CN114109386B - 地下煤炭开采工作面调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种地下煤炭开采工作面调控方法，包括：获取超高超长工作面影响参数；计算地下煤炭开采工作面超高阈值；将地下煤炭开采工作面采高与地下煤炭开采工作面超高阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超高工作面；计算地下煤炭开采工作面超长阈值；将地下煤炭开采工作面长度与地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超长工作面；根据地下煤炭开采工作面的判断结果，调控地下煤炭开采工作面采高和/或调控地下煤炭开采工作面长度。本发明提供超高超长工作面的判断方法，有效地对工作面进行调控，有利于开采源头的采高、工作面长度优化调整，提高绿色开采水平，增强矿区生态功能。

Description

地下煤炭开采工作面调控方法

技术领域

本发明涉及煤矿相关技术领域，特别是一种地下煤炭开采工作面调控方法。

背景技术

目前煤炭高效高产工作面逐步向高产高效高质量开采转型，高质量意味着生态友好开采或低损伤开采。而以往低损害开采往往采用加大工作面长度或采用无煤柱开采，其目的是有效增加工作面的均匀沉降比重，从而实现低损害开采。

要实现低损害开采，需要确定地下开采减损参数。现有的地下开采减损参数确定方法，主要采用Flac3D软件模拟煤炭超大工作面。地下工作面开采关键参数包括倾向长度，煤层厚度、推进距离、推进速度、埋藏深度、基岩厚度、开采深度、开采方式、顶底板岩性和顶板管理方式。

另外的方式，主要强调近水平煤层或缓倾斜煤层的超大工作面对推进速度的调整，以及超大工作面是指工作面长度在300米以上和推进距离大于4000米的一次采全高的工作面。

然而，现有技术针对超长工作面多是概念性，笼统性的介绍，没有具体的判别或量化计算方法，更没有将超高超长工作面二者统筹同步分析，难以有效评判现有的工作面是否为超高或超长或超高超长工作面，不利于煤矿源头减损开采。煤炭安全高效绿色开采是煤炭高质量开采的代名词，绿色开采主要通过源头减损开采实现，而源头开采参数是否具有减损效果，采高大小和工作面长度是否合理现有技术未能给出具体的评价或计算方法，难以对现有开采参数进行技术评价。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术无法有效评判工作面是否为超高或超长工作面，因此不利于煤矿源头减损开采的技术问题，提供一种地下煤炭开采工作面调控方法。

本发明提供一种地下煤炭开采工作面调控方法，包括：

获取超高超长工作面影响参数；

根据所述超高超长工作面影响参数，计算地下煤炭开采工作面超高阈值；

将地下煤炭开采工作面采高与所述地下煤炭开采工作面超高阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超高工作面；

根据所述超高超长工作面影响参数，计算地下煤炭开采工作面超长阈值；

将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超长工作面；

根据地下煤炭开采工作面的判断结果，调控地下煤炭开采工作面采高和/或调控地下煤炭开采工作面长度。

进一步地，所述超高超长工作面影响参数为地下煤炭开采工作面埋深，所述根据所述超高超长工作面影响参数，计算地下煤炭开采工作面超高阈值，具体包括：

计算地下煤炭开采工作面超高阈值其中M为地下煤炭开采工作面超高阈值，H为地下煤炭开采工作面埋深。

更进一步地，所述将地下煤炭开采工作面采高与所述地下煤炭开采工作面超高阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超高工作面，具体包括：

将地下煤炭开采工作面采高与所述地下煤炭开采工作面超高阈值进行比较；

如果m<M，则判断地下煤炭开采工作面为非超高工作面，或者如果m≥M，则判断地下煤炭开采工作面为超高工作面，其中m为地下煤炭开采工作面采高。

进一步地，所述超高超长工作面影响参数包括地下煤炭开采工作面埋深和地下煤炭开采工作面采高，所述根据所述超高超长工作面影响参数，计算地下煤炭开采工作面超长阈值，具体包括：

如果地下煤炭开采工作面为非超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面埋深与地下煤炭开采工作面采高计算地下煤炭开采工作面超长阈值；

如果地下煤炭开采工作面为超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面采高计算地下煤炭开采工作面超长阈值。

更进一步地，所述如果地下煤炭开采工作面为非超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面埋深与地下煤炭开采工作面采高计算地下煤炭开采工作面超长阈值，具体包括：

如果地下煤炭开采工作面为非超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面埋深与地下煤炭开采工作面采高计算第一超长阈值采用所述第一超长阈值作为所述地下煤炭开采工作面超长阈值，其中L₁为第一地下煤炭开采工作面超长阈值，H为地下煤炭开采工作面埋深，m为地下煤炭开采工作面采高。

再进一步地，所述将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超长工作面，具体包括：

将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较；

如果地下煤炭开采工作面长度大于等于L₁，则判断地下煤炭开采工作面为超长工作面，否则判断地下煤炭开采工作面为非超长工作面。

更进一步地，所述如果地下煤炭开采工作面为超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面采高计算地下煤炭开采工作面超长阈值，具体包括：

如果地下煤炭开采工作面为超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面采高计算第二超长阈值L₂＝2m²，采用所述第二超长阈值作为所述地下煤炭开采工作面超长阈值，其中L₂为第二超长阈值，m为地下煤炭开采工作面采高。

再进一步地，所述将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超长工作面，具体包括：

将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较；

如果地下煤炭开采工作面长度大于等于L₂，则判断地下煤炭开采工作面为超长工作面，否则判断地下煤炭开采工作面为非超长工作面。

进一步地，所述根据地下煤炭开采工作面的判断结果，调控地下煤炭开采工作面采高和/或调控地下煤炭开采工作面长度，具体包括：

如果所述地下煤炭开采工作面为非超高工作面，且所述地下煤炭开采工作面为超长工作面，则调控所述地下煤炭开采工作面采高；

如果所述地下煤炭开采工作面为超高工作面，且所述地下煤炭开采工作面为非超长工作面，则调控所述地下煤炭开采工作面长度。

更进一步地：

所述调控所述地下煤炭开采工作面采高为：增大所述地下煤炭开采工作面采高；

所述调控所述地下煤炭开采工作面长度为：增大所述地下煤炭开采工作面长度。

本发明提供超高超长工作面的判断方法，为有效开展源头减损开采提供指导依据，从而能够根据工作面的类型，有效地对工作面进行调控，有利于开采源头的采高、工作面长度优化调整，提高绿色开采水平，增强矿区生态功能。

附图说明

图1为本发明一种地下煤炭开采工作面调控方法的工作流程图；

图2为本发明一实施例中一种地下煤炭开采工作面调控方法的工作流程图；

图3为不同埋深所对应的地下煤炭开采工作面超高阈值示意图；

图4为不同采高不同埋深，对应的地下煤炭开采工作面超长阈值示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例一

如图1所示为本发明一种地下煤炭开采工作面调控方法的工作流程图，包括：

步骤S101，获取超高超长工作面影响参数；

步骤S102，根据所述超高超长工作面影响参数，计算地下煤炭开采工作面超高阈值；

步骤S103，将地下煤炭开采工作面采高与所述地下煤炭开采工作面超高阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超高工作面；

步骤S104，根据所述超高超长工作面影响参数，计算地下煤炭开采工作面超长阈值；

步骤S105，将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超长工作面；

步骤S106，根据地下煤炭开采工作面的判断结果，调控地下煤炭开采工作面采高和/或调控地下煤炭开采工作面长度。

具体来说，步骤S101获取超高超长工作面影响参数，然后在步骤S102中，基于超高超长工作面影响参数计算出地下煤炭开采工作面超高阈值，并在步骤S103中，根据地下煤炭开采工作面超高阈值，判断地下煤炭开采工作面是否为超高工作面。因此，地下煤炭开采工作面超高阈值是基于超高超长工作面影响参数变化的值。在一个实施例中，超高超长工作面影响参数为地下煤炭开采工作面埋深。对于不同的地下煤炭开采工作面埋深，有不同的地下煤炭开采工作面超高阈值。

然后，步骤S104同样根据超高超长工作面影响参数，计算地下煤炭开采工作面超长阈值，并在步骤S105中根据地下煤炭开采工作面超长阈值，判断地下煤炭开采工作面是否为超长工作面。因此，地下煤炭开采工作面超长阈值同样是基于超高超长工作面影响参数变化的值。在一个实施例中，超高超长工作面影响参数为地下煤炭开采工作面埋深。对于不同的地下煤炭开采工作面埋深，有不同的地下煤炭开采工作面超长阈值。在另一个实施例中，超高超长工作面影响参数为地下煤炭开采工作面埋深和地下煤炭开采工作面采高。对于不同的地下煤炭开采工作面埋深和地下煤炭开采工作面采高，有不同的地下煤炭开采工作面超长阈值。

最后，步骤S106根据地下煤炭开采工作面的判断结果，对地下煤炭开采工作面进行调控，使得工作面的设计更加符合绿色开采的要求。

本发明提供超高超长工作面的判断方法，为有效开展源头减损开采提供指导依据，从而能够根据工作面的类型，有效地对工作面进行调控，有利于开采源头的采高、工作面长度优化调整，提高绿色开采水平，增强矿区生态功能。

实施例二

如图2所示为本发明一实施例中一种地下煤炭开采工作面调控方法的工作流程图，包括：

步骤S201，获取超高超长工作面影响参数，所述超高超长工作面影响参数为地下煤炭开采工作面埋深和地下煤炭开采工作面采高；

步骤S202，计算地下煤炭开采工作面超高阈值其中M为地下煤炭开采工作面超高阈值，H为地下煤炭开采工作面埋深；

步骤S203，将地下煤炭开采工作面采高与所述地下煤炭开采工作面超高阈值进行比较；

步骤S204，如果m<M，则判断地下煤炭开采工作面为非超高工作面，或者如果m≥M，则判断地下煤炭开采工作面为超高工作面，其中m为地下煤炭开采工作面采高；

步骤S205，如果地下煤炭开采工作面为非超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面埋深与地下煤炭开采工作面采高计算第一超长阈值采用所述第一超长阈值作为所述地下煤炭开采工作面超长阈值，其中L₁为第一地下煤炭开采工作面超长阈值，H为地下煤炭开采工作面埋深，m为地下煤炭开采工作面采高；

步骤S206，将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较；

步骤S207，如果地下煤炭开采工作面长度大于等于L₁，则判断地下煤炭开采工作面为超长工作面，否则判断地下煤炭开采工作面为非超长工作面；

步骤S208，如果地下煤炭开采工作面为超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面采高计算第二超长阈值L₂＝2m²，采用所述第二超长阈值作为所述地下煤炭开采工作面超长阈值，其中L₂为第二超长阈值，m为地下煤炭开采工作面采高；

步骤S209，将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较；

步骤S210，如果地下煤炭开采工作面长度大于等于L₂，则判断地下煤炭开采工作面为超长工作面，否则判断地下煤炭开采工作面为非超长工作面；

步骤S211，如果所述地下煤炭开采工作面为非超高工作面，且所述地下煤炭开采工作面为超长工作面，则调控所述地下煤炭开采工作面采高；

步骤S212，如果所述地下煤炭开采工作面为超高工作面，且所述地下煤炭开采工作面为非超长工作面，则调控所述地下煤炭开采工作面长度。

在其中一个实施例中：

所述调控所述地下煤炭开采工作面采高为：增大所述地下煤炭开采工作面采高；

所述调控所述地下煤炭开采工作面长度为：增大所述地下煤炭开采工作面长度。

具体来说，本实施例提供了一种地下煤炭开采工作面调控方法，包括超高超长工作面影响参数选取、地下开采工作面超高阀值计算、地下开采超长阈值计算、以及对超高超长工作面进行调控优化。其中：

工作面的超高定义与埋深密切相关，工作面超长与埋深密切相关，同时工作面超高和工作面超长二者也具有相互作用关联，总体而言、采高、工作面长度和埋深三者具有相互作用的关系。因此，步骤S201的超高超长工作面影响参数选择为地下煤炭开采工作面埋深和地下煤炭开采工作面采高。

然后步骤S202则计算地下煤炭开采工作面超高阈值。工作面超高定义还与埋深、覆岩、松散层和岩性相关，主要与埋深直接相关，因此，根据钻孔柱状图信息，超高阀值M与埋深H的计算为

步骤S204判断地下煤炭开采工作面是否为超高工作面。若开采高度m≥M，则认为超高开采，判断地下煤炭开采工作面为超高工作面。若开采高度m＜M，则认为非超高开采，判断地下煤炭开采工作面为非超高工作面。

超长工作面长度与采高和埋深密切相关，以超高阀值M为界限，超长工作面超长阈值计算可以分为区段函数。即针对地下煤炭开采工作面为超高工作面或者非超高工作面，地下煤炭开采工作面超长阈值采用不同的计算方法。

其中，步骤S205至步骤S207为非超高工作面时地下煤炭开采工作面是否为超长工作面的判断方法，即：

采高m＜M时为非超高工作面，地下煤炭开采工作面超长阈值为第一超长阈值因此，如果地下煤炭开采工作面长度l≥L₁，则判断地下煤炭开采工作面为超长工作面，否则如果地下煤炭开采工作面长度l<L₁，则判断地下煤炭开采工作面为非超长工作面。

步骤S208至步骤S210为超高工作面时地下煤炭开采工作面是否为超长工作面的判断方法，即：

采高m≥M时为超高工作面，地下煤炭开采工作面超长阈值为第二超长阈值L₂＝2m²，因此，如果地下煤炭开采工作面长度l≥L₂，则判断地下煤炭开采工作面为超长工作面，否则如果地下煤炭开采工作面长度l<L₂，则判断地下煤炭开采工作面为非超长工作面。

总的来说，地下煤炭开采工作面超高阈值为采高若大于等于M则为超高工作面，采高小于M则为非超高工作面。超长工作面根据采高情况有两种情形：

一是地下煤炭开采工作面为非超高工作面情形，地下煤炭开采工作面超长阈值为如果地下煤炭开采工作面长度l≥L₁，则判断地下煤炭开采工作面为超长工作面，否则如果地下煤炭开采工作面长度l<L₁，则判断地下煤炭开采工作面为非超长工作面；

二是地下煤炭开采工作面为超高工作面情形，此时地下煤炭开采工作面超长阈值为L₂＝2m²，如果地下煤炭开采工作面长度l≥L₂，则判断地下煤炭开采工作面为超长工作面，否则如果地下煤炭开采工作面长度l<L₂，则判断地下煤炭开采工作面为非超长工作面。

然后，步骤S211和步骤S212对地下煤炭开采工作面进行调控。如果所述地下煤炭开采工作面为非超高工作面，且所述地下煤炭开采工作面为超长工作面，则调控所述地下煤炭开采工作面采高；如果所述地下煤炭开采工作面为超高工作面，且所述地下煤炭开采工作面为非超长工作面，则调控所述地下煤炭开采工作面长度。

具体来说，采高较小时宜优先调控采高，工作面长度较短时宜优先调控长度，采高和工作面长度两个参数指标同等重要，宜优先调控未超临界的参数，或二者兼顾同步调控。调控时，优选地，如果所述地下煤炭开采工作面为非超高工作面，则增大所述地下煤炭开采工作面采高。如果所述地下煤炭开采工作面为非超长工作面，则增大所述地下煤炭开采工作面长度。

本实施例选择地下煤炭开采工作面埋深和地下煤炭开采工作面采高作为超高超长工作面影响参数，从而确定地下煤炭开采工作面超高阈值，并根据地下煤炭开采工作面是否超高，选择不同的地下煤炭开采工作面超长阈值计算方法，准确地判断地下煤炭开采工作面的类型，从而采用合适的调控方案，对地下煤炭开采工作面进行优化调控。

作为一个例子，目前工作面一次采全高少于10m，放顶煤采放总高度不到25m，根据计算公式计算，埋深300m，则超高阀值9.8m，埋深2000m，则超高阈值25.2m；超高工作面存在埋深少于300m，放顶煤的超高工作面可存在于不同埋深。如图3所示为不同埋深所对应的地下煤炭开采工作面超高阈值。

另外，目前一次采全高的高度少于10m，在采高0ˉ10m区间，地下煤炭开采工作面超长阈值随采高变化单调递减，采高越大，超长工作面的阀值也越小。如图4所示为不同采高不同埋深，对应的地下煤炭开采工作面超长阈值。在采高<M时，地下煤炭开采工作面超长阈值与采高呈单调递减，与埋深呈递增关系，当采高达到地下煤炭开采工作面超高阀值时，地下煤炭开采工作面工作面超长阀值与采高呈平方正相关。

目前的工作面长度集中在100-300m，按照公式和L₂＝2m²计算超长工作面主要分布埋深在400m以内，目前存在超长超高工作面的可能只能是埋深少于800m。

因此，从绿色开采来讲，目前工作面长度还不够长，一次采全高的高度也不够大，均有提高余地。从经济开采可能性来讲，采高较小时宜优先调控采高，工作面长度较短时宜优先调控长度，采高和工作面长度两个参数指标同等重要，宜优先调控未超临界的参数，或二者兼顾同步调控。

作为另一个例子，某一地下开采条件采高8.8m，工作面长度300m，埋深240m。

根据地下煤炭开采工作面超高阈值可知该采深状态下的地下煤炭开采工作面超高阈值为8.74m，采高8.8＞8.74m，处于超高开采状态；

又m≥M时，地下煤炭开采工作面超长阈值为L₂＝2m²，其地下煤炭开采工作面超长阈值为152.8m，可见工作面长度l＞L₂，该地下煤炭开采工作面属于超长工作面。

结合采高和工作面长度来看，该工作面的开采参数属于超高超长工作面状态，如需优化开采参数着重考虑经济可行性即可。

本发明从工作面长度和采高两个关键因子进行定义和评价，提供超高临界计算方法，超长工作面计算方法，有利于开采源头的采高、工作面长度优化调整，提高绿色开采水平，增强矿区生态功能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种地下煤炭开采工作面调控方法，其特征在于，包括：

获取超高超长工作面影响参数；

根据所述超高超长工作面影响参数，计算地下煤炭开采工作面超高阈值；

将地下煤炭开采工作面采高与所述地下煤炭开采工作面超高阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超高工作面；

根据所述超高超长工作面影响参数，计算地下煤炭开采工作面超长阈值；

将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超长工作面；

根据地下煤炭开采工作面的判断结果，调控地下煤炭开采工作面采高和/或调控地下煤炭开采工作面长度，如果所述地下煤炭开采工作面为非超高工作面，且所述地下煤炭开采工作面为超长工作面，则调控所述地下煤炭开采工作面采高，增大所述地下煤炭开采工作面采高，如果所述地下煤炭开采工作面为超高工作面，且所述地下煤炭开采工作面为非超长工作面，则调控所述地下煤炭开采工作面长度，增大所述地下煤炭开采工作面长度。

2.根据权利要求1所述的地下煤炭开采工作面调控方法，其特征在于，所述超高超长工作面影响参数为地下煤炭开采工作面埋深，所述根据所述超高超长工作面影响参数，计算地下煤炭开采工作面超高阈值，具体包括：

计算地下煤炭开采工作面超高阈值，其中M为地下煤炭开采工作面超高阈值，H为地下煤炭开采工作面埋深。

3.根据权利要求2所述的地下煤炭开采工作面调控方法，其特征在于，所述将地下煤炭开采工作面采高与所述地下煤炭开采工作面超高阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超高工作面，具体包括：

将地下煤炭开采工作面采高与所述地下煤炭开采工作面超高阈值进行比较；

如果m<M，则判断地下煤炭开采工作面为非超高工作面，或者如果m≥M，则判断地下煤炭开采工作面为超高工作面，其中m为地下煤炭开采工作面采高。

4.根据权利要求1所述的地下煤炭开采工作面调控方法，其特征在于，所述超高超长工作面影响参数包括地下煤炭开采工作面埋深和地下煤炭开采工作面采高，所述根据所述超高超长工作面影响参数，计算地下煤炭开采工作面超长阈值，具体包括：

如果地下煤炭开采工作面为非超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面埋深与地下煤炭开采工作面采高计算地下煤炭开采工作面超长阈值；

如果地下煤炭开采工作面为超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面采高计算地下煤炭开采工作面超长阈值。

5.根据权利要求4所述的地下煤炭开采工作面调控方法，其特征在于，所述如果地下煤炭开采工作面为非超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面埋深与地下煤炭开采工作面采高计算地下煤炭开采工作面超长阈值，具体包括：

如果地下煤炭开采工作面为非超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面埋深与地下煤炭开采工作面采高计算第一超长阈值，采用所述第一超长阈值作为所述地下煤炭开采工作面超长阈值，其中L₁为第一地下煤炭开采工作面超长阈值，H为地下煤炭开采工作面埋深，m为地下煤炭开采工作面采高。

6.根据权利要求5所述的地下煤炭开采工作面调控方法，其特征在于，所述将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超长工作面，具体包括：

将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较；

如果地下煤炭开采工作面长度大于等于L₁，则判断地下煤炭开采工作面为超长工作面，否则判断地下煤炭开采工作面为非超长工作面。

7.根据权利要求4所述的地下煤炭开采工作面调控方法，其特征在于，所述如果地下煤炭开采工作面为超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面采高计算地下煤炭开采工作面超长阈值，具体包括：

如果地下煤炭开采工作面为超高工作面，则根据地下煤炭开采工作面采高计算第二超长阈值，采用所述第二超长阈值作为所述地下煤炭开采工作面超长阈值，其中L₂为第二超长阈值，m为地下煤炭开采工作面采高。

8.根据权利要求7所述的地下煤炭开采工作面调控方法，其特征在于，所述将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较，判断地下煤炭开采工作面是否为超长工作面，具体包括：

将地下煤炭开采工作面长度与所述地下煤炭开采工作面超长阈值进行比较；

如果地下煤炭开采工作面长度大于等于L₂，则判断地下煤炭开采工作面为超长工作面，否则判断地下煤炭开采工作面为非超长工作面。