煤破坏。沿走向方向监测连续推进循环，记录不同顶煤层位的位移计数据变化。
根据本发明的一个实施例，在步骤S11中，相邻两个钻孔3之间的间距6为一个循环放煤步距，钻孔3与采煤帮8之间所成仰角为55°～60°；钻孔3与采煤工作面1的推进方向之间所成夹角为130°～140°；钻孔3的深度达到煤岩交界面4。本实施例中，在采煤工作面1的回采巷道2的采煤帮8，超前于采动应力影响距离，一般至少100m处，施工至少5组钻孔3，钻孔3间距等于一个循环放煤步距，即移架步距，通常为0.8m，钻孔3直径为32mm，钻孔3与采煤帮8仰角范围为55°～60°，本实施例中，多点位移计剖面仰角7选择55°，钻孔3与工作面推进方向22夹角范围选择135°(多点位移计平面布置角度5为45°)，钻孔3深度以达到煤岩交界面4为宜。
根据本发明的一个实施例，在步骤S12中，每个钻孔3内相邻两个观测点12之间的间距为0.5m～1.5m，位于最低处的观测点12的水平投影位于过渡支架的边缘处。本实施例中，走向方向布置总体原则是观测点12水平投影位置超过过渡支架，处于放煤区，且在达到放煤口13之前不受采煤机割煤破坏。多点位移计在垂高方向上在煤岩内由深到浅选择每间隔1m布置一个观测点12，直至观测点12的水平投影处于过渡支架范围结束。
根据本发明的一个实施例，步骤S2包括：
S21，基于多点位移计的监测数据，绘制各观测点12的位移变化量与到放煤口13距离的关系曲线；
S22，基于关系曲线获得走向顶煤运移轨迹方程；
S23，基于不同放煤步距对应的损失煤量，确定实际循环放煤步距。
本实施例提供了不同放煤步距对应的走向顶煤运移曲线确定方法，基于多点位移计监测数据，绘制各观测点12位移变化量与到放煤口13距离的关系曲线；确定曲线斜率突变点或曲线特征点所对应的坐标：(到放煤口13的距离，位移变化量)；对曲线特征点进行函数拟合，获得走向顶煤运移轨迹方程；采用微积分方法理论计算按不同放煤循环步距对应的工艺损失煤量，确定实际循环放煤步距。
如图3和图4所示，根据本发明的一个实施例，步骤S22包括：
S221，确定关系曲线的斜率突变点或曲线特征点所对应的坐标；
S222，对斜率突变点或曲线特征点进行函数拟合，获得走向顶煤运移轨迹方程。
本实施例中，通过对多点位移计法实测数据作图，展示不同顶煤高度、距放煤口13不同距离时顶煤运移轨迹曲线，通过拟合得出走向顶煤运移轨迹方程，理论分析确定不同放煤步距时的工艺损失，进而确定科学的放煤步距。
待支架完全推过测点安装位置后，提取分析监测数据，绘制各测点位移变化量与到放煤口13距离的关系曲线(即本循环放煤时走向顶煤运移曲线18；循环步距0.8m放煤时走向顶煤运移曲线19；循环步距1.6m放煤时走向顶煤运移曲线20)。当第一个观测点12从放煤口13放出(位移达到最大值)时，找出剩下四条或更多曲线斜率突变点(即放煤对观测点12影响启动点)所对应的坐标：(到放煤口13的距离，位移变化量)；然后，对同一时刻所有启动点坐标按对数函数进行拟合，得到走向顶煤运移轨迹方程，采用微积分方法理论计算按不同放煤循环步距对应的工艺损失煤量(循环步距0.8m放煤时工艺损失面积23；循环步距1.6m放煤时工艺损失面积24)，从而确定契合现场实际的循环放煤步距。
根据本发明的一个实施例，步骤S3包括：
沿倾向方向实测单架顺序放煤时单个放煤口13的放煤时间，观测采煤循环数至少10个，绘制每个循环单轮顺序放煤时每个放煤口13的连续放煤时间曲线。
本实施例提供倾向单轮顺序放煤时间曲线获取方案，采用秒表计时，充分放煤、见矸关门、单架顺序放煤且为同一放煤工，观测采煤循环数不小于10个，绘制每个循环连续放煤口13的放煤时间曲线。
采用井下跟踪、秒表计时方式，在充分放煤、见矸关门原则下，沿倾向方向实测同一放煤工、单架顺序放煤时单个放煤口13的放煤时间，观测采煤循环数至少10个，绘制每个循环单轮顺序放煤时工作面支架的连续放煤时间曲线。
根据本发明的一个实施例，步骤S4包括：
确定倾向方向大放煤群组14、中放煤群组15、小放煤群组16和微放煤群组17放煤循环的放煤影响半径；确定大放煤群组14、中放煤群组15、小放煤群组16和微放煤群组17的位置和均化放煤时间，得到倾向快速放煤参数。
本实施例提供基于大、中、小和微放煤群组放煤理念的快速放煤工艺参数确定方法。基于大、中、小和微放煤群组放煤理念，均化所有符合该群组放煤理念的放煤时间曲线中单放煤口13的放煤时间，通过作图展示单架顺序放煤时工作面支架的放煤时间曲线，确定倾向群组放煤半径，确定大放煤群组14、中放煤群组15、小放煤群组16和微放煤群组17在群组内位置和均化放煤时间，得到倾向快速群组放煤的工艺参数。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，其特征在于：包括：
S1，沿走向方向对多点位移计进行布置和观测；
S2，确定不同放煤循环步距对应的走向顶煤运移曲线；
S3，获取倾向单轮顺序放煤时间曲线；
S4，确定大放煤群组、中放煤群组、小放煤群组和微放煤群组的快速放煤参数；
步骤S1包括：
S11，在采煤工作面的回采巷道内大于采动应力影响距离的前方，沿所述采煤工作面的推进方向，由采煤帮与顶板的交界处向煤岩内部施工至少5个钻孔；
S12，每个所述钻孔内沿所述钻孔的延伸方向由高到低依次设置多个观测点，每个所述观测点设置所述多点位移计；
步骤S2包括：
S21，基于所述多点位移计的监测数据，绘制各所述观测点的位移变化量与到放煤口距离的关系曲线；
S22，基于所述关系曲线获得走向顶煤运移轨迹方程；
S23，基于不同放煤步距对应的损失煤量，确定实际循环放煤步距。
2.根据权利要求1所述的特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，其特征在于：在步骤S11中，相邻两个所述钻孔之间的间距为一个循环放煤步距，所述钻孔与所述采煤帮之间所成仰角为55°~60°；所述钻孔与所述采煤工作面的推进方向之间所成夹角为130°~140°；所述钻孔的深度达到煤岩交界面。
3.根据权利要求1所述的特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，其特征在于：在步骤S12中，每个所述钻孔内相邻两个所述观测点之间的间距为0.5m~1.5m，位于最低处的所述观测点的水平投影位于过渡支架的边缘处。
4.根据权利要求1所述的特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，其特征在于：步骤S22包括：
S221，确定所述关系曲线的斜率突变点或曲线特征点所对应的坐标；
S222，对所述斜率突变点或所述曲线特征点进行函数拟合，获得走向顶煤运移轨迹方程。
5.根据权利要求1所述的特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，其特征在于：步骤S3包括：
沿倾向方向实测单架顺序放煤时单个放煤口的放煤时间，观测采煤循环数至少10个，绘制每个循环单轮顺序放煤时每个放煤口的连续放煤时间曲线。
6.根据权利要求5所述的特厚煤层快速放煤参数实测确定方法，其特征在于：步骤S4包括：
确定倾向方向大放煤群组、中放煤群组、小放煤群组和微放煤群组放煤循环的放煤影响半径；确定大放煤群组、中放煤群组、小放煤群组和微放煤群组的位置和均化放煤时间，得到倾向快速放煤参数。
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