一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式制造技术

一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式，包括根据导水裂隙带发育高度、水体采动等级和水体允许采动破坏程度划分开采区域：根据所述划分开采区域确定开采模式；可开采区域，直接进行开采；在不宜开采区域仍不满足安全需求的情况下，采用短壁机械化开采，其中满足所述安全需求是指工作面涌水量不影响正常生产；若选择所述短壁机械化开采，在安全系数计算中将煤层埋深置换为压力拱高度计算，通过所述安全系数确定所述短壁机械化开采的采宽留宽；根据所述开采模式进行不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采；所述开采模式代替仅采用长壁大采高开采，大大减小了采煤过程中对环境的破坏，有利于人与自然和谐相处。

A Mining Model of Coal-Water Double Resources Mine without Changing Hydrogeological Conditions of Overburden Rock

A mining mode of coal-water dual resources mine without changing the hydrogeological conditions of overburden rocks includes dividing mining areas according to the development height of water-conducting fracture zone, mining grade of water body and allowable mining damage degree of water body: determining mining mode according to the dividing mining areas; mining areas directly; and adopting mining methods when the unsuitable mining areas still do not meet the safety requirements. Short-wall mechanized mining, which meets the safety requirements, means that the water inflow at the working face does not affect normal production; if the short-wall mechanized mining is selected, the buried depth of the coal seam is replaced by the height of the pressure arch in the calculation of the safety factor, and the mining width and width of the short-wall mechanized mining are determined by the safety factor; and the overlying rock hydrogeological strip is not changed according to the mining mode. The mining mode replaces the long-wall mining with large mining height, which greatly reduces the damage to the environment in the mining process and is beneficial to the harmonious coexistence between man and nature.

【技术实现步骤摘要】
一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式
本专利技术涉及一种矿井开采领域，具体地说是一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式。
技术介绍
我国水资源和煤炭资源呈逆向分布，存在“有煤的地方缺水，有水的地方缺煤”的局面，而我国煤矿主要分布在区域缺水的华北和西北地区，其中70％的矿区缺水，40％的矿区严重缺水，煤炭工业的发展受到水资源的严重制约。因此，我国大部分煤矿除受到水害的威胁，在煤矿区及其周围地区也面临着排水-供水-生态环境保护之间的矛盾问题。我国长壁大采高体系下的现代化采煤技术非常成熟，大采高综采成为3.5～6.0m煤层安全高效开采的主要途径，综放开采已成为7.0m以上厚煤层的首选方法，由于厚煤层分层开采生产效率低，目前已较少采用。长壁体系下的大采高采煤法具有单产高、采煤系统简单、对地质条件适应性强等优点，是我国采用最为普遍的一种采煤方法。然而，这类采煤法是在对环境扰动不重视的情况下发展起来的，大规模、高强度的开采对上覆岩层及地表破坏相当大，对含水层结构、地下水系统和生态环境造成了巨大的影响，平均吨煤排水量达2.0～4.0m3，是一种浪费水资源和生态环境为代价的采煤法。基于完全成本理论，长壁大采高开采是高效率但是低效益。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式，用于代替传统的仅采用长壁大采高开采，以解决目前采煤技术中对于生态环境的污染问题。本专利技术提供了一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式。一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式，包括：根据水文地质条件确定水体采动等级和水体允许采动破坏程度；根据累积采厚确定导水裂隙带发育高度；根据所述导水裂隙带发育高度、水体采动等级和所述水体允许采动破坏程度划分开采区域：没有波及到上覆水体或波及到弱富水体划分为可开采区域，波及到中等及强富水体划分为不宜开采区域，根据所述划分开采区域确定开采模式；在所述不宜开采区域仍不满足安全需求的情况下，采用短壁机械化开采，其中满足所述安全需求是指工作面涌水量不影响正常生产；若选择所述短壁机械化开采，在安全系数计算中将煤层埋深置换为压力拱高度计算，通过所述安全系数确定所述短壁机械化开采的采宽留宽；根据所述开采模式进行不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采。可选的，所述安全系数计算，包括：其中，F为安全系数，σp为煤柱强度，σa为作用在煤柱上的应力。在传统的计算作用在煤柱上的应力时，采用的公式是：其中，γ为上覆岩层平均容量，25KN/m3；H为所述煤层埋深；Re为采出率。由于压力拱存在煤柱所受的力不是上覆岩层到地表的全部重量，而是所述压力拱下方的岩体重量，上述公式中的所述H应为所述压力拱高度H′，即：其中，f为普氏系数，W0为工作斜面长，h0为采高，为岩体的内摩擦角。可选的，所述水文地质条件评价，包括：根据各个钻孔含水层厚度参数，绘制研究区域含水层厚度等值线图，得到含水层厚度以及主采煤层与上覆水体之间隔水层厚度的特征结果；根据含水层厚度、钻孔单位涌水量、渗透系数、粘土层所占底部含水层比例4个参数，基于物元可拓模型，得到含水层富水性等级。可选的，所述导水裂隙带发育高度在计算时，根据岩石抗压强度将煤层顶板分别划分为煤层顶板上覆岩层类型为坚硬、煤层顶板上覆岩层类型为中硬、煤层顶板上覆岩层类型为软弱以及煤层顶板上覆岩层类型为极软弱四种情况计算。可选的，所述可开采区域，直接进行开采；所述不宜开采区域，减小采高实行限高开采或分层开采，根据所述导水裂隙带发育高度、水体采动等级和所述水体允许采动破坏程度确定是否满足所述安全需求，若仍不满足所述安全需求，采用所述短壁机械化开采实现煤水双资源型矿井开采。可选的，所述直接进行开采，实行长壁大采高开采。可选的，所述短壁机械化开采实现煤水双资源型矿井开采中，保证煤柱屈服区宽度和屈服煤柱宽度匹配，避免临界煤柱的出现。可选的，所述短壁机械化开采实现煤水双资源型矿井开采中，所述屈服煤柱能够支撑所述压力拱下方的覆岩，所述压力拱为整个区段回采完之后形成的最大稳定压力拱。从上面所述可以看出，本专利技术提供的一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式，使用根据导水裂隙带发育高度、水体采动等级和水体允许采动破坏程度划分可开采区域与不宜开采区域，所述可开采区域，直接进行开采；所述不宜开采区域，减小采高实行限高开采或分层开采，重新根据所述导水裂隙带发育高度、水体采动等级和所述水体允许采动破坏程度进行分区评价，若仍不满足安全需求，可采用短壁机械化开采实现煤水双资源型矿井开采。所述短壁机械化开采是以短工作面为主要特征，设备投资少，出煤快，矿山压力显现较弱，对上覆岩层破坏规模、导水裂隙带高度、地表下沉程度的影响均减小；所述限高开采或分层开采是一种控制采厚的采煤方法，其覆岩的垮落带高度和裂隙带高度比一次采全高要小很多，对含水层下安全采煤十分有利。在以往单纯追求煤炭开采效率情况下所述短壁机械化开采、限高开采、分层开采一直不受重视。以一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式代替传统的仅采用长壁大采高开采，以解决目前采煤技术中对于生态环境的污染问题。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，下面将对实施例所需要的附图做简要介绍，显而易见地，下面中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的其他技术人员来讲，在不断付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式的开采方法优化流程图；图2为本专利技术实施例一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式的薄基岩区第四系松散层总厚度图；图3为本专利技术实施例一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式的薄基岩区第四系松散层底界面标高等值线图；图4为本专利技术实施例一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式的第四系松散层沉积物钻孔对比图；图5为本专利技术实施例一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式的松散层底部含水层厚度分布规律；图6为本专利技术实施例一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式的富水性等级分区图；图7为本专利技术实施例一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式的基岩厚度等值线图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。作为一个实施例，本专利技术提供的一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式。一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式，包括：步骤101：根据水文地质条件确定水体采动等级和水体允许采动破坏程度；根据累积采厚确定导水裂隙带发育高度。可选的，对所述水文地质条件进行评价，包括：根据各个钻孔含水层厚度参数，绘制研究区域含水层厚度等值线图，得到含水层厚度以及主采煤层与上覆水体之间隔水层厚度的特征结果；根据含水层厚度、钻孔单位涌水量、渗透系数、粘土层所占底部含水层比例4个参数，基于物元可拓模型，得到含水层富水性等级。可选的，所述导水裂隙带发育高度在计算时，根据岩石抗压强度将煤层顶板分别划分为煤层顶板上覆岩层类型为坚硬、煤层顶板上覆岩层类型为中硬、煤层顶板上覆岩层类型为软弱以及煤层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式，其特征在于，包括：根据水文地质条件确定水体采动等级和水体允许采动破坏程度；根据累积采厚确定导水裂隙带发育高度；根据所述导水裂隙带发育高度、水体采动等级和所述水体允许采动破坏程度划分开采区域：没有波及到上覆水体或波及到弱富水体划分为可开采区域，波及到中等及强富水体划分为不宜开采区域，根据所述划分开采区域确定开采模式；在所述不宜开采区域仍不满足安全需求的情况下，采用短壁机械化开采，其中满足所述安全需求是指工作面涌水量不影响正常生产；若选择所述短壁机械化开采，在安全系数计算中将煤层埋深置换为压力拱高度计算，通过所述安全系数确定所述短壁机械化开采的采宽留宽；根据所述开采模式进行不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采。

【技术特征摘要】
1.一种不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式，其特征在于，包括：根据水文地质条件确定水体采动等级和水体允许采动破坏程度；根据累积采厚确定导水裂隙带发育高度；根据所述导水裂隙带发育高度、水体采动等级和所述水体允许采动破坏程度划分开采区域：没有波及到上覆水体或波及到弱富水体划分为可开采区域，波及到中等及强富水体划分为不宜开采区域，根据所述划分开采区域确定开采模式；在所述不宜开采区域仍不满足安全需求的情况下，采用短壁机械化开采，其中满足所述安全需求是指工作面涌水量不影响正常生产；若选择所述短壁机械化开采，在安全系数计算中将煤层埋深置换为压力拱高度计算，通过所述安全系数确定所述短壁机械化开采的采宽留宽；根据所述开采模式进行不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采。2.根据权利要求1所述的不改变覆岩水文地质条件的煤水双资源矿井开采模式，其特征在于，所述安全系数计算，包括：其中，F为安全系数，σp为煤柱强度，σa为作用在煤柱上的应力。在传统的计算作用在煤柱上的应力时，采用的公式是：其中，γ为上覆岩层平均容量，25KN/m3；H为所述煤层埋深；Re为采出率。由于压力拱存在煤柱所受的力不是上覆岩层到地表的全部重量，而是所述压力拱下方的岩体重量，上述公式中的所述H应为所述压力拱高度H′，即：其中，f为普氏系数，W0为工作斜面长，h0为采高，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：武强，申建军，胡荣杰，刘守强，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，安徽省皖北煤电集团有限责任公司，滨州学院，
类型：发明
国别省市：北京,11