开采补偿控制方法技术

本发明专利技术属于地下工程安全技术领域，公开了一种开采补偿控制方法。所述方法包括：利用智能钻进设备对巷道围岩进行数字钻进测试，获取所述巷道围岩的随钻参数；根据所述巷道围岩的随钻参数，确定所述巷道围岩的抗拉强度；根据所述巷道围岩的顶板垮落矸石初始碎胀系数、碎胀拟合系数和碎胀时长，确定所述巷道围岩的顶板垮落矸石碎胀系数；根据所述巷道围岩的抗拉强度、所述顶板垮落矸石碎胀系数、预先获取的开采面积和采矿体积，确定巷道顶板的切顶参数；基于所述切顶参数，对所述巷道顶板进行定向预裂切缝，利用垮落碎胀的矸石对采空区进行补偿。本发明专利技术可实现深部煤炭资源的绿色安全开采。采。采。

【技术实现步骤摘要】
开采补偿控制方法


[0001]本申请涉及地下工程安全
，特别是涉及一种开采补偿控制方法。

技术介绍

[0002]目前我国常用的采煤方法为长壁采煤法，该方法开采工作1个工作面，需要提前掘进2条回采巷道，分别用于煤炭运输和工作面通风，并需留设1个煤柱，用于维护下一工作面回采巷道的稳定性。长壁采煤法广泛应用于煤炭开采，但是在煤炭开采过程中会形成大范围的采空区，易产生地表不均匀沉降等环境损伤，不利于生态保护。针对上述问题，亟需一种开采补偿控制方法。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种开采补偿控制方法。
[0004]第一方面，提供了一种开采补偿控制方法，所述方法包括：利用智能钻进设备对巷道围岩进行数字钻进测试，获取所述巷道围岩的随钻参数；根据所述巷道围岩的随钻参数和预设的钻头参数，确定所述巷道围岩的抗拉强度；根据所述巷道围岩的顶板垮落矸石初始碎胀系数、预设的碎胀拟合系数和碎胀时长，确定所述巷道围岩的顶板垮落矸石碎胀系数；根据所述巷道围岩的抗拉强度、所述顶板垮落矸石碎胀系数、预先获取的开采面积和预先获取的采矿体积，确定巷道顶板的切顶参数；在超前工作面预设距离，基于所述切顶参数，对所述巷道顶板进行定向预裂切缝，利用垮落矸石的碎胀效应对上覆岩层进行开采补偿。
[0005]作为一种可选的实施方式，所述随钻参数包括钻进速度、钻进扭矩、钻头转速和钻进压力，所述预设的钻头参数包括钻头半径和钻头切削刃长度，所述根据所述巷道围岩的随钻参数和预设的钻头参数，确定所述巷道围岩的和抗拉强度的公式为：；其中，表示抗拉强度，V表示钻进速度，N表示钻头转速，M表示钻进扭矩，F表示钻进压力，μ表示钻头切削刃与孔底岩石间的摩擦系数，R
c
表示钻头半径，l表示钻头切削刃长度，α表示第一拟合系数，β表示第二拟合系数。
[0006]作为一种可选的实施方式，所述根据所述巷道围岩的顶板垮落矸石初始碎胀系数、预设的碎胀拟合系数和碎胀时长，确定所述巷道围岩的顶板垮落矸石碎胀系数的公式为：
；其中，K表示顶板垮落矸石碎胀系数，K0表示顶板垮落矸石初始碎胀系数，α表示预设的碎胀拟合系数，t表示碎胀时长。
[0007]作为一种可选的实施方式，开采活动会导致采空区顶板的岩层中出现垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，采矿引起的地表沉降损伤变量、裂隙带岩层裂隙损伤变量和垮落矸石碎胀损伤变量之和等于1，具体的公式为：；其中，ΔV
S
表示地表沉降变化体积，ΔV
C
表示岩层裂隙增加体积，ΔV
B
表示垮落矸石碎胀体积，ΔV
m
表示采矿体积，ΔV
S
/ΔV
m
表示地表沉降损伤变量，ΔV
c
/ΔV
m
表示裂隙带岩层裂隙损伤变量，ΔV
B
/ΔV
m
表示垮落矸石碎胀损伤变量。
[0008]作为一种可选的实施方式，所述方法利用岩体的碎胀特性可以实现顶板垮落矸石碎胀体积和所述采矿体积的平衡，即ΔV
B
=ΔV
m
，ΔV
C
=0，ΔV
S
=0，其中，ΔV
S
表示地表沉降变化体积，ΔV
C
表示岩层裂隙增加体积。
[0009]作为一种可选的实施方式，所述切顶参数包括切顶高度、切顶角度、孔间距和装药量，所述根据所述巷道围岩的抗拉强度、所述顶板垮落矸石碎胀系数、预先获取的开采面积和预先获取的采矿体积，确定巷道顶板的切顶参数，包括：根据所述预先获取的采矿体积，确定垮落矸石碎胀体积；根据所述垮落矸石碎胀体积、所述顶板垮落矸石碎胀系数和所述预先获取的开采面积，确定所述切顶高度；根据所述抗拉强度，确定所述切顶角度、所述孔间距和所述装药量。
[0010]作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：采用高预应力吸能的锚杆和锚索对所述巷道顶板进行开挖补偿控制，所述锚杆和所述锚索具有高强、高延伸率和高吸能的特性，可以对所述巷道顶板施加高预应力。
[0011]作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：在采煤工作面推进后，在所述工作面后方，对巷道施加临时支护和挡矸支护，所述临时支护采用单体液压支架，所述挡矸支护采用切顶护帮支架、挡矸网和可伸缩U型钢或约束混凝土支架、所述挡矸网和所述可伸缩U型钢。
[0012]作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：待采空区顶板垮落完成后，撤出临时支护，并对矸石巷帮喷射封闭材料防止漏风。
[0013]作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：所述定向预裂切缝为利用岩体的抗压不抗拉特性，对所述巷道顶板按照预定方向张拉断裂形成切缝，切断采空区顶板和所述巷道顶板之间的矿山压力传递。
[0014]第二方面，提供了一种开采补偿控制装置，所述装置包括：获取模块，用于利用智能钻进设备对巷道围岩进行数字钻进测试，获取所述巷道围岩的随钻参数；第一确定模块，用于根据所述巷道围岩的随钻参数和预设的钻头参数，确定所述巷道围岩的抗拉强度；
第二确定模块，用于根据所述巷道围岩的顶板垮落矸石初始碎胀系数、预设的碎胀拟合系数和碎胀时长，确定所述巷道围岩的顶板垮落矸石碎胀系数；第三确定模块，用于根据所述巷道围岩的抗拉强度、所述顶板垮落矸石碎胀系数、预先获取的开采面积和预先获取的采矿体积，确定巷道顶板的切顶参数；第一切缝模块，用于在超前工作面预设距离，基于所述切顶参数，对所述巷道顶板进行定向预裂切缝，利用垮落矸石的碎胀效应对上覆岩层进行开采补偿。
[0015]作为一种可选的实施方式，所述切顶参数包括切顶高度、切顶角度、孔间距和装药量，所述第三确定模块，具体用于：根据所述预先获取的采矿体积，确定垮落矸石碎胀体积；根据所述垮落矸石碎胀体积、所述顶板垮落矸石碎胀系数和所述预先获取的开采面积，确定所述切顶高度；根据所述抗拉强度，确定所述切顶角度、所述孔间距和所述装药量。
[0016]作为一种可选的实施方式，所述装置还包括：控制模块，用于采用高预应力吸能的锚杆和锚索对所述巷道顶板进行开挖补偿控制，所述锚杆和所述锚索具有高强、高延伸率和高吸能的特性，可以对所述巷道顶板施加高预应力。
[0017]作为一种可选的实施方式，所述装置还包括：施加模块，用于在采煤工作面推进后，在所述工作面后方，对巷道施加临时支护和挡矸支护，所述临时支护采用单体液压支架，所述挡矸支护采用切顶护帮支架、挡矸网和可伸缩U型钢或约束混凝土支架、所述挡矸网和所述可伸缩U型钢。
[0018]作为一种可选的实施方式，所述装置还包括：撤出模块，用于待所述采空区顶板垮落完成后，撤出所述临时支护，并对矸石巷帮喷射封闭材料防止漏风作为一种可选的实施方式，所述装置还包括：第二切缝模块，用于所述定向预裂切缝为利用岩体的抗压不抗拉特性，对所述巷道顶板按照预定方向张拉断裂形成切缝，切断采空区顶板和所述巷道顶板之间的矿山压力传递。
[0019]第三方面，提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开采补偿控制方法，其特征在于，所述方法包括：利用智能钻进设备对巷道围岩进行数字钻进测试，获取所述巷道围岩的随钻参数；根据所述巷道围岩的随钻参数和预设的钻头参数，确定所述巷道围岩的抗拉强度；根据所述巷道围岩的顶板垮落矸石初始碎胀系数、预设的碎胀拟合系数和碎胀时长，确定所述巷道围岩的顶板垮落矸石碎胀系数；根据所述巷道围岩的抗拉强度、所述顶板垮落矸石碎胀系数、预先获取的开采面积和预先获取的采矿体积，确定巷道顶板的切顶参数；在超前工作面预设距离，基于所述切顶参数，对所述巷道顶板进行定向预裂切缝，利用垮落矸石的碎胀效应对上覆岩层进行开采补偿。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随钻参数包括钻进速度、钻进扭矩、钻头转速和钻进压力，所述预设的钻头参数包括钻头半径和钻头切削刃长度，所述根据所述巷道围岩的随钻参数和预设的钻头参数，确定所述巷道围岩的抗拉强度的公式为：；其中，表示抗拉强度，V表示钻进速度，N表示钻头转速，M表示钻进扭矩，F表示钻进压力，μ表示钻头切削刃与孔底岩石间的摩擦系数，R
c
表示钻头半径，l表示钻头切削刃长度，α表示第一拟合系数，β表示第二拟合系数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述巷道围岩的顶板垮落矸石初始碎胀系数、预设的碎胀拟合系数和碎胀时长，确定所述巷道围岩的顶板垮落矸石碎胀系数的公式为：；其中，K表示顶板垮落矸石碎胀系数，K0表示顶板垮落矸石初始碎胀系数，α表示预设的碎胀拟合系数，t表示碎胀时长。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，开采活动会导致采空区顶板的岩层中出现垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，采矿引起的地表沉降损伤变量、裂隙带岩层裂隙损伤变量和垮落矸石碎胀损伤变量之和等于1，具体的公式为：；其中，ΔV
S
表示地表沉降变化体积，ΔV
C
表示岩层裂隙增加体积，ΔV
B
表示垮落矸石碎胀体积，ΔV
m
表示采矿体积，ΔV
S
/ΔV
m
表示地表沉降损伤变量，ΔV
c
/ΔV
m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，江贝，吴文瑞，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：