專利名稱：一種煤與瓦斯突出保護層選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦瓦斯防治領(lǐng)域，特別涉及一種煤與瓦斯突出保護層選擇方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有煤與瓦斯突出保護層選擇主要依據(jù)實際開采過程中保護層煤層煤與瓦斯突出災(zāi)害情況，以及與被保護層之間距離、開采順序等進行煤與瓦斯突出保護層選擇，現(xiàn)目前煤與瓦斯突出保護層選擇方法主要依據(jù)經(jīng)驗，缺少保護層 選擇的地質(zhì)理論依據(jù)，該方法經(jīng)過多年的實際應(yīng)用，為煤與瓦斯突出災(zāi)害防治起到了良好作用，但對于一些礦井而言，沒有現(xiàn)場條件，煤與瓦斯突出保護層選擇存在盲目性，使得煤礦采掘部署在實際生產(chǎn)過程中需重新調(diào)整，造成大量人力、財力浪費，現(xiàn)有技術(shù)中煤與瓦斯突出保護層選擇主要依據(jù)經(jīng)驗，缺少理論依據(jù)。因此急需一種煤與瓦斯突出保護層選擇的方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種煤與瓦斯突出保護層選擇的方法。本發(fā)明的目的是提出一種煤與瓦斯突出保護層選擇的方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供的一種煤與瓦斯突出保護層選擇方法，包括以下步驟SI :獲取煤系地層沉積體系信息和煤系地層剖面發(fā)育信息，并進行層序地層劃分，從而確定出煤系地層不同段層序地層單元；S2 :獲取煤系地層沉積環(huán)境信息和層序地層演化信息，確定煤系地層巖層特征；S3 :獲取層序地層單元不同位置的煤層賦存信息；S4 :確定整體區(qū)域的煤層瓦斯賦存信息和煤層煤與瓦斯突出信息；S5 :根據(jù)煤系地層層序地層劃分情況確定不同煤層煤與瓦斯突出傾向性信息；S6 :獲取地層煤層群分布信息；S7:依據(jù)煤系地層不同煤層煤與瓦斯突出傾向性程度不同選擇煤與瓦斯突出煤層保護層。進一步，還包括以下步驟S8 :計算保護層與被保護層的保護垂距和最小層間距；S9 :確定煤層群中最佳保護層。進一步，所述煤系地層剖面發(fā)育信息包括巖性組合結(jié)構(gòu)、層序類型及其邊界及最大海泛面識別層。進一步，所述煤系地層巖層特征包括巖層性質(zhì)、巖層厚度、巖層間距、煤層厚度以及煤層所處層序體系域位置。進一步，所述最小層間距通過以下公式確定
當(dāng)a < 60。時，H = KM cos a(I)或當(dāng)a 彡 60。時，H = KM sin (a /2) (2)式中H —允許采用的最小層間距，m ；M—保護層的開采厚度，m;a—煤層傾角，度；K —頂板管理系數(shù)，冒落法管理頂板時，K取10，充填 法管理頂板時，K取6。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明針對煤與瓦斯突出保護層選擇主要依據(jù)經(jīng)驗、缺少理論依據(jù)等問題，采用沉積學(xué)、層序地層學(xué)理論，通過分析煤系地層巖層性質(zhì)、巖層厚度、巖層間距、煤層厚度以及煤層所處層序體系域位置，采用同一地質(zhì)構(gòu)造條件下，越靠近海侵體系域最大海(湖)泛面位置煤層瓦斯賦存量越大(頂?shù)装迨規(guī)r煤層除外)、煤層煤與瓦斯突出傾向性越大特征進行煤層瓦斯賦存、煤與瓦斯突出傾向性分析，進行煤與瓦斯突出保護層理論選擇。該發(fā)明完善了煤與瓦斯突出保護層選擇依據(jù)，減小了基建礦井煤與瓦斯突出保護層選擇盲目性問題，降低了煤礦采掘部署重新調(diào)整問題。本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標和其它優(yōu)點可以通過下面的說明書，權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中圖I為本發(fā)明實施例提供的煤與瓦斯突出保護層選擇方法流程圖A ；圖2為本發(fā)明實施例提供的煤與瓦斯突出保護層選擇方法流程圖B。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。圖I為本發(fā)明實施例提供的煤與瓦斯突出保護層選擇方法流程圖A，如圖所示本發(fā)明提供的在現(xiàn)有嵌入式設(shè)備上實現(xiàn)可信嵌入式系統(tǒng)的裝置，包括以下步驟SI :根據(jù)沉積學(xué)、層序地層學(xué)研究成果可知，煤系地層特征受控于淺海一障壁海岸、淺海一無障壁海岸、三角洲、河流、湖泊和沖積扇等沉積體系。針對某一沉積體系，根據(jù)煤系地層剖面發(fā)育的巖性組合結(jié)構(gòu)、層序類型及其邊界及最大海泛面識別層進行層序地層劃分，確定出煤系地層不同段層序地層單元。S2:首先針對礦井區(qū)域，分析煤系地層巖層組合特征，依據(jù)巖層特征分析沉積環(huán)境及沉積微相，依據(jù)結(jié)果進行層序地層劃分，在了解煤系地層沉積環(huán)境、層序地層演化基礎(chǔ)上，分析煤系地層巖層性質(zhì)、巖層厚度、巖層間距、煤層厚度以及煤層所處層序體系域位置。煤系地層可劃分為不同程度層序地層單元，層序地層單元(旋回)不同位置煤層賦存不同，層序地層不同位置巖層粒度、巖層性質(zhì)、煤層厚度不同，越靠近海侵體系域最大海泛面位置，巖層粒度越小，且?guī)r層性質(zhì)多為泥巖、頁巖及灰?guī)r等，煤層厚度越厚。S3 :依據(jù)理論分析、鄰近礦井情況，分析研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征、煤層煤質(zhì)及瓦斯情況，整體判定研究區(qū)域煤層瓦斯賦存情況、煤層煤與瓦斯突出情況，再利用煤系地層層序地層劃分情況進行不同煤層煤與瓦斯突出傾向性分析，一般越靠近海侵體系域最大海(湖)泛面位置煤層瓦斯賦存量越大(頂?shù)装迨規(guī)r煤層除外)，煤層煤與瓦斯突出傾向性越大。S4:依據(jù)煤系地層煤層群分布情況，一般具有下行式、上行式和混合式等開采方法，礦井開采工作根據(jù)巖層控制理論中的采動影響關(guān)系等具體選用，目的是保證安全均衡生廣且有利于提聞礦井技術(shù)經(jīng)濟指標。)S5:依據(jù)煤系地層不同煤層煤與瓦斯突出傾向性程度不 同選擇煤與瓦斯突出煤層保護層。)S6 :根據(jù)煤層開采順序優(yōu)先選擇上保護層，在選擇下保護層時，不得破壞被保護層的開采條件，根據(jù)巖層控制理論中的巖層破斷范圍進行保護層與被保護層保護垂距、最小層間距計算，一般保護層與被保護層之間的最大保護垂距、開采下保護層的最小層間距參照《防治煤與瓦斯規(guī)定》相關(guān)規(guī)定。當(dāng)煤層群中有幾個煤層都可作為保護層時，綜合比較分析，選擇開采保護效果最好的煤層。選擇保護層盡量考慮煤層開采價值。圖2為本發(fā)明實施例提供的煤與瓦斯突出保護層選擇方法流程圖B，如圖所示本發(fā)明提供的在現(xiàn)有嵌入式設(shè)備上實現(xiàn)可信嵌入式系統(tǒng)的裝置，包括以下步驟SI :獲取煤系地層沉積體系信息和煤系地層剖面發(fā)育信息，并進行層序地層劃分，從而確定出煤系地層不同段層序地層單元；S2 :獲取煤系地層沉積環(huán)境信息和層序地層演化信息，確定煤系地層巖層特征；S3 :獲取層序地層單元不同位置的煤層賦存信息；S4 :確定整體區(qū)域的煤層瓦斯賦存信息和煤層煤與瓦斯突出信息；S5 :根據(jù)煤系地層層序地層劃分情況確定不同煤層煤與瓦斯突出傾向性信息；S6 :獲取地層煤層群分布信息；S7:依據(jù)煤系地層不同煤層煤與瓦斯突出傾向性程度不同選擇煤與瓦斯突出煤層保護層。S8 :計算保護層與被保護層的保護垂距和最小層間距；S9 :確定煤層群中最佳保護層。所述煤系地層剖面發(fā)育信息包括巖性組合結(jié)構(gòu)、層序類型及其邊界及最大海泛面識別層。所述煤系地層巖層特征包括巖層性質(zhì)、巖層厚度、巖層間距、煤層厚度以及煤層所處層序體系域位置。所述最小層間距通過以下公式確定當(dāng)a < 60。時，H = KM cos a(I)或當(dāng)a 彡 60。時，H = KM sin (a /2) (2)式中H —允許采用的最小層間距，m ；M—保護層的開采厚度，m;a—煤層傾角，度；
K 一頂板管理系數(shù)，冒落法管理頂板時，K取10，充填法管理頂板時，K取6。現(xiàn)以水城礦區(qū)汪家寨煤礦為例，說明煤與瓦斯突出保護層選擇
具體實施例方式SI :井田內(nèi)開采上二疊統(tǒng)宣威組煤系，根據(jù)沉積學(xué)、層序地層學(xué)分析可知，煤系地層屬于三角洲沉積體系，該煤系地層分上、中、下三個煤組，含煤30余層，可采及局部可采
11層:1#、4#、7#、8#、11#、12#、13#、14-1#、14-2#、17#、28#，礦井目前主要開采 1#、7#、8#、11# 煤層。根據(jù)水城礦區(qū)汪家寨煤礦煤系地層層序地層劃分，汪家寨煤礦含煤地層(宣威組)按層序地層學(xué)劃分可分為兩個層序。
層序I :從玄武巖頂部至11#煤層頂部泥質(zhì)砂巖和泥巖。層序I只有海侵體系域和高水位體系域。海侵體系域，即在相對海平面上升速率較大的環(huán)境下形成的退積層序。在海平面總體上升過程中，海平面多次反復(fù)快速升降，造成煤層多次沉積并保存；煤層為沼澤相沉積，海平面的快速升降使得煤層得以完整保存。汪家寨煤礦層序I海侵體系域全區(qū)發(fā)育，主要由三角洲間灣、三角洲平原沼澤、濱岸砂體濱淺海相砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖等組成。蛾眉山玄武巖噴發(fā)以后，海侵初期，海水迅速上升，可容空間增加，沉積了一套綠灰色凝灰質(zhì)角礫巖，隨后沉積了 C101a、C101b、C101c煤層，拉斑玄武巖二次噴發(fā)，之上沉積了灰黑色玄武巖角礫巖，相對海平面繼續(xù)以較快速率上升，隨著海平面激烈的升降波動沉積了 26# — 11#煤層，隨著海侵不斷擴大煤層具有逐層增厚的趨勢，11#煤層為該層序內(nèi)最厚，為最大海泛面時期。高水位體系域為相對海平面上升后期且海平面上升速率降低時形成，由早期加積和晚期進積形成的。高水位體系域時期，濱岸線不斷向盆地中央推進，沉積物向上粒度不斷變粗，其頂界為層序邊界，主要以瀉湖相泥巖和泥質(zhì)砂巖為主。層序II :從層序I頂部至1#煤層頂板。層序II只有海侵體系域。在沉積了層序I后，海平面下降，沉積短暫間斷后立刻進入了層序II海侵體系域，是在相對海平面上升速率較大的環(huán)境下形成的退積層序，巖石顆粒呈正粒序由粗到細，海平面上升；在海平面總體上升過程中，海平面多次反復(fù)快速升降，造成煤層多次沉積并保存。汪家寨煤礦層序II海侵過程中又可劃分出兩個次級旋回即從10#煤層一7#煤層為一個旋回，6#煤層一1#煤層為另一個旋回。汪家寨煤礦層序II海侵體系域全區(qū)發(fā)育，主要由三角洲間灣、三角洲平原沼澤、濱岸砂體濱淺海相砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖等組成。海侵前半期，10# — 7#煤層由薄至厚發(fā)育，后半期6# — 1#煤層由薄至厚發(fā)育，1#煤層為該層序內(nèi)最厚，為最大海泛面，1#煤層頂部為層序II頂界面，是不整合界面。S2:首先針對礦井區(qū)域，分析煤系地層巖層組合特征，依據(jù)巖層特征分析沉積環(huán)境及沉積微相，依據(jù)結(jié)果進行層序地層劃分，在了解煤系地層沉積環(huán)境、層序地層演化基礎(chǔ)上，分析煤系地層巖層性質(zhì)、巖層厚度、巖層間距、煤層厚度以及煤層所處層序體系域位置。煤系地層可劃分為不同程度層序地層單元，層序地層單元(旋回)不同位置煤層賦存不同，層序地層不同位置巖層粒度、巖層性質(zhì)、煤層厚度不同，越靠近海侵體系域最大海泛面位置，巖層粒度越小，且?guī)r層性質(zhì)多為泥巖、頁巖及灰?guī)r等，煤層厚度越厚。根據(jù)水城礦區(qū)汪家寨煤礦層序地層劃分可知，1#、11#煤層各自位于其層序地層的最大海泛面位置，煤層最厚。1#頂板為生物碎屑泥質(zhì)灰?guī)r，底板以粘土巖為主，其次為泥巖、粉砂巖或細砂巖。11#頂板為細砂巖、薄層狀粉砂巖、泥巖，底板以粘土巖為主，其次為粉砂巖或細砂巖。S3 :依據(jù)理論分析、鄰近礦井情況，分析研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征、煤層煤質(zhì)及瓦斯情況，整體判定研究區(qū)域煤層瓦斯賦存情況、煤層煤與瓦斯突出情況，再利用煤系地層層序地層劃分情況進行不同煤層煤與瓦斯突出傾向性分析，一般越靠近海侵體系域最大海(湖)泛面位置煤層瓦斯賦存量越大(頂?shù)装迨規(guī)r煤層除外)，煤層煤與瓦斯突出傾向性越大。根據(jù)層序地層學(xué)分析，預(yù)測11#煤層整體煤與瓦斯突出傾向性最大，1#煤層整體次之，7#、8#煤層整體相對最小。在符合《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》情況下，煤與瓦斯突出傾向性相對較小煤層都可作為較大煤層保護層。S4:依據(jù)煤系地層煤層群分布情況，一般具有下行式、上行式和混合式等開采方法，礦井開采工作根據(jù)巖層控制理論中的采動影響關(guān)系等具體選用，目的是保證安全均衡生產(chǎn)且有利于提高礦井技術(shù)經(jīng)濟指標。汪家寨礦井可采及局部可采煤層為1#、4#、7#、8#、11#、12#、13#、14-1#、14-2#、17#、28#， 主采 1#、7#、8#、11# 煤層。S5:依據(jù)煤系地層不同煤層煤與瓦斯突出傾向性程度不同選擇煤與瓦斯突出煤層保護層。根據(jù)層序地層分析可知，1#、7#、8#都可作為11#煤層保護層。S6 :根據(jù)煤層開采順序優(yōu)先選擇上保護層，在選擇下保護層時，不得破壞被保護層的開采條件，根據(jù)巖層控制理論中的巖層破斷范圍進行保護層與被保護層保護垂距、最小層間距計算，一般保護層與被保護層之間的最大保護垂距見表1，開采下保護層時，不破壞上部被保護層的最小層間距離可參用式(I)或式(2)確定當(dāng)a < 60。時，H = KM cos a(I)當(dāng)a 彡 60。時，H = KM sin (a /2) (2)式中H —允許采用的最小層間距，m ；M—保護層的開采厚度，m;a—煤層傾角，度；K 一頂板管理系數(shù)。冒落法管理頂板時，K取10，充填法管理頂板時，K取6。當(dāng)煤層群中有幾個煤層都可作為保護層時，綜合比較分析，選擇開采保護效果最好的煤層。選擇保護層盡量考慮煤層開采價值。從建井至今，礦井共發(fā)生煤與瓦斯突出20多次，分別發(fā)生在11#、12#、13#、14-1#、14-2#煤層，其中11#煤層發(fā)生突出次數(shù)最多。由現(xiàn)場實際開采情況可知，非突出或相對突出傾向性較小煤層都可作為保護層，結(jié)合開拓開采情況，此研究選擇7#煤層作為11 #煤層保護層。結(jié)合保護層地質(zhì)理論分析結(jié)果、保護層選擇影響因素等，取汪家寨煤礦的開采深度為600m左右，工作面長度為150m，7 #煤層開采厚度I. 44m。經(jīng)計算上保護層的最大有效層間垂距為55m，測算值大于7#煤層到11#煤層的實際層間垂距36. 07m ;相對層間距(平均層間距與保護層采高之比)為24. 31，小于國內(nèi)外公認的75。由此可見，在上保護層7 #煤層開采后，保護11 #煤層應(yīng)是有效的。并進行了現(xiàn)場考察驗證，證明選擇7 #煤層作為11 #煤層保護層是合理的。表I保護層與被保護層之間的最大保護垂距
最大保護垂距(m)
煤層類別 --上保護層下保護層
急傾斜煤層<60<80
緩傾斜和傾斜煤層<50<100以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各 種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種煤與瓦斯突出保護層選擇方法，其特征在于包括以下步驟 Si:獲取煤系地層沉積體系信息和煤系地層剖面發(fā)育信息，并進行層序地層劃分，從而確定出煤系地層不同段層序地層單元； 52:獲取煤系地層沉積環(huán)境信息和層序地層演化信息，確定煤系地層巖層特征； 53:獲取層序地層單元不同位置的煤層賦存信息； 54:確定整體區(qū)域的煤層瓦斯賦存信息和煤層煤與瓦斯突出信息； 55:根據(jù)煤系地層層序地層劃分情況確定不同煤層煤與瓦斯突出傾向性信息； 56:獲取地層煤層群分布信息； S7:依據(jù)煤系地層不同煤層煤與瓦斯突出傾向性程度不同選擇煤與瓦斯突出煤層保護層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤與瓦斯突出保護層選擇方法，其特征在于還包括以下步驟 58:計算保護層與被保護層的保護垂距和最小層間距； 59:確定煤層群中最佳保護層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤與瓦斯突出保護層選擇方法，其特征在于所述煤系地層剖面發(fā)育信息包括巖性組合結(jié)構(gòu)、層序類型及其邊界及最大海泛面識別層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤與瓦斯突出保護層選擇方法，其特征在于所述煤系地層巖層特征包括巖層性質(zhì)、巖層厚度、巖層間距、煤層厚度以及煤層所處層序體系域位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤與瓦斯突出保護層選擇方法，其特征在于所述最小層間距通過以下公式確定 當(dāng) a <60。時，H = KM cos a(I) 或 當(dāng) a 彡60。時，H = KKM sin (a /2) (2) 式中H —允許采用的最小層間距，m ； M 一保護層的開采厚度，m ; a —煤層傾角，度； K ー頂板管理系數(shù)，冒落法管理頂板吋，K取10，充填法管理頂板吋，K取6。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤與瓦斯突出保護層選擇方法，針對煤與瓦斯突出保護層選擇主要依據(jù)經(jīng)驗、缺少理論依據(jù)等問題，采用沉積學(xué)、層序地層學(xué)理論，通過分析煤系地層巖層性質(zhì)、巖層厚度、巖層間距、煤層厚度以及煤層所處層序體系域位置，采用同一地質(zhì)構(gòu)造條件下，越靠近海侵體系域最大海(湖)泛面位置煤層瓦斯賦存量越大(頂?shù)装迨規(guī)r煤層除外)、煤層煤與瓦斯突出傾向性越大特征進行煤層瓦斯賦存、煤與瓦斯突出傾向性分析，進行煤與瓦斯突出保護層理論選擇。該發(fā)明完善了煤與瓦斯突出保護層選擇依據(jù)，減小了基建礦井煤與瓦斯突出保護層選擇盲目性問題，降低了煤礦采掘部署重新調(diào)整問題。
文檔編號E21C41/16GK102767372SQ20121025124
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者唐韓英, 崔俊飛, 張慶華, 張軼, 文光才, 林輝欽, 王麒翔, 胡千庭, 董國偉, 覃木廣, 趙旭生, 鄧敢愽, 鄒云龍, 鄒銀輝 申請人:中煤科工集團重慶研究院