專利名稱：一種蹬空開采可行性的定量判定方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種纟，開采可行性的判定方纟去，具^^及一種蹬空開采可行性的定量判定方法。二背景技術：
目前，國內(nèi)夕卜關于蹬空開采可行性的判定方法僅能借鑒上行開采的技術割牛與 判定方法，即比f鼓脂岐、"三帶"判別法、圍巖平衡法。(1) 比值判別法。蹬空開采能否成功，主要取決于兩層煤層間距與下部所采煤層 的厚度之比(采動影響倍數(shù))。當下部煤層開采后，蹬空開采的可行性可用比值K 的大小判別，艮P:K = ! (1)式中H —上下煤層之間的垂距，m;M —下煤層采高，m。我國iiT開采的生產(chǎn)實aS研究證明，當下部煤層開采后，比值1(>7.5時，先 采下部煤層可以不影響在上煤層內(nèi)進行正常準備和回采。(2) "三帶"判別法。蹬空開采是先開采下部煤層，其上覆巖層穩(wěn)定后，再開始 開3Lh部煤層，當下部煤層開采后，采空區(qū)上覆巖層必然產(chǎn)生移動變形，產(chǎn)生冒落 帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。當上下煤層的層間距小于或等于下煤層冒落帶的高度時， 上煤層結構將遭到嚴重破壞，無法進行蹬空開采；當上下煤層間距小于或等于裂隙 帶高度時，上煤層結構只發(fā)生中等程度的破壞，采取一定安全措施后，可正常進行蹬空開采；當上下煤層間距大于下煤層的裂隙帶高度時，上煤層只發(fā)生^j本移動， 結構不受破壞，可正常進行蹬空開采；上煤層的開艦該在下煤層開采弓胞的巖層 移動穩(wěn)定之后進行。(3)圍巖平衡法。蹬空開采破壞了上覆巖層的原始應力平衡狀態(tài)，必然引起上覆 巖層的橫向及縱向變形與破壞。上覆巖層的橫向及縱向剪切變形貝懷現(xiàn)為煤層發(fā)生 臺階錯動，破壞煤層結構，后者是影響蹬空開竊大障礙?？刂茙r層臺階錯動，就 是采場圍巖力系平衡問題。采場上覆巖條垂直方向分為冒落帶、裂隙帶及彎曲下 沉帶。從圍巖平衡的觀點，可以分為非平衡帶(即冒落帶)、部分平衡帶(相當于裂 隙帶下位巖層)、平衡帶(相當于裂隙帶的下位巖層a的巖層)。沿走向可分為原 始應力區(qū)、 ^!撐區(qū)、離層區(qū)、重新壓實區(qū)及穩(wěn)定區(qū)。裂隙帶的上位巖層形麟 M&il覆巖層~"壓實的奸石為支撐體系的巖層結構， 一般，巖層自身可形成不發(fā) 生臺階錯動的平衡巖層結構。裂隙帶的下位巖層形成以"^^"支架~5干石"為支 撐體系的巖層結構，這種巖層結構在支架參與下，可獲得平衡。采場上覆巖層中具 有一定厚度而^t較高的巖層，制采場上覆巖層移動的關鍵。在回采過程中，能 夠形成不發(fā)生臺階錯動的平衡巖層結構的巖層稱為平衡巖層，設從下煤層頂板至平 衡巖層頂板的高度叫圍巖平衡高度，則其蹬空開采的基本準則是當上覆巖層中有 堅硬巖層時，上煤層位于距下煤層最近的平衡巖層之上；當采場上覆巖層均為軟巖 時，上煤層應位于裂隙帶內(nèi)，上煤層的開采應在下煤層開采弓胞的巖層穩(wěn)定之后進 行。蹬空開采必要的層間距Hb為 尺_1式中^e^下煤層的采高，m;Kl石碎脹系數(shù)，h一衡巖層本身高度，m。以上所述的三種方法是基于半定性半定量的經(jīng)驗方法來判定蹬空開采的可行 性，而且是針對上行開采的，但上行開釆又與蹬空開采開采劍牛不盡相同，所以用這些方法判定出的結果也會有所偏差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是要解決現(xiàn)有蹬空開采可行性判定方法中存在的僅能依靠半定性半定 量的經(jīng)驗方^^判定，判定結果有所偏差的問題。本發(fā)明M31以下技術方案實現(xiàn) 一種蹬空開采可行性的定量判定方法，主要步驟 如下第1步結合礦區(qū)i頓柱狀圖進行鉆 L取芯，從而進一步明確蹬空狀態(tài)煤層 與下部已彩某層之間的巖層纟賊情況，并將這些巖層統(tǒng)一編號，第2步從下部煤 層往上確定覆巖中的控制巖層〗體，第3步，確定下部煤層采空區(qū)的尺度，比棘 空區(qū)沿煤層走向和傾向的水平最大尺度max/:和max/g ，取二者的最小值為采空區(qū)懸空跨度,，第4步，計算斜空制巖層的破斷距"比較控制巖層的破斷距"與采空 區(qū)懸空跨度/ ，若">/，貝何以進行蹬空開采。本發(fā)明與現(xiàn)有技斜目比具有以下有益效果蹬空開采可行性的定量判定方法簡單，易于工禾MA員掌握運用，在實現(xiàn)安全生產(chǎn)的frn下，提高了纟,的采出率，節(jié)省了大量資金，有效合理的利用了不可再生的資源，該判定方辦十對蹬空開采的具 體開采割牛，充分考慮妾啱層結構，能夠定量的、針對性的判斷蹬空開采的可行性。
四具體實施方式
-對于種種原因造，留有蹬空狀態(tài)煤層的'itr，其下部煤層采空區(qū)與蹬空狀態(tài) 煤層之間一般由多個厚度不一、tM各異的巖層組成。處于蹬空狀態(tài)的煤層是否適 宜于蹬空開姓要取決于這些中間巖層是否可以形成一定的結構。 一種蹬空開采可行性的定量判定方法步驟如下第1步結合礦區(qū)地質柱狀圖進行鉆孔取芯，從而進一步明確蹬空狀態(tài)煤層與 下部已采煤層之間的巖層組成情況，并將這些巖層統(tǒng)一編號。X寸于厚度松小的巖層， 可作為軟弱蝶處理；對于厚度較大或特厚巖層，根據(jù)沉積過程中形成的天然節(jié)理， 可人為進行分層。因為在實際觀測中，有時離層也在特厚巖層內(nèi)部產(chǎn)生，從而形成 兩個^^動的單元； 一般情況下，均以自然層面作為分層的界線。第2步從下部煤層往上確定覆巖中的控制巖恩立置。所謂控制巖層，是指那些 在 中不發(fā)生垮落的組^層單元中起控制作用的巖層，換言之，即與上部巖層 變形協(xié)調(diào)而與下部巖層變形不協(xié)調(diào)的巖層。假設第1層巖層為控制巖層，其上直至第m層巖層與之協(xié)調(diào)變形，而第m+l層巖層不與之協(xié)調(diào)變形，則第m+l層巖層是 第2層控制巖層。結合組合梁理論，知控制巖層位置的判別公式為加 ff <formula>formula see original document page 6</formula>分別為第i巖層的厚度、容重、彈性模量(i^，2,…，m， m+l)具體判別時，從下部煤層上方第1層巖層開始，往上逐層計算當滿敘(l)貝杯 ^!主上計算，此時從第1層巖層往上，第m+l層巖層為第1層控制巖層。從第1層 控制巖層開始，按JlM方法確定第2層控制巖層的位置，以此類推，直至確定出蹬空狀態(tài)煤層下部#±—層控制巖貫設為第n層控制巖層)。通3W"控制巖層位置的 判別，得到了覆巖中控制巖層^S及其所控軟巖層組。第3步，確定下部煤層采空區(qū)的尺度。比棘空區(qū)沿煤層走向和傾向的7K平最 大Kifmax"和max"，取二者的最小值為采空區(qū)懸空跨度/ 。第4步，計算雜制巖層的破斷距/4 ，比較控制巖層的破斷距4與采空區(qū)懸空 跨度/灘定蹬空開采的可行性?？鼛r層破斷是在彈性基礎上板的破斷問題，但為 了簡化計算，控制巖層破斷距采用兩端固支梁模型計算，貝勝k層控制巖層破斷距l(xiāng)k可按式(2)計算。 <formula>formula see original document page 7</formula>,規(guī)空狀態(tài)煤層下面的最頂部控制巖層(第n層控制巖層)往下逐層計算。首 先計算/ ，若/ >/，則此處可以進行蹬空開采。若/"/，則需要把第n層控制巖層 破斷后作為載荷加到第n-l層控制巖層上，重fH十算L，依次類推直至有/4>/， 則可以進行蹬空開采。即蹬空開采可行性的判斷依據(jù)為<formula>formula see original document page 7</formula> (3)式中hk—第k層控制巖層的厚度；式中HK－第k層控制巖層的厚度；q廣第k 層控制巖層所承受的載荷(當k+l層巖層的破斷距4+1 </小于采空區(qū)懸空跨度/時， "要考慮k+l層巖層破斷后弓胞的載荷)。200710139265.X說明書第6/7頁山西焦煤西山煤電集團公司白家莊礦上世紀90年fWl 6#煤層開采了下部8#煤層，目前6#煤層蹬空，M31以上方法判斷目前6，層蹬空開采的可行性。(l湖確蹬空煤層與下部已彩某層之間的巖層組微況 (2)從下部煤層往上確定覆巖中的控制巖層^g。由于8#煤層開采后上部的石灰?guī)r層(第一層)顯然是一層控制巖層，以下從第 二層逐層纟±±判斷。<formula>formula see original document page 8</formula>從以上判斷，第三層是第二層控制巖層。(3)確定下部煤層采空區(qū)的形狀與尺寸8#煤層刀柱采區(qū)懸空跨度 / = min(max/2，max/》=15附。(4針算粉空制巖層的破斷距并判斷可行性， MS(2)步可知，共有兩層控制巖層，先計算l2:其中關鍵是q2，由組合梁理論<formula>formula see original document page 9</formula>計算如下:<formula>formula see original document page 9</formula>,可見此處可以進行蹬空開采。實踐中該處也確實已成功的進行了蹬空開采。
權利要求
1、一種蹬空開采可行性的定量判定方法，其特征是主要步驟如下第1步結合礦區(qū)地質柱狀圖進行鉆孔取芯，從而進一步明確蹬空狀態(tài)煤層與下部已采煤層之間的巖層組成情況，并將這些巖層統(tǒng)一編號，第2步從下部煤層往上確定覆巖中的控制巖層位置，第3步，確定下部煤層采空區(qū)的尺度，比較采空區(qū)沿煤層走向和傾向的水平最大尺度maxlz和maxlq，取二者的最小值為采空區(qū)懸空跨度l，第4步，計算各控制巖層的破斷距l(xiāng)k，比較控制巖層的破斷距l(xiāng)k與采空區(qū)懸空跨度l，若lk＞l，則可以進行蹬空開采。
全文摘要
一種蹬空開采可行性的定量判定方法，主要步驟如下第1步結合礦區(qū)地質柱狀圖進行鉆孔取芯，從而進一步明確蹬空狀態(tài)煤層與下部已采煤層之間的巖層組成情況，并將這些巖層統(tǒng)一編號，第2步從下部煤層往上確定覆巖中的控制巖層位置，第3步，取采空區(qū)沿煤層走向和傾向的水平最大尺度maxl_z和maxl_q的最小值為采空區(qū)懸空跨度l，第4步，計算各控制巖層的破斷距l(xiāng)_k，比較控制巖層的破斷距l(xiāng)_k與采空區(qū)懸空跨度l，若l_k＞l，則可以進行蹬空開采。蹬空開采可行性的定量判定方法針對蹬空開采的具體開采條件，充分考慮到巖層結構，能夠定量的、針對性的判斷蹬空開采的可行性。在實現(xiàn)安全生產(chǎn)的前提下，提高了煤礦的采出率，節(jié)省了大量資金，有效合理的利用了不可再生的資源。
文檔編號E21C41/16GK101109283SQ20071013926
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月20日 優(yōu)先權日2007年8月20日
發(fā)明者馮國瑞, 馮澤坤, 康立勛, 楊雙鎖, 王鮮霞, 郝兵元 申請人:太原理工大學