一种蹬空开采可行性的定量判定方法

文档序号:5336001阅读:486来源:国知局
专利名称:一种蹬空开采可行性的定量判定方法
技术领域
本发明属于一种纟,开采可行性的判定方纟去,具^^及一种蹬空开采可行性的定量判定方法。二背景技术
目前,国内夕卜关于蹬空开采可行性的判定方法仅能借鉴上行开采的技术割牛与 判定方法,即比f鼓脂岐、"三带"判别法、围岩平衡法。(1) 比值判别法。蹬空开采能否成功,主要取决于两层煤层间距与下部所采煤层 的厚度之比(采动影响倍数)。当下部煤层开采后,蹬空开采的可行性可用比值K 的大小判别,艮P:K = ! (1)式中H —上下煤层之间的垂距,m;M —下煤层采高,m。我国iiT开采的生产实aS研究证明,当下部煤层开采后,比值1(>7.5时,先 采下部煤层可以不影响在上煤层内进行正常准备和回采。(2) "三带"判别法。蹬空开采是先开采下部煤层,其上覆岩层稳定后,再开始 开3Lh部煤层,当下部煤层开采后,采空区上覆岩层必然产生移动变形,产生冒落 带、裂隙带、弯曲下沉带。当上下煤层的层间距小于或等于下煤层冒落带的高度时, 上煤层结构将遭到严重破坏,无法进行蹬空开采;当上下煤层间距小于或等于裂隙 带高度时,上煤层结构只发生中等程度的破坏,采取一定安全措施后,可正常进行蹬空开采;当上下煤层间距大于下煤层的裂隙带高度时,上煤层只发生^j本移动, 结构不受破坏,可正常进行蹬空开采;上煤层的开舰该在下煤层开采弓胞的岩层 移动稳定之后进行。(3)围岩平衡法。蹬空开采破坏了上覆岩层的原始应力平衡状态,必然引起上覆 岩层的横向及纵向变形与破坏。上覆岩层的横向及纵向剪切变形贝懷现为煤层发生 台阶错动,破坏煤层结构,后者是影响蹬空开竊大障碍。控制岩层台阶错动,就 是采场围岩力系平衡问题。采场上覆岩條垂直方向分为冒落带、裂隙带及弯曲下 沉带。从围岩平衡的观点,可以分为非平衡带(即冒落带)、部分平衡带(相当于裂 隙带下位岩层)、平衡带(相当于裂隙带的下位岩层a的岩层)。沿走向可分为原 始应力区、 ^!撑区、离层区、重新压实区及稳定区。裂隙带的上位岩层形麟 M&il覆岩层~"压实的奸石为支撑体系的岩层结构, 一般,岩层自身可形成不发 生台阶错动的平衡岩层结构。裂隙带的下位岩层形成以"^^"支架~5干石"为支 撑体系的岩层结构,这种岩层结构在支架参与下,可获得平衡。采场上覆岩层中具 有一定厚度而^t较高的岩层,制采场上覆岩层移动的关键。在回采过程中,能 够形成不发生台阶错动的平衡岩层结构的岩层称为平衡岩层,设从下煤层顶板至平 衡岩层顶板的高度叫围岩平衡高度,则其蹬空开采的基本准则是当上覆岩层中有 坚硬岩层时,上煤层位于距下煤层最近的平衡岩层之上;当采场上覆岩层均为软岩 时,上煤层应位于裂隙带内,上煤层的开采应在下煤层开采弓胞的岩层稳定之后进 行。蹬空开采必要的层间距Hb为 尺_1式中^e^下煤层的采高,m;Kl石碎胀系数,h一衡岩层本身高度,m。以上所述的三种方法是基于半定性半定量的经验方法来判定蹬空开采的可行 性,而且是针对上行开采的,但上行开釆又与蹬空开采开采劍牛不尽相同,所以用这些方法判定出的结果也会有所偏差。
发明内容
本发明就是要解决现有蹬空开采可行性判定方法中存在的仅能依靠半定性半定 量的经验方^^判定,判定结果有所偏差的问题。本发明M31以下技术方案实现 一种蹬空开采可行性的定量判定方法,主要步骤 如下第1步结合矿区i顿柱状图进行钻 L取芯,从而进一步明确蹬空状态煤层 与下部已彩某层之间的岩层纟賊情况,并将这些岩层统一编号,第2步从下部煤 层往上确定覆岩中的控制岩层〗體,第3步,确定下部煤层采空区的尺度,比棘 空区沿煤层走向和倾向的水平最大尺度max/:和max/g ,取二者的最小值为采空区悬空跨度,,第4步,计算斜空制岩层的破断距"比较控制岩层的破断距"与采空 区悬空跨度/ ,若">/,贝何以进行蹬空开采。本发明与现有技斜目比具有以下有益效果蹬空开采可行性的定量判定方法简单,易于工禾MA员掌握运用,在实现安全生产的frn下,提高了纟,的采出率,节省了大量资金,有效合理的利用了不可再生的资源,该判定方辦十对蹬空开采的具 体开采割牛,充分考虑妾啱层结构,能够定量的、针对性的判断蹬空开采的可行性。
具体实施方式
-对于种种原因造,留有蹬空状态煤层的'itr,其下部煤层采空区与蹬空状态 煤层之间一般由多个厚度不一、tM各异的岩层组成。处于蹬空状态的煤层是否适 宜于蹬空开姓要取决于这些中间岩层是否可以形成一定的结构。 一种蹬空开采可行性的定量判定方法步骤如下第1步结合矿区地质柱状图进行钻孔取芯,从而进一步明确蹬空状态煤层与 下部已采煤层之间的岩层组成情况,并将这些岩层统一编号。X寸于厚度松小的岩层, 可作为软弱蝶处理;对于厚度较大或特厚岩层,根据沉积过程中形成的天然节理, 可人为进行分层。因为在实际观测中,有时离层也在特厚岩层内部产生,从而形成 两个^^动的单元; 一般情况下,均以自然层面作为分层的界线。第2步从下部煤层往上确定覆岩中的控制岩恩立置。所谓控制岩层,是指那些 在 中不发生垮落的组^层单元中起控制作用的岩层,换言之,即与上部岩层 变形协调而与下部岩层变形不协调的岩层。假设第1层岩层为控制岩层,其上直至第m层岩层与之协调变形,而第m+l层岩层不与之协调变形,则第m+l层岩层是 第2层控制岩层。结合组合梁理论,知控制岩层位置的判别公式为加 ff <formula>formula see original document page 6</formula>分别为第i岩层的厚度、容重、弹性模量(i^,2,…,m, m+l)具体判别时,从下部煤层上方第1层岩层开始,往上逐层计算当满叙(l)贝杯 ^!主上计算,此时从第1层岩层往上,第m+l层岩层为第1层控制岩层。从第1层 控制岩层开始,按JlM方法确定第2层控制岩层的位置,以此类推,直至确定出蹬空状态煤层下部#±—层控制岩贯设为第n层控制岩层)。通3W"控制岩层位置的 判别,得到了覆岩中控制岩层^S及其所控软岩层组。第3步,确定下部煤层采空区的尺度。比棘空区沿煤层走向和倾向的7K平最 大Kifmax"和max",取二者的最小值为采空区悬空跨度/ 。第4步,计算雜制岩层的破断距/4 ,比较控制岩层的破断距4与采空区悬空 跨度/滩定蹬空开采的可行性。魁更岩层破断是在弹性基础上板的破断问题,但为 了简化计算,控制岩层破断距采用两端固支梁模型计算,贝勝k层控制岩层破断距lk可按式(2)计算。 <formula>formula see original document page 7</formula>,规空状态煤层下面的最顶部控制岩层(第n层控制岩层)往下逐层计算。首 先计算/ ,若/ >/,则此处可以进行蹬空开采。若/"/,则需要把第n层控制岩层 破断后作为载荷加到第n-l层控制岩层上,重fH十算L,依次类推直至有/4>/, 则可以进行蹬空开采。即蹬空开采可行性的判断依据为<formula>formula see original document page 7</formula> (3)式中hk—第k层控制岩层的厚度;式中HK-第k层控制岩层的厚度;q广第k 层控制岩层所承受的载荷(当k+l层岩层的破断距4+1 </小于采空区悬空跨度/时, "要考虑k+l层岩层破断后弓胞的载荷)。200710139265.X说明书第6/7页山西焦煤西山煤电集团公司白家庄矿上世纪90年fWl 6#煤层开采了下部8#煤层,目前6#煤层蹬空,M31以上方法判断目前6,层蹬空开采的可行性。(l湖确蹬空煤层与下部已彩某层之间的岩层组微况 (2)从下部煤层往上确定覆岩中的控制岩层^g。由于8#煤层开采后上部的石灰岩层(第一层)显然是一层控制岩层,以下从第 二层逐层纟±±判断。<formula>formula see original document page 8</formula>从以上判断,第三层是第二层控制岩层。(3)确定下部煤层采空区的形状与尺寸8#煤层刀柱采区悬空跨度 / = min(max/2,max/》=15附。(4針算粉空制岩层的破断距并判断可行性, MS(2)步可知,共有两层控制岩层,先计算l2:其中关键是q2,由组合梁理论<formula>formula see original document page 9</formula>计算如下:<formula>formula see original document page 9</formula>,可见此处可以进行蹬空开采。实践中该处也确实已成功的进行了蹬空开采。
权利要求
1、一种蹬空开采可行性的定量判定方法,其特征是主要步骤如下第1步结合矿区地质柱状图进行钻孔取芯,从而进一步明确蹬空状态煤层与下部已采煤层之间的岩层组成情况,并将这些岩层统一编号,第2步从下部煤层往上确定覆岩中的控制岩层位置,第3步,确定下部煤层采空区的尺度,比较采空区沿煤层走向和倾向的水平最大尺度maxlz和maxlq,取二者的最小值为采空区悬空跨度l,第4步,计算各控制岩层的破断距lk,比较控制岩层的破断距lk与采空区悬空跨度l,若lk>l,则可以进行蹬空开采。
全文摘要
一种蹬空开采可行性的定量判定方法,主要步骤如下第1步结合矿区地质柱状图进行钻孔取芯,从而进一步明确蹬空状态煤层与下部已采煤层之间的岩层组成情况,并将这些岩层统一编号,第2步从下部煤层往上确定覆岩中的控制岩层位置,第3步,取采空区沿煤层走向和倾向的水平最大尺度maxl<sub>z</sub>和maxl<sub>q</sub>的最小值为采空区悬空跨度l,第4步,计算各控制岩层的破断距l<sub>k</sub>,比较控制岩层的破断距l<sub>k</sub>与采空区悬空跨度l,若l<sub>k</sub>>l,则可以进行蹬空开采。蹬空开采可行性的定量判定方法针对蹬空开采的具体开采条件,充分考虑到岩层结构,能够定量的、针对性的判断蹬空开采的可行性。在实现安全生产的前提下,提高了煤矿的采出率,节省了大量资金,有效合理的利用了不可再生的资源。
文档编号E21C41/16GK101109283SQ20071013926
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者冯国瑞, 冯泽坤, 康立勋, 杨双锁, 王鲜霞, 郝兵元 申请人:太原理工大学
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