專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水源地中小煤礦用保水采煤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤礦開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種水源地中小煤礦用保水采煤方法。
背景技術(shù)：
陜北大煤田的“保水采煤”問(wèn)題，從神府礦區(qū)開(kāi)發(fā)之初，就引起了各方面的關(guān)注。陜北地區(qū)總面積8. 06X 104km2，約占陜西省總面積的39.2%。其中含有水域面積 9. 5X104hm2，占全省水域面積的24. 5%。陜北地區(qū)的水資源總量?jī)H為陜西省的10. 9%，人均水資源為849m3/人，是陜西省人均水資源量的72%，全國(guó)人均水平的35%。由此可見(jiàn)， 陜北地區(qū)的水資源量較為貧乏。因而，陜北大煤田的“保水采煤”問(wèn)題的重要性，多年來(lái)受到各方面的重視。針對(duì)陜北煤層埋藏淺，地表存在沙漠型河流及耐旱植被的特點(diǎn)，保水主要是保證寶貴且對(duì)植被的生長(zhǎng)條件有利的潛水資源，阻止地表荒漠化的進(jìn)一步發(fā)展。以往大量的開(kāi)采實(shí)踐主要集中在大型、特大型礦井的開(kāi)采中，由于工作面超長(zhǎng)，目前超長(zhǎng)工作面已超過(guò)400m，推進(jìn)距離長(zhǎng)達(dá)3Km 5Km，且采用全部垮落法處理頂板，長(zhǎng)壁后退式推進(jìn)，因而造成潛水資源大量流失，其保水開(kāi)采中結(jié)合煤層開(kāi)采對(duì)覆巖破壞和阻水性變化情形，工作面留設(shè)一定高度防水煤柱，并在煤層露頭燒變巖帶建立淺排水源地的“保水采煤”效果并不理
術(shù)g
；ο條帶開(kāi)采是將要開(kāi)采的煤層劃分成比較正規(guī)的條帶進(jìn)行開(kāi)采，且實(shí)際開(kāi)采時(shí)采一條，留一條，并利用保留的煤柱支撐上覆巖層，從而減少覆巖沉陷，控制地表的移動(dòng)和變形， 并達(dá)到地面保護(hù)目的的部分開(kāi)采方法。從條帶的布置形式及開(kāi)采方法上包括水砂充填條帶、矸石充填條帶、冒落條帶、分層冒落條帶、近距煤層群條帶、變采留比條帶、不規(guī)則條帶及古小窯老空區(qū)下條帶等。盡管條帶開(kāi)采采出率低、資源損失嚴(yán)重，但由于我國(guó)礦區(qū)村莊密集，搬遷費(fèi)用巨大，為解放村莊下壓煤，條帶開(kāi)采作為一種減少地表沉降的特殊采煤法，近幾年各礦區(qū)都應(yīng)用條帶開(kāi)采進(jìn)行了建筑物下采煤實(shí)踐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，其設(shè)計(jì)合理、實(shí)現(xiàn)方便、可操作性強(qiáng)且使用效果好，能有效解決現(xiàn)有水源地中小煤礦開(kāi)采時(shí)存在的易造成潛水資源大量流失、保水采煤效果較差等多種實(shí)際問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，所開(kāi)采煤礦為位于水源地的煤礦，其保水采煤開(kāi)采方法包括以下步驟步驟一、煤層位置確定按照煤礦開(kāi)采過(guò)程中所用的常規(guī)鉆探地質(zhì)編錄方法，對(duì)所開(kāi)采煤礦進(jìn)行鉆探，并獲得所開(kāi)采煤礦的鉆孔柱狀圖之后，根據(jù)所述鉆孔柱狀圖，確定所開(kāi)采煤礦中所存在煤層的厚度和埋藏深度，所述煤層的頂板由多個(gè)巖層組成且多個(gè)所述巖層由下至上逐層進(jìn)行布設(shè)；同時(shí)，根據(jù)所述鉆孔柱狀圖分別確定所述頂板中多個(gè)巖層的厚度；其中，多個(gè)所述巖層的數(shù)量為η個(gè)，η個(gè)所述巖層由下至上分別為第一個(gè)巖層、第二個(gè)巖層...第η個(gè)巖層，且η個(gè)所述巖層的厚度由下至上分別為hp h2. . . hn ；步驟二、開(kāi)采參數(shù)確定，其確定過(guò)程如下201、頂板巖梁承受載荷確定，其確定過(guò)程包括以下步驟2011、頂板各巖層的巖石力學(xué)性質(zhì)測(cè)試按照常規(guī)的巖石力學(xué)性質(zhì)測(cè)試方法，分別對(duì)步驟一中多個(gè)所述巖層的巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試得出的各巖層的巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，所述巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)包括容重、抗拉強(qiáng)度和彈性模量；其中，測(cè)試得出的η個(gè)所述巖層的容重由下至上分別為Y Y2- Yn, η個(gè)所述巖層的彈性模量分別為Ep E2. . . En, η個(gè)所述巖層的抗拉強(qiáng)度；2012、頂板巖梁所承受載荷計(jì)算根據(jù)公式⑷，++ ，計(jì)算自第一個(gè)巖層起由下至上布設(shè)的
E1H1 +E2H2 +... + EiHi
i個(gè)巖層對(duì)第一個(gè)巖層進(jìn)行綜合影響所形成的載荷，式中i = 1、2. ..η；且計(jì)算i個(gè)巖層對(duì)第一個(gè)巖層進(jìn)行綜合影響所形成載荷的同時(shí)，對(duì)所述自第一個(gè)巖層起由下至上布設(shè)的i+Ι個(gè)巖層對(duì)第一個(gè)巖層所形成的載荷(qi+1) ！與i個(gè)巖層對(duì)第一個(gè)巖層所形成的載荷(Qi)1進(jìn)行差值比較當(dāng)差值比較得出(qi+1)i< (Qi)1時(shí)，說(shuō)明第i + 1個(gè)巖層與其下部的第i個(gè)巖層發(fā)生離層，此時(shí)i = m，且(Qm)1為所述煤層的頂板巖梁所承受載荷，m為正整數(shù)且m<n;202、開(kāi)采條帶的寬度上限值確定，其確定過(guò)程包括以下步驟2021、將所述頂板巖梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁進(jìn)行分析且所述簡(jiǎn)支梁為均布荷載作用下
的簡(jiǎn)支梁；所述簡(jiǎn)支梁上任一點(diǎn)A處的正應(yīng)力為= ^^ ,式中Mx為所述簡(jiǎn)支梁上A處
所在橫截面上的彎矩，y為A處到所述簡(jiǎn)支梁中性軸的距離，t為所述簡(jiǎn)支梁的厚度且t = 自第一個(gè)巖層起由下至上布設(shè)的m個(gè)巖層的厚度之和；2022、最大壓正應(yīng)力和最大拉正應(yīng)力換算所述簡(jiǎn)支梁的最大彎矩Mmax = qL2/8，式中L為所述簡(jiǎn)支梁的橫向長(zhǎng)度；所述簡(jiǎn)支梁中部上側(cè)外邊緣處所承受的壓正應(yīng)力為最大壓正應(yīng)力，所述簡(jiǎn)支梁中部下側(cè)外邊緣處所承受的拉正應(yīng)力為最大拉正應(yīng)力，所述簡(jiǎn)支梁中部的下側(cè)外邊緣處和上側(cè)邊緣處到所述簡(jiǎn)支梁中性軸的距離y均等于t/2，且所述最大壓
正應(yīng)力和最大拉正應(yīng)力的數(shù)值相等且二者均等于σ·χ2023、頂板巖梁實(shí)際承受正應(yīng)力計(jì)算所述頂板巖梁實(shí)際承受的正應(yīng)力= |，
F
式中F為安全系數(shù)且F = 2 4, 為所述頂板巖梁的抗拉強(qiáng)度，所述頂板巖梁由j個(gè)巖層組成且j > 1 當(dāng)j = 1時(shí)，說(shuō)明所述頂板巖梁為一個(gè)巖層且I^1為該巖層的抗拉強(qiáng)度；當(dāng)j > 1時(shí)，I^1為組成所述頂板巖梁的j個(gè)巖層的抗拉強(qiáng)度平均值；2024、寬度上限值換算將步驟2023中計(jì)算得出的ο e代入步驟2022中的公式 σ 換算得出開(kāi)采條帶的寬度上限值A(chǔ)nax = J^，式中q為步驟201中計(jì)算得出
max f2\ 3q
的(Clm)1 ；CN 102505943 A說(shuō)明書(shū)3/17 頁(yè)203、煤柱寬度下限值確定，其確定過(guò)程如下2031、煤柱屈服區(qū)寬度計(jì)算根據(jù)公式。=ln(C + ^ tan^V +tan2 φ，計(jì)算得出煤柱屈服區(qū)寬度rp，
權(quán)利要求
1. 一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，所開(kāi)采煤礦為位于水源地的煤礦，其保水采煤開(kāi)采方法包括以下步驟步驟一、煤層位置確定按照煤礦開(kāi)采過(guò)程中所用的常規(guī)鉆探地質(zhì)編錄方法，對(duì)所開(kāi)采煤礦進(jìn)行鉆探，并獲得所開(kāi)采煤礦的鉆孔柱狀圖之后，根據(jù)所述鉆孔柱狀圖，確定所開(kāi)采煤礦中所存在煤層的厚度和埋藏深度，所述煤層的頂板由多個(gè)巖層組成且多個(gè)所述巖層由下至上逐層進(jìn)行布設(shè)；同時(shí)，根據(jù)所述鉆孔柱狀圖分別確定所述頂板中多個(gè)巖層的厚度；其中，多個(gè)所述巖層的數(shù)量為η個(gè)，η個(gè)所述巖層由下至上分別為第一個(gè)巖層、第二個(gè)巖層...第η個(gè)巖層，且η個(gè)所述巖層的厚度由下至上分別為hp h2. . . hn ； 步驟二、開(kāi)采參數(shù)確定，其確定過(guò)程如下·201、頂板巖梁承受載荷確定，其確定過(guò)程包括以下步驟·2011、頂板各巖層的巖石力學(xué)性質(zhì)測(cè)試按照常規(guī)的巖石力學(xué)性質(zhì)測(cè)試方法，分別對(duì)步驟一中多個(gè)所述巖層的巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試得出的各巖層的巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，所述巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)包括容重、抗拉強(qiáng)度和彈性模量；其中，測(cè)試得出的η個(gè)所述巖層的容重由下至上分別為h、Y2··· Y η，η個(gè)所述巖層的彈性模量分別SEp E2... Εη，η個(gè)所述巖層的抗拉強(qiáng)度；·2012、頂板巖梁所承受載荷計(jì)算根據(jù)公式
2.按照權(quán)利要求1所述的一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，其特征在于步驟四中所述的按照常規(guī)條帶開(kāi)采方法對(duì)所述煤層進(jìn)行開(kāi)采后，形成多個(gè)寬度為L(zhǎng)tl的條帶采空區(qū)，且相鄰兩個(gè)所述條帶采空區(qū)之間留設(shè)有一個(gè)寬度為Dtl的條帶煤柱；且按照常規(guī)條帶開(kāi)采方法對(duì)所述煤層進(jìn)行開(kāi)采后，還需由前至后用填充料對(duì)多個(gè)所述條帶采空區(qū)分別進(jìn)行密實(shí)填充，并相應(yīng)形成多個(gè)已填充區(qū)；對(duì)多個(gè)所述條帶采空區(qū)分別進(jìn)行密實(shí)填充過(guò)程中，由前至后對(duì)相鄰兩個(gè)所述已填充區(qū)之間的條帶煤柱進(jìn)行開(kāi)采。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，其特征在于步驟四中所述的按照常規(guī)條帶開(kāi)采方法對(duì)所述煤層進(jìn)行開(kāi)采過(guò)程中，在所述煤層上布置多個(gè)采煤區(qū)段或多個(gè)采煤工作面(3)，相鄰兩個(gè)采煤區(qū)段或相鄰兩個(gè)采煤工作面C3)之間通過(guò)留設(shè)有一個(gè)隔離煤柱；且開(kāi)采結(jié)束后，每個(gè)采煤區(qū)段或每個(gè)采煤工作面(3)內(nèi)均形成多個(gè)寬度為L(zhǎng)tl的區(qū)內(nèi)條帶采空區(qū)，相鄰兩個(gè)所述區(qū)內(nèi)條帶采空區(qū)之間留設(shè)有一個(gè)寬度為Dtl的區(qū)內(nèi)條帶煤柱；步驟三中所述確定條帶法開(kāi)采過(guò)程中的采留尺度時(shí)，還需對(duì)所述隔離煤柱的寬度最小值進(jìn)行確定，所述隔離煤柱包括中間隔水帶和兩個(gè)分別布設(shè)在所述中間隔水帶兩側(cè)的已開(kāi)采工作面屈服區(qū)和現(xiàn)開(kāi)采工作面屈服區(qū)，且所述隔離煤柱的寬度最小值確定過(guò)程如下步驟I、中間隔水帶寬度‘計(jì)算分別根據(jù)側(cè)向靜水壓力煤柱寬度計(jì)算公式
4.按照權(quán)利要求1或2所述的一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，其特征在于步驟2012中所述的m = 1，且所述煤層的頂板巖梁為第一個(gè)巖層；步驟2021中t為第一個(gè)巖層的厚度；步驟2022中L為第一個(gè)巖層的橫向長(zhǎng)度；步驟2023中所述頂板巖梁為第一個(gè)巖層且&為第一個(gè)巖層的抗拉強(qiáng)度。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，其特征在于步驟四中所述的按照常規(guī)條帶開(kāi)采方法對(duì)所述煤層進(jìn)行開(kāi)采之前，還需按照常規(guī)煤柱穩(wěn)定性分析方法，對(duì)采用步驟三中所確定的開(kāi)采方案進(jìn)行條帶開(kāi)采過(guò)程中所留設(shè)煤柱的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，其特征在于所述常規(guī)煤柱穩(wěn)定性分析方法為相似材料模擬實(shí)驗(yàn)。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，其特征在于步驟 2031 中 M = 3m 8m。
8.按照權(quán)利要求1或2所述的一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，其特征在于步驟2032中隨著所述煤層的頂板穩(wěn)定性逐漸減弱，r0逐漸增大。
9.按照權(quán)利要求1或2所述的一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，其特征在于步驟二中開(kāi)采參數(shù)確定之前，還需按常規(guī)煤層安全回采上限的確定方法，對(duì)所述煤層的安全回采上限Mx進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷是否能采用條帶開(kāi)采方法對(duì)所述煤層進(jìn)行開(kāi)采當(dāng)所述煤層的平均高度M大于計(jì)算得出的安全回采上限時(shí)，則進(jìn)入步驟二且按條帶開(kāi)采方法對(duì)所述煤層進(jìn)行開(kāi)采；否則，按長(zhǎng)壁開(kāi)采方法對(duì)所述煤層進(jìn)行開(kāi)采。
10.按照權(quán)利要求9所述的一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，其特征在于對(duì)所述IOOMr μ Mr ττ煤層的安全回采上限Mx進(jìn)行計(jì)算時(shí)，根據(jù)公式+38+51 + ^-^0，式中5.1為修正系數(shù)，nx為所述煤層的分層層數(shù)，H0為測(cè)試得出的所述煤層上方基巖的平均高度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水源地中小煤礦用保水采煤方法，包括以下步驟一、煤層位置確定根據(jù)鉆孔柱狀圖，確定所開(kāi)采煤礦中所存在煤層的厚度和埋藏深度；二、開(kāi)采參數(shù)確定，其確定過(guò)程如下頂板巖梁承受載荷確定、開(kāi)采條帶的寬度上限值Lmax確定和煤柱寬度下限值Dmin確定；三、開(kāi)采方案確定根據(jù)Lmax和Dmin確定條帶法開(kāi)采過(guò)程中的采留尺度，其中條帶法開(kāi)采過(guò)程中所開(kāi)采條帶的寬度L0≤Lmax且所留煤柱的寬度D0≥Dmin；四、開(kāi)采按照常規(guī)條帶開(kāi)采方法對(duì)煤層進(jìn)行開(kāi)采，每開(kāi)采一個(gè)寬度為L(zhǎng)0的條帶，留設(shè)一個(gè)寬度為D0的煤柱。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、實(shí)現(xiàn)方便、可操作性強(qiáng)且使用效果好，能解決現(xiàn)有水源地中小煤礦開(kāi)采時(shí)存在的易造成潛水資源大量流失、保水采煤效果較差等問(wèn)題。
文檔編號(hào)E21C41/16GK102505943SQ201110370130
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者劉洋, 石平五, 邵小平 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)