急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法
【專利摘要】針對建(構(gòu))筑物下急傾斜深部壓煤范圍大、傳統(tǒng)的傾向條帶方法采出率低、生產(chǎn)效率低的問題，本發(fā)明公開一種急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法。以建(構(gòu))筑物群保護(hù)煤柱為中心，將傾角大于45°的急傾斜煤層按開采水平、沿煤層走向劃分多個塊段式采區(qū)，布置開采塊段和條帶煤柱。依據(jù)非充分開采沉陷原理和煤柱穩(wěn)定性要求，確定塊段式采區(qū)的寬度和傾向條帶煤柱寬度，在采區(qū)內(nèi)布置多個俯偽斜工作面。采區(qū)內(nèi)進(jìn)行自上而下、切眼平齊、多工作面聯(lián)合回采，采區(qū)之間采取跳采區(qū)間歇布置、跨采區(qū)協(xié)調(diào)開采。本發(fā)明能平衡煤柱開采各階段的沉陷影響，控制地表移動變形，既提高了保護(hù)煤柱的回收率，又提高了生產(chǎn)效率，對煤層傾角有更好的適合性。
【專利說明】急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤層開采方法，特別涉及一種急傾斜煤層巖層移動控制的深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法。
技術(shù)背景
[0002]隨著急傾斜煤層開采深部化，我國急傾斜礦井三下壓煤問題日益嚴(yán)重。如北京木城澗煤礦大臺井，侏羅系煤層傾角45?88°，開采深度大于500m?？刹擅簩?個，涉及地面受護(hù)對象種類多，結(jié)構(gòu)差別大，村莊、鐵路、井筒與工業(yè)廣場壓壓煤達(dá)1100萬噸，占礦井總儲量的三分之一。
[0003]為了保證井上下保護(hù)對象的安全，大臺井要求本區(qū)煤柱開采對地面一般建(構(gòu))筑物的影響不超過II級破壞；井筒、生產(chǎn)設(shè)備、鐵路等工業(yè)設(shè)施設(shè)備滿足《建筑物、鐵路、水體及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》(簡稱三下采煤規(guī)程)的保護(hù)要求。
[0004]而大臺井采用的是俯偽斜走向長壁采煤法，工作面兩側(cè)順槽的偽傾角約25°。如果留設(shè)傾斜煤柱，必將減小工作面走向推進(jìn)長度，降低生產(chǎn)效率，提高巷道掘進(jìn)率，這對于保證礦井的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益極其不利，這也是該礦在八十年代條帶法試采不成功的主要原因。同樣，留設(shè)走向條帶也存在上述不利因素，同時會極大地影響條帶煤柱的穩(wěn)定性。
[0005]又如開灤馬家溝礦井田范圍內(nèi)廠企和村莊下急傾斜深部壓煤嚴(yán)重，僅耿家營、開平鎮(zhèn)就壓煤536.1萬噸，還涉及半鋼集團(tuán)和鴻達(dá)集團(tuán)的采動影響，建筑物下深部開采已成為關(guān)乎本礦生存和長遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題。
[0006]資源滯壓造成礦井生產(chǎn)接替緊張，嚴(yán)重制約企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。如果采用傳統(tǒng)的傾斜窄條帶法開采，進(jìn)行單一采區(qū)布置，不僅采出率低、生產(chǎn)效率低、掘進(jìn)率高；而且會帶來變形分布不均、礦壓集中等問題。
[0007]過去幾十年來，我國建筑物下采煤主要采取條帶法開采、長壁大面積協(xié)調(diào)開采、充填開采、建(構(gòu))筑物加固技術(shù)等。條帶開采應(yīng)用簡便，減沉效果好，在我國得到廣泛應(yīng)用。條帶采煤法的實(shí)質(zhì)是將開采煤層按一定的尺寸劃分留設(shè)煤柱和開采空間，用留設(shè)的煤柱來支撐煤層的上覆巖層，控制地表的移動和變形。實(shí)踐表明，條帶采煤法同全采方法相比，采出率雖然低一些，但它能大幅度降低地表的下沉值和變形值，特別是煤層上覆巖層中有較厚堅硬巖層，煤層底板巖層也較堅硬時，控制效果就更加明顯。
[0008]常規(guī)條帶開采可分為傾向條帶和走向條帶兩種布置方式。傾向條帶就是條帶長軸沿煤層傾斜方向布置，其特點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，煤柱的穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是工作面搬家次數(shù)頻繁。走向條帶是指條帶煤柱的長軸沿煤層的走向布置，適應(yīng)于煤層傾角較小的煤層，其優(yōu)點(diǎn)是解決了工作面搬家次數(shù)頻繁的問題，但增加了巷道的掘進(jìn)率。
[0009]在急傾斜煤層開米條件下，由于煤層傾角較大，巖石重力方向與巖石層面所成的夾角變小，使上覆巖層荷載垂直巖石層面的分量減小，平行于巖石層面的分量大大增加，煤柱的受力狀態(tài)與緩傾斜開采條件完全不同。在急傾斜煤層群開采條件下，不同煤層煤柱之間的相互作用能力減小，煤層群之間相互影響產(chǎn)生的應(yīng)力集中效應(yīng)減弱，就有可能同時開采更多煤層而不對煤柱的穩(wěn)定性造成較大破壞。因此，進(jìn)行急傾斜煤層群煤柱開采，條帶煤柱留設(shè)需要考慮的問題更加復(fù)雜，對頂?shù)装鍘r層移動實(shí)施控制的技術(shù)難度更大。
[0010]綜上所述，應(yīng)綜合考慮煤柱開采問題，加大條帶采寬，創(chuàng)新開采與布置方法。針對建(構(gòu))筑物下急傾斜深部壓煤范圍大、傳統(tǒng)的傾向條帶方法采出率低、生產(chǎn)效率低的問題，本發(fā)明公開一種急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對煤層傾角大于45°的急傾斜煤層，提供一種能夠有效地控制巖層與地表的移動和變形、能夠減小采動損害，并且提高煤炭回收率的巖層移動控制的急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法。
[0012]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，以建(構(gòu))筑物群保護(hù)煤柱為中心，將傾角大于45°的急傾斜煤層按開采水平、沿煤層走向劃分多個塊段式采區(qū)，在塊段式采取內(nèi)布置開采塊段和傾向條帶煤柱；依據(jù)非充分開采沉陷原理和煤柱穩(wěn)定性要求，確定塊段式采區(qū)的寬度和傾向條帶煤柱寬度，在采區(qū)內(nèi)布置多個俯偽斜工作面；采區(qū)內(nèi)進(jìn)行自上而下、切眼平齊、多工作面聯(lián)合回采，采區(qū)之間采取跳采區(qū)間歇布置、跨采區(qū)協(xié)調(diào)開采。
[0013]上述急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，每個開采水平的垂高為100米，上下開采水平之間的傾向條帶煤柱中心對齊。
[0014]上述急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，每個開采水平的垂高為100米，進(jìn)行多采區(qū)聯(lián)合布置，實(shí)行跳采區(qū)間歇布置、跨采區(qū)協(xié)調(diào)開采；煤層局部區(qū)域可跨兩個水平布設(shè)工作面。
[0015]上述急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，傾向條帶煤柱的寬度對煤柱的穩(wěn)定性和對巖層控制效果影響大。在急傾斜煤層開米條件下，巖石重力方向與巖石層面所成的夾角變小，使 上覆巖層荷載沿巖層法向的分量減小，切向分量大大增加，緩傾斜開采條帶煤柱設(shè)計常用的極限強(qiáng)度理論不再適用于急傾斜煤柱的穩(wěn)定性分析。本發(fā)明在進(jìn)行大量實(shí)驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)出中硬圍巖條件下條帶煤柱寬度設(shè)計公式:傾向條帶煤柱寬
度的最小尺寸為
【權(quán)利要求】
1.急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，其特征在于，以建筑物群或構(gòu)筑物群的保護(hù)煤柱為中心，將傾角大于45°的急傾斜煤層按開采水平、沿煤層走向劃分多個塊段式采區(qū)，在塊段式采區(qū)內(nèi)布置開采塊段和傾向條帶煤柱；依據(jù)非充分開采沉陷原理和煤柱穩(wěn)定性要求，確定塊段式采區(qū)的寬度和傾向條帶煤柱寬度，在采區(qū)內(nèi)布置多個俯偽斜工作面；采區(qū)內(nèi)進(jìn)行自上而下、切眼平齊、多工作面聯(lián)合回采，采區(qū)之間采取跳采區(qū)間歇布置、跨采區(qū)協(xié)調(diào)開采。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，其特征在于，每個開采水平的垂高為100米，上下開采水平之間的傾向條帶煤柱中心對齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，其特征在于，每個開采水平的垂高為100米，進(jìn)行多采區(qū)聯(lián)合布置，實(shí)行跳采區(qū)間歇布置、跨采區(qū)協(xié)調(diào)開采；煤層局部區(qū)域跨兩個水平布設(shè)工作面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，其特征在于，對于中硬巖層，傾向條帶煤柱寬度的最小尺寸為+ 其中:H為采深，M為煤厚，H和M的單位為米；傾向條帶煤柱寬度是指沿煤層走向的寬度，單位為米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，其特征在于，對于中硬巖層來說，塊段式采區(qū)寬度的最大尺寸為
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，其特征在于，采區(qū)之間采取跳采區(qū)間歇布置、跨采區(qū)協(xié)調(diào)開采；即開采順序的安排是:先隔一個采區(qū)跳采一個采區(qū)，然后回采其余采區(qū)，采區(qū)內(nèi)的工作面按自上而下的順序推進(jìn)、當(dāng)上工作面推進(jìn)到與下工作面切眼平齊時，上下工作面進(jìn)行同步聯(lián)合回采。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，其特征在于，在多煤層情況下，根據(jù)每個煤層與受保護(hù)建筑物群或構(gòu)筑物群的距離，按先遠(yuǎn)后近順序，進(jìn)行同水平逐層煤回采；如果同一采區(qū)必須進(jìn)行兩層煤同時開采，則同時開采的兩層煤之間最小間距應(yīng)滿足下式:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的急傾斜煤層深部跨采區(qū)塊段式傾向條帶協(xié)調(diào)開采方法，其特征在于，當(dāng)兩層煤之間距離小于D時，應(yīng)先開采上部煤層，即先開采與受保護(hù)建筑物群或構(gòu)筑物群距離較小的煤層。
【文檔編號】E21C41/16GK103628876SQ201310542776
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】戴華陽, 馬植勝, 王明立, 王忠武, 閻躍觀, 胡炳南, 田秀國, 李培現(xiàn), 郭俊廷, 廖孟光 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京), 北京昊華能源股份有限公司, 天地科技股份有限公司