一种大埋深薄基岩区厚煤层综放开采压架突水防治方法技术

本发明专利技术公开了一种大埋深薄基岩区厚煤层综放开采压架突水防治方法，包括以下步骤：1、采用物探或钻探等措施，获取煤层上方基岩结构和岩层参数；2、基于关键层理论，对煤层上方基岩结构进行分类；3、基于煤层上方基岩的分类结果，分析确定开采工作面覆岩破断结构；4、根据开采工作面覆岩破断结构，计算开采支架合理工作阻力；5、确定水害防治的重点岩层位置和岩层参数；6、根据确定的水害防治的重点岩层位置和岩层参数制定对应的防治措施。本发明专利技术能够避免工作面发生压架、溃水事故，导致工作面停产造成巨大经济损失的问题，实现煤矿的安全高效开采。

A method for prevention and control of water inrush from fully mechanized caving mining in thick coal seam with large depth and thin bedrock

The invention discloses a method of preventing and controlling water bursting in fully mechanized top coal caving mining with large buried deep and thin bedrock area, which includes the following steps: 1, using geophysical prospecting or drilling measures to obtain the bedrock structure and rock stratum parameters above the coal seam; 2. Based on the theory of key strata, the bedrock structure above the coal seam is classified, and 3, based on the bedrock above the coal seam. Classification results, analysis and determination of mining face overlying fracture structure; 4. According to the mining face rock broken structure, calculate the reasonable working resistance of mining support; 5, determine the key strata position and rock parameters of water hazard prevention and control; 6, according to the determined key rock layer position and rock stratum parameters to formulate corresponding prevention. Treatment measures. The invention can avoid the pressure frame and water breaking accident in the working face, cause the problem of huge economic loss caused by the shutdown of the working face, and realize the safe and efficient mining of the coal mine.

【技术实现步骤摘要】
一种大埋深薄基岩区厚煤层综放开采压架突水防治方法
本专利技术涉及煤矿开采安全
，特别是涉及一种大埋深薄基岩区厚煤层综放开采压架突水防治方法。
技术介绍
我国大埋深薄基岩地质条件的煤层储量非常丰富，我国西部矿区、华北矿区等许多矿区都存在这种大埋深薄基岩的特殊地质条件的煤层，这些矿区松散层厚度约200m，基岩厚度甚至在50m以内，煤层一次性开采厚度6m以上，这些矿区的埋藏均比神东深，埋深均大于200m，并且煤层也较厚，采用综采放顶煤开采时条件将比神东、祁东更为复杂，开采将更加困难。如在潞安矿区司马、南寨和经坊的井田范围内存在着较大区域的薄基岩层(小于60m)，其主要特点是基岩薄、岩性较弱，松散层厚，基岩下覆煤层较厚、达6.6m，是典型的薄基岩、厚表土、厚煤层条件。同样的地质条件下，淮北朱仙庄煤矿煤层一次性开采厚度甚至达到了10m，基岩厚度甚至小于40m。在如此困难的条件下，工作面采用综采放顶煤开采后，如果按照传统开采技术设计采场支护参数，基岩中将很难存在基本顶和关键层，不能形成自稳承载结构，工作面将发生压架、溃水事故，导致工作面停产，造成巨大经济损失，无法实现安全高效开采。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种大埋深薄基岩区厚煤层综放开采压架突水防治方法，能够避免工作面发生压架、溃水事故，导致工作面停产造成巨大经济损失的问题，实现煤矿的安全高效开采。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种大埋深薄基岩区厚煤层综放开采压架突水防治方法，包括以下步骤：Step1、采用物探或钻探等措施，获取煤层上方基岩结构和岩层参数；Step2、基于关键层理论，对step1中得到的煤层上方基岩结构进行分类；Step3、基于step2中对煤层上方基岩的分类结果，分析确定开采工作面覆岩破断结构；Step4、根据step3中确定的开采工作面覆岩破断结构，计算开采支架合理工作阻力；Step5、依据step1获取的岩层参数和step3确定的开采工作面覆岩破断类型，确定水害防治的重点岩层位置和岩层参数；Step6、根据step5确定的水害防治的重点岩层位置和岩层参数制定对应的防治措施。为了更好的实现本专利技术，所述step2中，基于关键层理论，对基岩结构进行分类的方法为：①当覆岩中不存在关键层时，称为超薄基岩；②当覆岩中存在一层关键层或者存在两层复合关键层时，称为薄基岩；③当覆岩中存在两层及以上关键层时，称为正常厚度基岩。进一步的，所述step3中开采工作面覆岩破断结构分别为A、超薄基岩覆岩破断结构，超薄基岩由于覆岩中没有关键层结构，无法形成砌体梁结构，且受到风氧化的作用，基岩的强度极弱，破断后极易形成应力拱的平衡结构；B、薄基岩覆岩破断结构，薄基岩覆岩中存在一层关键层结构，关键层破断后可以形成砌体梁结构，而关键层上覆的岩层由于受到沉积环境的影响，岩性较弱，容易形成散体拱结构，故薄基岩覆岩破断后易形成“砌体梁+散体拱”复合结构。更进一步的，所述step4中，开采支架工作阻力的计算方法为Q＝Q1+Q2其中，Q为支架工作阻力，Q1为直接顶岩层、顶煤重量，Q2为上覆岩层结构范围内的重量。作为优选，当煤层上覆岩层结构为超薄基岩结构时，所述Q2为应力拱范围内的重量；当煤层上覆岩层结构为超薄基岩结构时，所述Q2为散体拱内重量与砌体梁重量之和。更进一步的，所述Step6中的防治措施分别为：A、依据冒裂带最大高度经验公式，结合Step4中得到的水害防治的重点岩层位置和岩层参数，判断是否采动导水裂隙带与目标含水层沟通；B、控制回采参数及控制回采过程：坚持实行正规循环作业，保持工作面持续、快速均匀推进，防止工作面缓慢“爬行”和中间停顿；选择合理的采场长度，应有利于回采、管理和工作面持续、快速推进；在水害威胁大的地方，适当降低采高，以降低导水裂隙带高度的发育；在矿压大的地方，适当增加采高，以保证支架有足够的下缩能力，保证支架回采过程中不被压死；C、采用先回采中深部，再回采浅部的区域回采模式，利用中深部回采的导水裂隙疏放上覆含水层的水，待含水层中的水能够满足安全回采要求时，再对浅部煤炭资源进行回采；D、采用运输巷在上，回风巷在下的下行式布置方式，既可以保证覆岩中的水可以通过回风巷排出，又能保证运输巷中的煤顺利运出。本专利技术较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本专利技术能够避免工作面发生压架、溃水事故，导致工作面停产造成巨大经济损失的问题，实现煤矿的安全高效开采。附图说明图1为本专利技术中超薄基岩覆岩破断结构示意图。图2为本专利技术中薄基岩覆岩破断结构示意图。图3为本专利技术的实施流程图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1、图2和图3所示，一种大埋深薄基岩区厚煤层综放开采压架突水防治方法，包括以下步骤：Step1、采用物探或钻探等措施，获取煤层上方基岩结构和岩层参数；Step2、基于关键层理论，对step1中得到的煤层上方基岩结构进行分类；①当覆岩中不存在关键层时，称为超薄基岩；②当覆岩中存在一层关键层或者存在两层复合关键层时，称为薄基岩；③当覆岩中存在两层及以上关键层时，称为正常厚度基岩。Step3、基于step2中对煤层上方基岩的分类结果，分析确定开采工作面覆岩破断结构；如图1所示，超薄基岩覆岩破断结构，超薄基岩由于覆岩中没有关键层结构，无法形成砌体梁结构，且受到风氧化的作用，基岩的强度极弱，破断后极易形成应力拱的平衡结构；如图2所示，薄基岩覆岩破断结构，薄基岩覆岩中存在一层关键层结构，关键层破断后可以形成砌体梁结构，而关键层上覆的岩层由于受到沉积环境的影响，岩性较弱，容易形成散体拱结构，故薄基岩覆岩破断后易形成“砌体梁+散体拱”复合结构。Step4、根据step3中确定的开采工作面覆岩破断结构，计算开采支架合理工作阻力，计算方法为：Q＝Q1+Q2其中，Q为支架工作阻力，Q1为直接顶岩层、顶煤重量，Q2为上覆岩层结构范围内的重量。作为优选，当煤层上覆岩层结构为超薄基岩结构时，所述Q2为应力拱范围内的重量；当煤层上覆岩层结构为超薄基岩结构时，所述Q2为散体拱内重量与砌体梁重量之和。Step5、依据step1获取的岩层参数和step3确定的开采工作面覆岩破断类型，确定水害防治的重点岩层位置和岩层参数；Step6、根据step5确定的水害防治的重点岩层位置和岩层参数制定对应的防治措施，分别为：A、依据冒裂带最大高度经验公式，结合Step4中得到的水害防治的重点岩层位置和岩层参数，判断是否采动导水裂隙带与目标含水层沟通；B、控制回采参数及控制回采过程：坚持实行正规循环作业，保持工作面持续、快速均匀推进，防止工作面缓慢“爬行”和中间停顿；选择合理的采场长度，应有利于回采、管理和工作面持续、快速推进；在水害威胁大的地方，适当降低采高，以降低导水裂隙带高度的发育；在矿压大的地方，适当增加采高，以保证支架有足够的下缩能力，保证支架回采过程中不被压死；C、采用先回采中深部，再回采浅部的区域回采模式，利用中深部回采的导水裂隙疏放上覆含水层的水，待含水层中的水能够满足安全回采要求时，再对浅部煤炭资源进行回采；D、采用运输巷在上，回风巷在下的下行式布置方式，既可以保证覆岩中的水可以通过回风巷排出，又能保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大埋深薄基岩区厚煤层综放开采压架突水防治方法，其特征在于：包括以下步骤：Step1、采用物探或钻探等措施，获取煤层上方基岩结构和岩层参数；Step2、基于关键层理论，对step1中得到的煤层上方基岩结构进行分类；Step3、基于step2中对煤层上方基岩的分类结果，分析确定开采工作面覆岩破断结构；Step4、根据step3中确定的开采工作面覆岩破断结构，计算开采支架合理工作阻力；Step5、依据step1获取的岩层参数和step3确定的开采工作面覆岩破断类型，确定水害防治的重点岩层位置和岩层参数；Step6、根据step5确定的水害防治的重点岩层位置和岩层参数制定对应的防治措施。

【技术特征摘要】
1.一种大埋深薄基岩区厚煤层综放开采压架突水防治方法，其特征在于：包括以下步骤：Step1、采用物探或钻探等措施，获取煤层上方基岩结构和岩层参数；Step2、基于关键层理论，对step1中得到的煤层上方基岩结构进行分类；Step3、基于step2中对煤层上方基岩的分类结果，分析确定开采工作面覆岩破断结构；Step4、根据step3中确定的开采工作面覆岩破断结构，计算开采支架合理工作阻力；Step5、依据step1获取的岩层参数和step3确定的开采工作面覆岩破断类型，确定水害防治的重点岩层位置和岩层参数；Step6、根据step5确定的水害防治的重点岩层位置和岩层参数制定对应的防治措施。2.根据权利要求1所述的一种大埋深薄基岩区厚煤层综放开采压架突水防治方法，其特征在于，所述step2中，基于关键层理论，对基岩结构进行分类的方法为：①当覆岩中不存在关键层时，称为超薄基岩；②当覆岩中存在一层关键层或者存在两层复合关键层时，称为薄基岩；③当覆岩中存在两层及以上关键层时，称为正常厚度基岩。3.根据权利要求1所述的一种大埋深薄基岩区厚煤层综放开采压架突水防治方法，其特征在于：所述step3中开采工作面覆岩破断结构分别为A、超薄基岩覆岩破断结构，超薄基岩由于覆岩中没有关键层结构，无法形成砌体梁结构，且受到风氧化的作用，基岩的强度极弱，破断后极易形成应力拱的平衡结构；B、薄基岩覆岩破断结构，薄基岩覆岩中存在一层关键层结构，关键层破断后可以形成砌体梁结构，而关键层上覆的岩层由于受到沉积环境的影响，岩性较弱，容易形成散体拱结构，故薄基岩覆岩破...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜锋，李振华，曹正正，庞英坤，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41