一种复合垮落式残采区中层弃煤回采巷道合理布设方法技术

一种复合垮落式残采区中层弃煤回采巷道合理布设方法，属于煤炭开采技术领域，尤其属于“残煤复采”技术领域，可解决传统煤层群上行或下行开采时回采巷道合理位置的确定方法已不能满足复合垮落式残采区中部整层弃煤回采巷道理布设位置确定的需要的问题，本发明专利技术综合考虑上下位煤层开采扰动引起的中部整层弃煤及其顶底板应力分布、裂隙发育和围岩破坏三个因素，进行“三位一体”即应力分布、裂隙发育和围岩破坏统筹分析和判别，从而确定复合垮落式残采区中部整层弃煤回采巷道合理布设位置，进而为复合垮落式残采区中部整层弃煤安全开采提供技术保障和理论依据，实现了复合垮落式残采区中部整层弃煤的安全回采。

【技术实现步骤摘要】
一种复合垮落式残采区中层弃煤回采巷道合理布设方法
本专利技术属于煤炭开采
，具体涉及一种复合垮落式残采区中层弃煤回采巷道合理布设方法，主要适用于上下垮落式多重采动影响下中部整层弃煤开采可行性判定及回采巷道合理布设位置的“三位一体”确定方法。
技术介绍
在过去相当长一段煤炭开采时期内，许多煤矿为了追求短期高产量和高经济效益，在对煤层群开采时越过薄煤层直接开采厚煤层，越过赋存条件差直接开采赋存条件较好煤层的情况，导致我国许多矿区存在大量的整层弃煤资源（如山西西山矿区、大同矿区等）。煤炭作为我国的能源基石，长期大规模、集约化、不规则开采，导致煤炭有限可采储量与无限消费之间矛盾日益突出。残煤复采是实现煤炭精准、绿色、高回收率开采的有效措施，是缓解有限资源与无限消费需求矛盾的有效手段。复合垮落式残采区中部整层弃煤作为一种典型的井下整层残煤资源，广泛分布在中国各大矿区的近或极近距离煤层群中，其储量可观、煤质优越，极具开采价值。复合垮落式残采区中部整层弃煤极具开采价值，在煤炭资源难以满足长期消费的现实情况下，越来越成为广大煤矿技术工作者和研究者们关注的焦点。复合垮落式残采区中部整层弃煤开采，不仅响应了国家鼓励残煤开采的政策号召，还对提高矿井产量、延长衰老矿井服务年限和促进经济可持续发展起着重大积极作用。然而，回采巷道合理位置的确定作为复合垮落式残采区中部整层弃煤开采的第一个步骤和基础工程，直接影响着对复合垮落式残采区中部整层弃煤开采可行性的判定和安全开采的顺利进行。由于受到上下煤层开采扰动的综合影响，中部整层弃煤应力分布、顶底板裂隙发育和围岩破坏情况非常复杂。传统煤层群上行或下行开采时回采巷道合理位置的确定方法已不能满足复合垮落式残采区中部整层弃煤回采巷道的合理布设位置确定的需要。
技术实现思路
本专利技术针对传统煤层群上行或下行开采时回采巷道合理位置的确定方法已不能满足复合垮落式残采区中部整层弃煤回采巷道合理布设位置确定的需要的问题，提供一种复合垮落式残采区中层弃煤回采巷道合理布设方法。本专利技术采用如下技术方案：一种复合垮落式残采区中层弃煤回采巷道合理布设方法，包括如下步骤：第一步，整理、分析矿井原有地质、开采技术资料，勘探查明复合垮落式残采区遗留煤柱和垮落区域的分布位置和范围，绘制复合垮落式残采区遗留煤柱和垮落区域的分布形态图，充分了解复合垮落式残采区中部整层弃煤及上、下位层间岩层赋存情况，并对各岩层统一进行划分与编号；第二步，判定下位煤层开采后形成的垮落带高度H1和裂隙带高度H2，以及垮落带和裂隙带分布范围；第三步，比较中部整层弃煤和下位煤层的层间距△Hz-x与H1，比较△Hz-x与H2；沿矿体倾向，当△Hz-x＞H2时，下位煤层开采对中部整层弃煤没有影响或影响小，回采巷道布设位置按常规煤层开采时的选择方法确定；当H2＞△Hz-x＞H1时，中部整层弃煤处于下位煤层开采后形成的裂隙带内，垮落带外，中部整层弃煤和底板遭受破坏，完整性降低，但仍具备开采可行性，回采巷道布设位置按常规煤层开采时的选择方法确定，但需加大支护强度；当△Hz-x＜H1时，中部整层弃煤处于下位煤层开采后形成的垮落带内，中部整层弃煤和底板破坏，不具备开采可行性；第四步，判定上位煤层开采对底板的破坏深度H3，以及破坏区分布范围；第五步，比较中部整层弃煤和上为煤层的层间距△Hz-s与H3；烟矿体倾向，当△Hz-s＞H3时，上位煤层开采对中部整层弃煤没有影响或影响小，回采巷道布设位置按照常规煤层开采时的选择方法确定；当△Hz-s＜H3时，中部煤层弃煤处于上位煤层开采破坏范围内，中部整层弃煤和顶部岩层遭受破坏，完整性降低，此时，中部整层弃煤不具备开采可行性；第六步，判定上位煤层和下位煤层开采后遗留煤柱应力集中区范围，同时考虑低应力区应力非均匀分布的影响，确定应力改变率K；第七步，中部整层弃煤受上位煤层和下位煤层遗留煤柱的影响，沿煤层走向不同位置处的应力大小不同，比较不同位置的应力分布和应力改变率K；沿煤层走向划分区域，选出低应力区，同时考虑低应力区应力非均匀分布的影响，通过计算，判断应力改变率K低区域，在低应力区同时应力改变率低的区域布设回采巷道；第八步，判断上、下位层间岩裂隙发育情况；沿煤层走向，对比分析上、下位层间岩裂隙发育情况，划分出裂隙密集区域，由于受上、下位煤层开采扰动影响，中部整层弃煤和上、下位层间岩层都有不同程度的裂隙发育，尤其是沿煤层走向，裂隙发育呈明显的分区现象，通过划分出裂隙密集区，这样在选择和合理的回采巷道布设位置时，必须避开裂隙密集区。第一步采用三维激光扫描仪勘探查明复合垮落式残采区遗留煤柱的几何尺寸、分布区域及其稳定情况，了解垮落采空区的分布范围和相对位置的情况，通过钻孔勘探和物理勘探相结合的方法调研复合垮落式残采区中层整层弃煤和上、下位层间岩层的赋存情况，并将岩体中的自然层面作为层位划分的分界线。第二步中，，，其中，m1为下部煤层工作面采高。第四步中，，其中，x0为采空区边缘煤体的塑性区宽度，φ为内摩擦角。第六步中，应力改变率K根据应力沿煤层走向的应力分布函数的微分得到：，其中，σ（x）为沿煤层走向的应力分布函数，x为距煤柱边缘的水平距离。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供了一套系统的复合垮落式残采区中部整层弃煤开采可行性判定及回采巷道合理布设位置确定的方法；该方法弥补了煤层群传统上行或下行开采时回采巷道合理布设位置的选择方法在复合垮落式残采区中部整层弃煤开采应用时的不足，能够科学地评价上下位煤层开采扰动对中部整层弃煤的影响程度，进而对中部整层弃煤开采可定兴做出判定及对回采巷道合理布设位置做出科学选择；为复合垮落式残采区中部整层弃煤回采巷道合理布设位置选择提供了理论依据，实现了复合垮落式残采区中部整层弃煤的安全回采。与煤层群传统上行或下行开采回采巷道合理布设位置选择相比，复合垮落式残采区中部整层弃煤回采巷道合理布设位置选择时，应综合考虑上下位煤层开采扰动引起的中部整层弃煤及其顶底板应力分布、裂隙发育和围岩破坏三个因素，进行“三位一体”即应力分布、裂隙发育和围岩破坏统筹分析和判别，从而确定复合垮落式残采区中部整层弃煤回采巷道合理布设位置，进而为复合垮落式残采区中部整层弃煤安全开采提供技术保障和理论依据。在充分考虑上下煤层开采扰动的综合影响下，对复合残采区中部整层弃煤开采可行性及回采巷道布设位置做出合理选择，最终为复合垮落式中部整层弃煤的安全开采提供有利条件，达到提高煤炭资源回采率、延长矿井服务年限和提升企业经济效益的目的。附图说明图1为本专利技术实施例复合垮落式残采区中部整层弃煤分布形态图；图2为本专利技术实施例上、下位煤层工作面及中部整层弃煤相对位置关系图；图3为本专利技术技术路线图；其中：1-上位9号煤层；2-中部整层10号弃煤；3-下位12号煤层；4-上位9号煤层6213工作面垮落采空区；5-上位层间岩层；6-下位层间岩层；7-下位12号煤层8213工作面垮落采空区；8-9号煤层6213材料巷；9-9号煤层6213运输巷；10-9号煤层6213工作面左侧停采煤柱；11-9号煤层6213工作面右侧停采煤柱；12-12号煤层8213材料巷；13-12号煤层8213运输巷；14-12号煤层8213工作面左侧停采煤柱；15-12号煤层8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合垮落式残采区中层弃煤回采巷道合理布设方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，整理、分析矿井原有地质、开采技术资料，勘探查明复合垮落式残采区遗留煤柱和垮落区域的分布位置和范围，绘制复合垮落式残采区遗留煤柱和垮落区域的分布形态图，充分了解复合垮落式残采区中部整层弃煤及上、下位层间岩层赋存情况，并对各岩层统一进行划分与编号；第二步，判定下位煤层开采后形成的垮落带高度H1和裂隙带高度H2，以及垮落带和裂隙带分布范围；第三步，比较中部整层弃煤和下位煤层的层间距△Hz‑x与H1，比较△Hz‑x与H2；沿矿体倾向，当△Hz‑x＞H2时，下位煤层开采对中部整层弃煤没有影响或影响小，回采巷道布设位置按常规煤层开采时的选择方法确定；当H2＞△Hz‑x＞H1时，中部整层弃煤处于下位煤层开采后形成的裂隙带内，垮落带外，中部整层弃煤和底板遭受破坏，完整性降低，但仍具备开采可行性，回采巷道布设位置按常规煤层开采时的选择方法确定，但需加大支护强度；当△Hz‑x＜H1时，中部整层弃煤处于下位煤层开采后形成的垮落带内，中部整层弃煤和底板破坏，不具备开采可行性；第四步，判定上位煤层开采对底板的破坏深度H3，以及破坏区分布范围；第五步，比较中部整层弃煤和上为煤层的层间距△Hz‑s与H3；烟矿体倾向，当△Hz‑s＞H3时，上位煤层开采对中部整层弃煤没有影响或影响小，回采巷道布设位置按照常规煤层开采时的选择方法确定；当△Hz‑s＜H3时，中部煤层弃煤处于上位煤层开采破坏范围内，中部整层弃煤和顶部岩层遭受破坏，完整性降低，此时，中部整层弃煤不具备开采可行性；第六步，判定上位煤层和下位煤层开采后遗留煤柱应力集中区范围，同时考虑低应力区应力非均匀分布的影响，确定应力改变率K；第七步，中部整层弃煤受上位煤层和下位煤层遗留煤柱的影响，沿煤层走向不同位置处的应力大小不同，比较不同位置的应力分布和应力改变率K；沿煤层走向划分区域，选出低应力区，同时考虑低应力区应力非均匀分布的影响，通过计算，判断应力改变率K低区域，在低应力区同时应力改变率低的区域布设回采巷道；第八步，判断上、下位层间岩裂隙发育情况；沿煤层走向，对比分析上、下位层间岩裂隙发育情况，划分出裂隙密集区域，在选择和合理的回采巷道布设位置时，避开裂隙密集区。...

【技术特征摘要】
1.一种复合垮落式残采区中层弃煤回采巷道合理布设方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，整理、分析矿井原有地质、开采技术资料，勘探查明复合垮落式残采区遗留煤柱和垮落区域的分布位置和范围，绘制复合垮落式残采区遗留煤柱和垮落区域的分布形态图，充分了解复合垮落式残采区中部整层弃煤及上、下位层间岩层赋存情况，并对各岩层统一进行划分与编号；第二步，判定下位煤层开采后形成的垮落带高度H1和裂隙带高度H2，以及垮落带和裂隙带分布范围；第三步，比较中部整层弃煤和下位煤层的层间距△Hz-x与H1，比较△Hz-x与H2；沿矿体倾向，当△Hz-x＞H2时，下位煤层开采对中部整层弃煤没有影响或影响小，回采巷道布设位置按常规煤层开采时的选择方法确定；当H2＞△Hz-x＞H1时，中部整层弃煤处于下位煤层开采后形成的裂隙带内，垮落带外，中部整层弃煤和底板遭受破坏，完整性降低，但仍具备开采可行性，回采巷道布设位置按常规煤层开采时的选择方法确定，但需加大支护强度；当△Hz-x＜H1时，中部整层弃煤处于下位煤层开采后形成的垮落带内，中部整层弃煤和底板破坏，不具备开采可行性；第四步，判定上位煤层开采对底板的破坏深度H3，以及破坏区分布范围；第五步，比较中部整层弃煤和上为煤层的层间距△Hz-s与H3；烟矿体倾向，当△Hz-s＞H3时，上位煤层开采对中部整层弃煤没有影响或影响小，回采巷道布设位置按照常规煤层开采时的选择方法确定；当△Hz-s＜H3时，中部煤层弃煤处于上位煤层开采破坏范围内，中部整层弃煤和顶部岩层遭受破坏，完整性降低，此时，中部整层弃煤不具备开采可行性；第六步，判定上位煤层和下位煤层开采...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭育霞，王胜伟，张玉江，冯国瑞，闫勇敢，白锦文，杜云楼，康立勋，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14