一種通過(guò)觀測(cè)充填敏感層變化指導(dǎo)充填開(kāi)采的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及充填采煤技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)大規(guī)模的煤炭開(kāi)發(fā)致使簡(jiǎn)單易采資源急劇減少，煤炭開(kāi)采條件日趨復(fù)雜，“三下”壓煤開(kāi)采和安全開(kāi)采問(wèn)題尤為突出，我國(guó)當(dāng)前生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)也要求通過(guò)科技創(chuàng)新合理地開(kāi)發(fā)利用煤炭資源。由于充填采煤可以減輕巖層移動(dòng)變形程度、有效控制地表沉降、消除采空區(qū)安全隱患，從而成為礦山巖層控制領(lǐng)域研宄的重點(diǎn)。
[0003]經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐與探索，煤礦充填開(kāi)采技術(shù)發(fā)展日臻成熟，具備了充填關(guān)鍵裝備制造、充填材料介質(zhì)選擇和配比、充填系統(tǒng)和工藝設(shè)計(jì)等能力，達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化水平，并得到了廣泛的推廣應(yīng)用。但是，煤礦充填開(kāi)采仍存在一些問(wèn)題，最主要的問(wèn)題就是充填開(kāi)采存在盲目性。充填開(kāi)采的目的是為了控制巖層移動(dòng)變形從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的保護(hù)，而不同的保護(hù)對(duì)象，其保護(hù)等級(jí)不同，所需的充填效果不同，相應(yīng)的填充物的充填率也就不同，現(xiàn)今煤礦充填開(kāi)采只是充填而不考慮上覆巖層的巖性及保護(hù)對(duì)象，造成了一些不必要的浪費(fèi)。在煤礦形勢(shì)如此嚴(yán)峻的今天，如何判斷充填質(zhì)量和效果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，做到以最小的充填率有效控制巖層運(yùn)動(dòng)，最大化地降低充填成本，提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益已成為煤礦充填開(kāi)采必須面對(duì)的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種通過(guò)觀測(cè)充填敏感層變化指導(dǎo)充填開(kāi)采的工藝方法，能夠預(yù)測(cè)充填敏感層變化與地表保護(hù)對(duì)象及充填體充實(shí)度之間的關(guān)系，有效指導(dǎo)充填開(kāi)采，以最小的充填率有效控制巖層運(yùn)動(dòng)，最大化地降低充填成本，提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種通過(guò)觀測(cè)充填敏感層變化指導(dǎo)充填開(kāi)采的工藝方法，包括如下步驟:
(O利用物探及鉆探技術(shù)分析確定充填采煤工作面上方充填敏感層的位置及巖性，確定充填敏感層的巖石力學(xué)參數(shù)，建立充填敏感層的本構(gòu)關(guān)系；
(2)根據(jù)充填敏感層的非線性彈性變形本構(gòu)關(guān)系，建立充填采煤數(shù)值分析模型、相似材料模擬分析模型，根據(jù)充填采煤數(shù)值分析模型和相似材料模擬分析模型預(yù)測(cè)充填敏感層變化與地表保護(hù)對(duì)象及充填體充實(shí)率之間的關(guān)系，確定在滿足地表保護(hù)對(duì)象所要求的充填效果時(shí)充填敏感層的最大下沉量；
(3)利用微震技術(shù)實(shí)時(shí)觀測(cè)充填開(kāi)采過(guò)程中充填敏感層的變化，根據(jù)充填敏感層的變化及時(shí)指導(dǎo)充填開(kāi)采，確保填充物的充實(shí)率能夠滿足充填敏感層下沉量在計(jì)算確定的最大值之內(nèi)。
[0006]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(I)中巖石力學(xué)參數(shù)包括容重、體積模量、切邊模量、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、以及敏感層巖石飽和單軸抗拉、抗壓強(qiáng)度參數(shù)。
[0007]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(3)中利用微震技術(shù)實(shí)時(shí)觀測(cè)充填敏感層變化，具體為將微震監(jiān)測(cè)設(shè)備按照滾動(dòng)式布置方式均勻布置于充填敏感層之內(nèi)或附近，且保證位于充填工作面和充填區(qū)正上方，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充填敏感層的變化，確保填充物的充實(shí)率能夠滿足充填敏感層下沉量在計(jì)算確定的最大值之內(nèi)。
[0008]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明能夠預(yù)測(cè)充填敏感層變化與地表保護(hù)對(duì)象及充填體充實(shí)率之間的關(guān)系，有效指導(dǎo)充填開(kāi)采，以最小的充填率有效控制巖層運(yùn)動(dòng)，最大化地降低充填成本，提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益；引入了充填敏感層的概念和微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)微震技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)充填敏感層變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)充填效果的控制，將充填采煤推向了精細(xì)化、科學(xué)化，以最小的經(jīng)濟(jì)代價(jià)滿足生態(tài)環(huán)境和保護(hù)對(duì)象的充填需求，實(shí)現(xiàn)充填采煤技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的技術(shù)路線圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的示意圖，其中1、2、3、4、5和6為布置于充填敏感層之內(nèi)的微震檢測(cè)設(shè)備(檢波器)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0011]如圖1所示，一種通過(guò)觀測(cè)充填敏感層變化指導(dǎo)充填開(kāi)采的工藝方法的具體實(shí)施步驟:
(1)利用鉆探和物探手段對(duì)某一煤礦地質(zhì)構(gòu)造主要是充填敏感層進(jìn)行精細(xì)勘察，確定充填敏感層的位置，通過(guò)鉆探對(duì)充填敏感層進(jìn)行巖芯取樣，在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行試驗(yàn)進(jìn)而確定充填敏感層的力學(xué)參數(shù)，具體包括容重、體積模量、切邊模量、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、以及敏感層巖石飽和單軸抗拉、抗壓強(qiáng)度參數(shù)，建立充填敏感層的本構(gòu)關(guān)系，為下一步數(shù)值模擬及相似材料模擬提供基礎(chǔ)的地質(zhì)數(shù)據(jù)；充填敏感層即能夠及時(shí)反應(yīng)充填質(zhì)量和效果的巖層，其具有厚度薄、巖性脆、強(qiáng)度低、變形快的特點(diǎn)；
(2)根據(jù)步驟(I)中所得參數(shù)建立充填采煤數(shù)值分析模型、相似材料模擬分析模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)室相似材料模擬手段分析確定煤層充填開(kāi)采時(shí)充填敏感層的下沉量，確定該礦井充填保護(hù)對(duì)象在不被破壞的情況下，充填敏感層的最大下沉量；
(3)如圖2所示，通過(guò)打鉆將微震監(jiān)測(cè)設(shè)備(檢波器)按照滾動(dòng)式布置方式均勻布置于充填敏感層之內(nèi)或附近，且保證其位于充填工作面和充填區(qū)正上方，隨著工作面的推進(jìn)，充填敏感層會(huì)受采動(dòng)影響而發(fā)生變化，產(chǎn)生微小震動(dòng)，檢波器收集這些震動(dòng)波，進(jìn)而傳輸給采集站，計(jì)算機(jī)根據(jù)這些震動(dòng)波分析反演確定充填敏感層的變化，在充填敏感層下沉量超過(guò)上述理論值時(shí)及時(shí)提高充填體的充實(shí)率、加大支架后部推壓裝置給充填體的壓實(shí)力，從而保證充填效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種通過(guò)觀測(cè)充填敏感層變化指導(dǎo)充填開(kāi)采的工藝方法，其特征在于包括如下步驟: (1)利用物探及鉆探技術(shù)分析確定充填采煤工作面上方充填敏感層的位置及巖性，確定充填敏感層的巖石力學(xué)參數(shù)，建立充填敏感層的本構(gòu)關(guān)系； (2)根據(jù)充填敏感層的非線性彈性變形本構(gòu)關(guān)系，建立充填采煤數(shù)值分析模型、相似材料模擬分析模型，根據(jù)充填采煤數(shù)值分析模型和相似材料模擬分析模型預(yù)測(cè)充填敏感層變化與地表保護(hù)對(duì)象及充填體充實(shí)率之間的關(guān)系，確定在滿足地表保護(hù)對(duì)象所要求的充填效果時(shí)充填敏感層的最大下沉量； (3)利用微震技術(shù)實(shí)時(shí)觀測(cè)充填開(kāi)采過(guò)程中充填敏感層的變化，根據(jù)充填敏感層的變化及時(shí)指導(dǎo)充填開(kāi)采，確保填充物的充實(shí)率能夠滿足充填敏感層下沉量在計(jì)算確定的最大值之內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)觀測(cè)充填敏感層變化指導(dǎo)充填開(kāi)采的工藝方法，其特征在于所述步驟(I)中巖石力學(xué)參數(shù)包括容重、體積模量、切邊模量、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、以及敏感層巖石飽和單軸抗拉、抗壓強(qiáng)度參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)觀測(cè)充填敏感層變化指導(dǎo)充填開(kāi)采的工藝方法，其特征在于所述步驟(3)中利用微震技術(shù)實(shí)時(shí)觀測(cè)充填敏感層變化，具體為將微震監(jiān)測(cè)設(shè)備按照滾動(dòng)式布置方式均勻布置于充填敏感層之內(nèi)或附近，且保證位于充填工作面和充填區(qū)正上方，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充填敏感層的變化，確保填充物的充實(shí)率能夠滿足充填敏感層下沉量在計(jì)算確定的最大值之內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)觀測(cè)充填敏感層變化指導(dǎo)充填開(kāi)采的工藝方法，涉及充填開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域；包括：（1）利用物探及鉆探技術(shù)分析確定充填采煤工作面上方充填敏感層的位置及巖性，確定充填敏感層的巖石力學(xué)參數(shù)，建立充填敏感層的構(gòu)關(guān)系；（2）建立充填采煤數(shù)值分析模型、相似材料模擬分析模型，預(yù)測(cè)充填敏感層變化與地表保護(hù)對(duì)象及充填體充實(shí)率之間的關(guān)系，確定在滿足地表保護(hù)對(duì)象所要求的充填效果時(shí)充填敏感層的最大下沉量；（3）利用微震技術(shù)實(shí)時(shí)觀測(cè)充填開(kāi)采過(guò)程中充填敏感層的變化，根據(jù)充填敏感層的變化及時(shí)指導(dǎo)充填開(kāi)采，確保填充物的充實(shí)率能夠滿足充填敏感層下沉量在計(jì)算確定的最大值之內(nèi)。發(fā)明能以最小的充填率有效控制巖層運(yùn)動(dòng)。
【IPC分類】E21C41-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104564075
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510048664
【發(fā)明人】劉建功, 李宗超
【申請(qǐng)人】河北煤炭科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日