一種村莊下壓煤短長壁部分開采方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓煤開采技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種村莊下壓煤短長壁部分開采方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國多煤缺油少氣，煤炭作為國內(nèi)第一大能源，在能源消耗中占63%左右，而且在 未來幾十年內(nèi)，國內(nèi)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)格局不會有太大轉(zhuǎn)變，煤炭工業(yè)的健康發(fā)展關(guān)系 到國家能源安全和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。然而，隨著近年來煤炭資源開采強度的提高，礦井可 采儲量逐年減少，老齡化問題日益加劇，眾多老礦面臨關(guān)井閉坑的窘境。與此同時，大部分 老礦雖然常規(guī)資源捉襟見肘，但"三下"壓煤資源量仍較為可觀，該部分資源的回采因涉及 地面村莊建（構(gòu)）筑物的保護問題而開展甚少。如果關(guān)閉礦井，這部分資源將成為永久損 失，日后再恢復(fù)系統(tǒng)進行開采的成本過高，得不償失；而如果對這部分資源進行開采，常規(guī) 采煤方法勢必破壞地面村莊等建（構(gòu)）筑物。如何解放建（構(gòu)）筑物下壓煤是幾乎所有老 礦十分棘手而又亟待解決的難題。
[0003] 目前國內(nèi)針對"三下"壓煤開采，較為常用的手段為搬迀開采、充填開采與部分開 采等。村莊搬迀難是現(xiàn)實社會的一個普遍問題，其原因比較復(fù)雜，既有城鄉(xiāng)二元土地管理體 制和政策與現(xiàn)實的矛盾方面的原因，也有政府和基層組織或執(zhí)行者方面的原因，同時也有 拆迀雙方對土地所有權(quán)、補償標(biāo)準(zhǔn)、個人利益和成本等方面認(rèn)識上的原因，經(jīng)常的局面就是 村莊搬不動、迀不走，最終影響了礦井的接續(xù)計劃，造成民企兩傷、矛盾升級。充填開采是在 井下采煤的同時向采空區(qū)內(nèi)送入充填介質(zhì)，從而支撐頂板、保護覆巖的一種采煤方法。近年 來充填開采進行了較多的試驗與應(yīng)用，但充填開采的成本問題突出，且短期內(nèi)難以解決，制 約了充填開采技術(shù)的推廣應(yīng)用。部分開采是當(dāng)前煤炭形勢上較為可行的一種技術(shù)手段，可 在保護地表建（構(gòu)）筑物的條件下采出井下部分壓煤資源，使礦井生產(chǎn)得以延續(xù)，一方面為 老礦井的轉(zhuǎn)型發(fā)展留下過渡期，另一方面也盡可能多地采出了煤柱損失資源。
[0004] 條帶開采是常見的部分開采方法，國內(nèi)雖進行了較多的條帶開采試驗與應(yīng)用推 廣，但條帶開采也存在較多的技術(shù)難題：由于工作面長度短，綜采設(shè)備很難投入使用，只能 采用炮采或高檔普采工藝，覆巖擾動大，生產(chǎn)效率低，安全形勢差；同時，由于條帶非充分開 采的特殊性，國內(nèi)普遍實測數(shù)據(jù)較少，尤其是變采留比多個條帶工作面地表移動參數(shù)擬合 十分困難，條帶開采地表移動與變形預(yù)計準(zhǔn)確性較差，部分條帶工作面開采并未起到保護 地表建（構(gòu)）筑物的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種高效、低成本、環(huán)境友好的村莊下壓煤短長 壁部分開米方法。
[0006] 基于上述目的本發(fā)明提供的一種村莊下壓煤短長壁部分開采方法，包括步驟：
[0007] 根據(jù)開采處的巖層性質(zhì)，結(jié)合工作面采煤設(shè)備配套，確定工作面開采寬度極值，得 出工作面開采寬度范圍；
[0008] 根據(jù)上覆巖層深度及覆巖巖性條件，結(jié)合威爾遜理論，確定工作面之間條帶煤柱 留設(shè)寬度的極值，得出條帶煤柱留設(shè)寬度范圍；
[0009] 根據(jù)所述工作面開采寬度范圍和條帶煤柱留設(shè)寬度范圍，利用正交法進行工作面 采寬與煤柱留寬配對形成多個方案，對每個方案進行煤柱穩(wěn)定性檢核與開采沉陷預(yù)計，選 取最優(yōu)方案；
[0010] 根據(jù)先開采建筑物正下方區(qū)域、再向兩側(cè)開采的原則，確定條帶多工作面的開采 順序。
[0011] 優(yōu)選的，還進一步包括步驟：
[0012] 對工作面試驗開采并進行地表沉降與建筑物的移動與變形觀測，修正開采方案， 同時求取每一個條帶工作面的地表移動參數(shù)，總結(jié)得出工作面不同采寬、不同寬深比條件 下小工作面開采地表移動參數(shù)，指導(dǎo)下一步開采工作。
[0013] 優(yōu)選的，工作面開采寬度的確定根據(jù)如下公式：
[0014] b = (1/4 ~1/10) Η
[0015] 式中：b為工作面開采寬度；Η為工作面開采深度。
[0016] 優(yōu)選的，確定工作面之間條帶煤柱留設(shè)寬度的極值的步驟具體包括：
[0017] 根據(jù)威爾遜理論，分別確定淺部煤層和深部煤層的條帶煤柱留設(shè)寬度極值；
[0018] 根據(jù)威爾遜理論，計算條帶煤柱承載能力和條帶煤柱載荷，并得出條帶煤柱安全 系數(shù)；
[0019] 計算地表移動與變形，得出條帶煤柱的最理想寬度。
[0020] 優(yōu)選的，所述確定淺部煤層和深部煤層的條帶煤柱留設(shè)寬度極值的步驟使用如下 公式：
[0022] 式中，Μ為煤層采高；Η為煤層采深；S為煤柱核區(qū)寬度。
[0023] 優(yōu)選的，所述條帶煤柱承載能力Sp、條帶煤柱載荷Ρ、條帶煤柱安全系數(shù)f s的計算 公式為：
[0027] 式中，Sp為煤柱單位面積承載能力；P為煤柱單位面積荷載；γ為覆巖平均容重；Η 為工作面開采深度；a為條帶煤柱寬度；b為工作面開采寬度。
[0028] 優(yōu)選的，所述地表移動與變形的計算公式包括：
[0029] 下沉：
[0031]傾斜：
[0047] 上述式中
為采厚；η為下沉系數(shù)；α為煤層傾 角；b為水平移動系數(shù)；凡為等價開采影響深度；tgi3為主要影響角正切；r為等價計算工 作面的主要影響半徑，r = Hdt/gi3心為等價計算工作面各邊界的直線段；Θ。為開采影響 傳播角(X，y)為沿X方向的傾斜；iy (X，y)為沿y方向的傾斜；KX(X，y)為沿X方向的曲 率；Ky (X，y)為沿y方向的曲率；UX (X，y)為沿X方向的水平移動；Uy (X，y)為沿y方向的水 平移動；ε X(X，y)為沿X方向的水平變形；ε y(x，y)為沿y方向的水平變形。
[0048] 優(yōu)選的，計算所述地表移動與變形時，進一步計算其主值，所述主值的計算公式 為：
[0057] 上述式中，im(x, y)為最大傾斜變形；Um(x, y)為最大水平移動；Kli2(x, y)為最大正 曲率、最大負(fù)曲率；ε li2(x, y)為最大拉伸、最大壓縮變形；勢為最大傾斜方向；％為最大水 平移動方向； ？%：為最大曲率方向；A為最大拉、壓水平變形方向。
[0058] 從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的村莊下壓煤短長壁部分開采方法，相比于現(xiàn) 有技術(shù)具有如下優(yōu)點：
[0059] 1、與常規(guī)長壁式采煤法相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點是開采后引起的圍巖移動量小， 地表沉陷控制效果好，能夠保護地表建（構(gòu)）筑物的使用安全。
[0060] 2、與搬迀開采法相比，本發(fā)明的優(yōu)點是礦方可正常安排采掘接續(xù)，不會造成礦井 接續(xù)緊張的局面，另外，成本相對較低。
[0061] 3、與充填法開采相比，本發(fā)明的優(yōu)點是不改變采煤工藝，生產(chǎn)系統(tǒng)較為簡單，出煤 效率高，前期投資少，成本相對較低，特別適合于當(dāng)前煤炭行情不景氣的條件下村莊下壓煤 資源的回收。同時，待市場回暖后，仍可對條帶煤柱進行充填法復(fù)采。
[0062] 4、與常規(guī)條帶法開采相比，一是可進行條帶多工作面開采的每一個工作面的地表 移動參數(shù)求取，得出不同寬深比條件下小工作面地表移動參數(shù)，地表移動預(yù)計更加準(zhǔn)確；二 是利用小工作面地表移動參數(shù)進行工作面迭加計算，將不同工作面的變形波峰區(qū)與波谷區(qū) 盡量迭加抵消，控制地表變形；三是可以進行工作面最小采寬為30m的綜合機械化開采，大 幅度提高了工作面的采出效率。
【附圖說明】
[0063] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0064] 圖1為本發(fā)明實施例的村莊下壓煤短長壁部分開采方法剖面圖；
[0065] 圖2為本發(fā)明實施例的村莊下壓煤短長壁部分開采方法平面圖；
[0066] 圖3為本發(fā)明實施例中單一工作面（采寬50m)開采后地表主剖面水平變形等值 線圖；
[0067] 圖4為本發(fā)明實施例中兩個工作面（采寬50m)開采后地表主剖面水平變形等值 線圖。
【具體實施方式】
[0068] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。
[0069] 本發(fā)明實施例提供了一種村莊下壓煤短長壁部分開采方法包括步驟：
[0070] 步驟1、根據(jù)開采處的巖層性質(zhì)，結(jié)合工作面采煤設(shè)備配套，確定工作