一种近距离煤层组(群)两带高度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种近距离煤层组(群)两带高度计算方法，其包括：针对水体下采煤，根据煤层间距、下组煤采厚和垮落带高度三者之间的定量关系，对煤层组(群)进行了定义和分类；《三下采煤规程》中近距离煤层组(群)综合采厚公式存在严重漏洞，考虑煤层开采的时空因素，提出新的综合采厚公式；利用已有单一煤层“两带”高度预计公式计算近距离煤层组(群)顶煤层以采厚和目标煤层以综合采厚计算的“两带”高度，而目标煤层最终“两带”高度为两部分的标高最高者。采用本发明专利技术方法，可较准确的对近距离煤层组(群)开采覆岩破坏高度进行预测，填补了三层及以上多煤层“两带”高度预计方法的空白，对煤矿近水体下采煤具有实用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及矿业工程领域，尤其涉及一种近距离煤层组(群)两带高度计算方法。
技术介绍
煤炭是我国目前最重要的一次性能源，然而我国多构造板块多序次的地层结构导致煤田地质条件复杂多样，煤层组(群)位于含水层下的情况十分普遍，比如徐州大屯矿区姚桥煤矿的新东四采区主采的7、8号煤在露头区距离松散层最小煤岩柱仅18m左右；淮北矿业集团海孜煤矿西风井83采区主采8煤、10煤面临着将开采上限提高到-220m(岩柱高度仅有19余米)的技术难题。留设保护煤柱是实现近水体下安全开的主要技术途径，而导水裂缝带和垮落带(简称“两带”)高度是留设保护煤柱至关重要的参数。因此，合理预计近距离煤层组(群)重复采动条件下的“两带”破坏高度对于我国实现水体下高效、安全、绿色开采具有重要意义。然而，国内外学者对于近距离煤层组(群)“两带”发育高度的研究并不透彻，《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(2000年版)(以下简称《三下采煤规程》)中对于近距离煤层组(群)覆岩破坏高度预计的方法存在严重漏洞。《三下采煤规程》附录六“近水体采煤的安全煤岩柱设计方法”第一节第(四)部分的第(2)条是这样规定的：下层煤的垮落带接触到或完全进入上层煤范围内时，上层煤的导水裂缝带最大高度采用本层煤的开采厚度计算，下层煤的导水裂缝带最大高度，则应采用上、下层煤的综合开采厚度计算，取其中标高最高者为两层煤的导水裂缝带最大高度。上、下层煤的综合开采厚度可按以下公式计算。式中，M1——上层煤开采厚度；M2——下层煤开采厚度；h1-2——上、下层煤之间的法线距离；y2——下层煤的垮高与采厚之比。以上规定存在2个漏洞：(1)综合采厚MZ计算公式在某些条件下计算结果不合理近距离煤层组(群)下组煤开采时，综合采厚MZ的计算结果应大于等于即将开采煤层(以下统称为“目标煤层”)单层采厚，从而保证受重复采动覆岩的“两带”发育高度不小于目标煤层按照单一煤层开采计算的结果，以确保安全。而《三下采煤规程》中MZ的计算公式由于“–h1-2/y2”的缘故，在h1-2偏大的情况下，计算结果会出现MZ比目标煤层单层采厚还小的情况，显然是不合理的。以开采2层煤为例，表1为我国某些矿区实际地质资料计算得到的MZ结果。表1综合采厚MZ公式计算结果的合理性情况表由表1可知，当上下两煤层间距h偏小时，MZ计算结果是合理或近似合理的；而当煤层间距h偏大，尤其是h偏大并接近下煤层垮落带高度时，MZ的计算结果是与采厚M1相近的，此时，当M1小于M2较多时，MZ的计算结果明显偏小，是不合理的。当MZ计算结果偏小时，即便按照《三下采煤规程》中“取其中标高最高者为两层煤的导水裂缝带最大高度”原则，计算得到的目标煤层导水裂缝带高度也是偏小的，以案例二中数据的计算结果画出“两带”发育形态，见图1。由图1可以看出，以综合采厚MZ计算的“两带”高度比以采厚M2单独计算结果还小的多，明显不合理，而实际“两带”发育程度可能会更高，这样会导致近距离煤层的“两带”计算高度偏小，造成开采安全性降低。(2)《三下采煤规程》中并没有给出三层煤或更多层煤的“两带”计算方法实践证明，三层或是更多层近距离煤层组(群)的开采也是十分普遍的，比如吉林某矿水体下近距离多煤层开采，需预计矿井4、5、6、7号煤层的“两带”高度以留设防水安全煤岩柱。当三层甚至更多层煤层开采留设安全煤岩柱时，现场技术人员无法按照《三下采煤规程》操作的，将面临无据可依的困境。当多层近距离煤层组(群)开采时，其“两带”高度预计原理与两层煤是相近的，但由于其复杂性，计算过程中极易出错导致计算结果偏小，从而造成安全隐患甚至事故，因此，对于三层甚至更多层近距离煤层组(群)的“两带”高度计算方法急需得到明确。鉴于以上原因，本专利技术首先明确了近距离煤层组(群)概念和分类，然后提出新的综合采厚计算公式，最后提出近距离煤层组(群)“两带”高度的计算方法，从而修正并完善了近距离煤层组(群)“两带”高度计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种近距离煤层组(群)两带高度计算方法，能够方便、较准确的计算煤层组(群)的“两带”高度，以保证水体下安全采煤。本专利技术的目的是通过以下方案实现的：一种近距离煤层组(群)“两带”高度计算方法，该方法包括：(1)近距离煤层组(群)的概念与分类本专利技术中的近距离煤层组(群)概念为：根据上下煤层间距h(上下煤层间的垂直距离)与下煤层采厚M和其垮落带高度Hk三者之间的定量关系，满足h≤Hk条件的一组倾角不大于55°(近水平、缓斜、中斜)的煤层。根据h是否大于M又将近距离煤层组(群)划分为较近距离和极近距离：a.较近距离：M<h≤Hk；b.极近距离：0≤h≤M。近距离煤层组(群)最上一层煤称为顶煤层(用M1表示)，顶煤层下方即将开采某一特定煤层为目标煤层(用Mi表示，i>1)，本专利技术近距离煤层组(群)的部分参数可见图2所示，而其分类判别可见图3。(2)近距离煤层组(群)综合采厚MZ计算方法①较近距离对于近距离煤层组(群)中的较近距离，目标煤层Mi的综合采厚Mzi(i>1)可按下式计算，式中，MZi-1——第i-1层煤的综合采厚；yi——第i层煤的垮采比。通过公式变换可得：因为综合采厚Mzi>Mi，所以可得：根据大量实测垮采比数据，出于安全角度和公式计算方便，yi值取7，并将综合采厚MZi值取大，可简化公式为：②极近距离对于近距离煤层组(群)中的极近距离目标煤层，由于煤层间距很小，需要考虑煤层开采后覆岩是否充分压实，即考虑时间因素。当Mi(i>1)煤层开采并且其上方地层未充分压实时(未达到充分采动)，Mi煤层的综合采厚可以看作Mi煤层及上方煤层的采厚之和，即MZi＝M1+M2+···+Mi＝ΣMi(5)当Mi-1(i>1)煤层开采后相当长一段时间后第Mi煤层才进行开采，则Mi-1煤层及上方煤层开采后上覆岩层充分压实，且破碎顶板对于Mi煤层开采后“两带”高度发育是有一定的抑制作用的，综合采厚Mzi需要在公式(5)基础上进行折减，此时可以采用公式(4)来计算。需要注意的是：第Mi煤层开采与第Mi-1煤层开采的时间间隔与煤层组(群)的煤层编号无关，考虑地层移动变形规律，时间间隔以半年区分，半年以内为地层未稳定状态，半年以上为地层稳定状态。综上，近距离煤层组(群)综合采厚计算方法为：较近距离：Mi＜hi-1≤Hki极近距离：0≤hi-1≤Mi(3)近距离煤层组(群)“两带”高度计算方法研究表明，煤层开采后，“两带”发育高度的影响因素主要有采厚、工作面斜长、倾角、采深、顶板类型、开采方法、采动时间等，但开采空间和采动时间是其主控因素。为最大限度的与《三下采煤规程》中的相关规定保持兼容性，本专利技术近距离煤层组(群)“两带”高度计算公式中参数采用采厚M和采动时间间隔(以半年为分界点)作为仅有变量。其计算原则如下：当目标煤层为顶分层时，按照单一煤层选用《三下采煤规程》中的相关公式单独计算；当目标煤层为采空区以下某一煤层时，根据近距离煤层组(群)的分类和采动时间间隔因素，先选取相应的综合采厚公式计算Mzi，再以综合采厚Mzi按单一煤层来计算“两带”高度。本专利技术近距离煤层组(群)“两带”高度预计公式直接选用《三下采煤规程》本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近距离煤层组(群)两带高度计算方法，内容包括：对近水体煤层组(群)进行分类，根据煤层间距h、煤层厚度M和垮落带高度Hk可分为远距离煤层组(群)、较近距离煤层组(群)和极近距离煤层组(群)，后两者合称近距离煤层组(群)；对于近距离煤层组(群)中的顶煤层开采后的“两带”高度，按照单一煤层选用“两带”高度预计公式进行计算；对于近距离煤层组(群)目标煤层开采后“两带”发育高度，首先计算其综合采厚MZ，然后利用综合采厚MZ结果，结合“两带”高度预计公式计算“两带”高度，最后取所有已采煤层开采后“两带”高度的标高最高者作为近距离煤层组(群)目标煤层开采的“两带”发育高度。

【技术特征摘要】
1.一种近距离煤层组(群)两带高度计算方法，内容包括：对近水体煤层组(群)进行分类，根据煤层间距h、煤层厚度M和垮落带高度Hk可分为远距离煤层组(群)、较近距离煤层组(群)和极近距离煤层组(群)，后两者合称近距离煤层组(群)；对于近距离煤层组(群)中的顶煤层开采后的“两带”高度，按照单一煤层选用“两带”高度预计公式进行计算；对于近距离煤层组(群)目标煤层开采后“两带”发育高度，首先计算其综合采厚MZ，然后利用综合采厚MZ结果，结合“两带”高度预计公式计算“两带”高度，最后取所有已采煤层开采后“两带”高度的标高最高者作为近距离煤层组(群)目标煤层开采的“两带”发育高度。2.根据权利要求1所述的方法，对于近距离煤层组(群)的分类，其特征为：倾角不大于55°(近水平、缓斜、中斜)的煤层，并根据上下煤层间距h(上下煤层间的垂直距离)与下组煤采厚M和其垮落带高度Hk三者之间的定量关系，确定近距离煤层组(群)的分类原则。近距离煤层组(群)：h≤Hk根据h是否大于M又划分为较近距离和极近距离：a.较近距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世奇，许延春，郭文砚，苗葳，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11