一种控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法技术

本发明专利技术公开了一种控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法，包括：根据直接顶板岩层稳固性，确定崩落顶板的高度h1；利用所述崩落顶板的高度h1建立空区回采高度H与覆岩不均匀沉降高度H1的关系，确定诱导控顶的上向中深孔的炮孔深度h2；通过崩落顶板和上向中深孔控制爆破改变覆岩中采空区的补偿空隙，控制覆岩不均匀沉降高度H1小于等于需要保护的覆岩层与开采矿层的间距H’。该方法通过崩落顶板、上向中深孔控顶、补充充填等专有技术，建立空区回采高度和覆岩移动范围的关系，有效控制覆岩冒落和不均匀沉降的范围，保证上部未采矿层不受下部已开采矿层的影响。

A Method for Controlling Uneven Settlement of Surrounding Rock Overburden in Caving Goaf

The invention discloses a method for controlling the non-uniform settlement of overburden surrounding rock in caving goaf, which includes: determining the height of caving roof H1 according to the stability of direct roof strata; establishing the relationship between the mining height H of the goaf and the non-uniform settlement height H1 of overburden rock by using the height H1 of the caving roof, and determining the depth H2 of blasting hole of upward medium-deep hole for inducing roof control; Medium and deep hole controlled blasting changes the compensatory voids in the goaf of overburden rock, and controls the uneven settlement height of overburden rock H 1 to be less than or equal to the distance H between the overburden stratum and the mining stratum to be protected. This method establishes the relationship between the mining height of the goaf and the moving range of the overburden by means of the special technologies such as caving roof, upward medium-deep hole roof control and supplementary filling, effectively controls the caving and uneven settlement range of the overburden, and ensures that the upper unmined stratum is not affected by the lower mined stratum.

【技术实现步骤摘要】
一种控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法
本专利技术涉及矿山开采沉降控制领域，尤其涉及一种控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法。
技术介绍
在多个缓倾斜薄矿体呈多层赋存时，经常采用上行方式开采。下部矿层开采形成的采空区常采用崩落、自然冒落等方法进行处置，这会使空区上覆围岩在较大范围内产生大的位移、变形或冒落，导致上部邻近矿层因断裂、错位等破坏而不能开采。此时，需要保护距离下部已开采矿层一定距离的未开采矿层的完整性，即该矿层需整体下沉、均匀沉降，但不产生大的不均匀沉降，不产生破断，这要求对覆岩的移动变形进行控制。如某缓倾斜铝土矿薄矿体平均厚度为2.0m～4.0m，倾角小于20°，层状、似层状产出；直接顶板为软弱破碎粘土岩；煤层与铝土矿层间距平均约41m。受资金投入、采矿成本和充填骨料来源的制约，常规的充填处理采空区的方法在技术经济上不可行；直接崩落采空区顶板，覆岩层(即上覆围岩层)会产生大范围不均匀位移，破坏了上部煤层，无法保证后续煤层的正常开采。
技术实现思路
基于现有技术所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法，能有效控制覆岩冒落和不均匀移动的影响范围，避免上部未开采矿层不受下部已开采矿层的影响。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术实施方式提供一种控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法，包括：根据直接顶板岩层稳固性，确定崩落顶板的高度h1；利用所述崩落顶板的高度h1建立空区回采高度H与覆岩不均匀沉降高度H1的关系，确定诱导控顶的上向中深孔的炮孔深度h2；通过崩落顶板和上向中深孔控制爆破改变覆岩中采空区的补偿空隙，控制覆岩不均匀沉降高度H1小于等于需要保护的覆岩层与开采矿层的间距H’。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法，其有益效果为：通过崩落顶板、中深孔诱导控顶，控制覆岩不均匀沉降的范围，适当补充充填减小采场的等价采高，在处理采空区的同时，使距已开采矿层一定距离的覆岩均匀沉降，实现了可根据上向保护性开采的要求控制覆岩层的不均匀移动范围，该方法无前期建设投入、综合成本低，解决了部分矿山充填骨料不足的问题，实施后，对缓倾斜互层薄矿体而言可安全经济实现上行开采。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的覆岩不均匀沉降范围剖面示意图；图中，1为下部矿层；2为覆岩不均匀沉降的范围；3为上部矿层；4为上向中深孔炮孔；5为崩落顶板炮孔；h1为崩落顶板的高度；h2为上向中深孔的炮孔深度；H1为覆岩不均匀沉降高度；H为下部矿层采高；L为沿走向回采长度；L1为覆岩垮落体的跨度；k为覆岩碎胀系数；α为崩落体成拱的夹角；ε0为崩落体内的空隙率；ε2为跨落体内的空隙率；H0为崩落体的高度(崩落体是指覆岩崩落体)；H2为垮落体的高度(垮落体所述指覆岩垮落体)。具体实施方式下面结合本专利技术的具体内容，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本专利技术实施例提供一种控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法，能有效控制覆岩冒落和不均匀移动的影响范围，保证上部未矿层不受下部已开采矿层的影响，包括：根据直接顶板岩层稳固性，确定崩落顶板的高度h1；利用所述崩落顶板的高度h1建立空区回采高度H与覆岩不均匀沉降高度H1的关系，确定诱导控顶的上向中深孔的炮孔深度h2；通过崩落顶板和上向中深孔控制爆破改变覆岩中采空区的补偿空隙，控制覆岩不均匀沉降高度H1小于等于需要保护的覆岩层与开采矿层的间距H’。上述方法中，若控制后的覆岩不均匀沉降高度H1仍大于需要保护的覆岩层与开采矿层的间距H’，则对覆岩中采空区的补偿空隙进行补充充填减小等价采高，直至覆岩不均匀沉降高度H1小于等于需要保护的覆岩层与开采矿层的间距H’。上述方法中，对覆岩中采空区的补偿空隙进行补充充填减小等价采高的充填率β为(H-H')/H；其中，H为空区回采高度，H’为覆岩层与开采矿层的间距。上述方法中，根据直接顶板岩层稳固性，确定崩落顶板的高度h1为：对直接顶板岩层稳固的矿体，不留设护顶矿层，崩落顶板的高度h1等于2.5H，其中，H为空区回采高度；对直接顶板岩层易碎的矿体，留设护顶矿层，若覆岩层碎胀系数为k，当易碎的直接顶板高度大于等于H/k时，崩落顶板的高度h1大于护顶矿层厚度；当易碎的直接顶板高度小于H/k时，崩落顶板的高度h1等于H/k。上述方法中，对直接顶板易碎的矿体，崩落顶板的高度h1大于护顶矿层厚度时，崩落顶板的高度h1等于1.5～2.5m；当崩落顶板的高度h1等于H/k时，若薄矿体的厚度小于5m，则崩落顶板的高度h1小于4m。上述方法中，利用所述崩落顶板的高度h1建立的空区回采高度与覆岩不均匀沉降高度H1的关系为：H1＝f(H,ε0,ε2,h1)＝f(H,k,ε2,h1)；其中，H1为覆岩不均匀沉降高度，H为空区回采高度，ε0为崩落体内的空隙率；ε2为跨落体内的空隙率；h1为崩落顶板的高度；k为覆岩碎胀系数。各符号解释中的覆岩均指上覆围岩。上述方法中，利用所述崩落顶板的高度h1建立的空区回采高度H与覆岩不均匀沉降高度H1的关系中，通过以下各公式联解计算出覆岩不均匀沉降高度H1，包括：H0＝h1·k；其中，H为空区回采高度，L为沿走向回采长度，L1为覆岩垮落体的跨度，k为覆岩碎胀系数，ε0为崩落体内的空隙率；ε2为垮落体内的空隙率；h1崩落顶板的高度；α为崩落体成拱的夹角；H1为崩落体的高度；H0为跨落体的高度。各符号解释中的覆岩均指上覆围岩。上述方法中，利用所述崩落顶板的高度h1建立的空区回采高度与覆岩不均匀沉降高度H1的关系中，碎胀系数k通过试验或经验取值；垮落体内的空隙率ε2通过顶板位移监测获取。上述方法中，确定的诱导控顶的上向中深孔的炮孔深度h2为：诱导控顶上向中深孔的炮孔深度h2大于等于覆岩不均匀沉降高度H1；间隔2～3个矿房采场的跨度进行上向中深孔的诱导控顶。本专利技术的方法，在覆岩移动的不均匀沉降范围内，下部崩落顶板形成松散崩落体，上部中深孔诱导控顶(非自然下沉)，根据情况选择补充充填改变等价采高，控制覆岩移动规律和不均匀沉降的范围，该方法应用于某缓倾斜铝土矿薄矿体开采(该铝土矿薄矿体平均厚度为2.0m～4.0m，倾角小于20°，层状、似层状产出；直接顶板为易碎(即软弱破碎)的粘土岩；煤层与铝土矿层间距平均约41m)，使覆岩层不均匀沉降的范围小于41m，不会破坏煤层与铝土矿层间距，对下部铝土矿的开采不影响上部煤层的完整性，实现了多层缓倾斜薄矿体上行保护性开采的目标。下面结合具体实施例对本专利技术实施例具体作进一步地详细描述。1)确定崩落顶板的高度：对直接顶板岩体稳固的矿体、不留设护顶矿层时，实施切顶崩落本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法，其特征在于，包括：根据直接顶板岩层稳固性，确定崩落顶板的高度h1；利用所述崩落顶板的高度h1建立空区回采高度H与覆岩不均匀沉降高度H1的关系，确定诱导控顶的上向中深孔的炮孔深度h2；通过崩落顶板和上向中深孔控制爆破改变覆岩中采空区的补偿空隙，控制覆岩不均匀沉降高度H1小于等于需要保护的覆岩层与开采矿层的间距H’。

【技术特征摘要】
1.一种控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法，其特征在于，包括：根据直接顶板岩层稳固性，确定崩落顶板的高度h1；利用所述崩落顶板的高度h1建立空区回采高度H与覆岩不均匀沉降高度H1的关系，确定诱导控顶的上向中深孔的炮孔深度h2；通过崩落顶板和上向中深孔控制爆破改变覆岩中采空区的补偿空隙，控制覆岩不均匀沉降高度H1小于等于需要保护的覆岩层与开采矿层的间距H’。2.根据权利要求1所述的控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法，其特征在于，所述方法中，若控制后的覆岩不均匀沉降高度H1仍大于需要保护的覆岩层与开采矿层的间距H’，则对采空区按照充填率β进行补充充填减小等价采高，直至覆岩不均匀沉降高度H1小于等于需要保护的覆岩层与开采矿层的间距H’。3.根据权利要求2所述的控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法，其特征在于，所述充填率β为(H-H')/H；其中，H为空区回采高度，H’为覆岩层与开采矿层的间距。4.根据权利要求1至3任一项所述的控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法，其特征在于，所述方法中，根据直接顶板岩层稳固性，确定崩落顶板的高度h1为：对直接顶板岩层稳固的矿体，不留设护顶矿层，崩落顶板的高度h1等于2.5H，其中，H为空区回采高度；对直接顶板岩层易碎的矿体，留设护顶矿层，若覆岩层碎胀系数为k，当易碎的直接顶板高度大于等于H/k时，崩落顶板的高度h1大于护顶矿层厚度；当易碎的直接顶板高度小于H/k时，崩落顶板的高度h1等于H/k。5.根据权利要求4所述的控制崩落采空区上覆围岩不均匀沉降的方法，其特征在于，所述对直接顶板易碎的矿体...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈何，黄丹，秦秀山，原野，曹辉，于世波，王贺，马玉涛，金凯明，
申请(专利权)人：北京矿冶科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11