一种源头减弱采动地裂缝发育的煤柱间隔错式工作面布局方法技术

本发明专利技术公开了一种源头减弱采动地裂缝发育的煤柱间隔错式工作面布局方法，其包括以下步骤：步骤1.确定所要开采区域的上煤层工作面、下煤层工作面的整体布局形式；步骤2.确定上煤层工作面、下煤层工作面采用的采煤方法、采煤工艺、巷道布置、采空区处理方法、工作面走向长度、工作面倾向长度、采高；步骤3.确定间隔煤柱宽度；步骤4.构建实质反映上煤层工作面、下煤层工作面生产地质条件的数值模拟计算模型以及监测获取煤层开采过程中的地表沉陷数据，并绘制地表沉陷曲线；步骤5.根据工作面布局方式，确定上煤层工作面、下煤层工作面的开采顺序，形成采煤系统、掘进系统、运输系统、通风系统、排水系统。排水系统。排水系统。

【技术实现步骤摘要】
一种源头减弱采动地裂缝发育的煤柱间隔错式工作面布局方法


[0001]本专利技术属于采动损害与生态修复领域，具体是一种源头减弱采动地裂缝发育的煤柱间隔错式工作面布局方法。

技术介绍

[0002]采动地裂缝是煤层开采诱发的一种典型矿山地质灾害，是地下煤层开采扰动和地表移动变形综合作用的具体体现。采动地裂缝诱发的山体滑坡、危岩崩塌等灾害已经成为矿业工程防灾减灾与生态环境保护学科的科技前沿和亟需解决的突出难题。
[0003]目前关于采动地裂缝的治理措施主要分为三类：一是，表层回填法。例如一种促进矿区采动地表裂缝带植被恢复的水土保持方法(CN 105453977 A)，提出了填埋裂缝
→
测量裂缝两侧植被退化面积
→
确定植被种植数量
→
形成植被绿化带；煤矿台阶状塌陷的修复方法(CN 107461196 B)，对台阶状塌陷的根部裂缝进行扩口、回填和注浆，实现对台阶状塌陷的坡度修正和堆填处理。二是，充填法。一种高水材料地裂缝充填系统及充填治理方法(CN 103321228 B)，利用充填系统将高水材料注入裂缝内，覆土夯实并进行植被绿化。基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填系统及方法(CN 109184784 A)，实现了一边采煤、一边利用自移式综采液压支架将煤矸石同步充填到采空区的方法。三是，平整法。一种山区煤矿地面变形应急治理办法(CN 111946391 A)，根据山区坡体变形的运动形式，将坡体变形区划分为上部牵引区、中部下沉区和下部推移区。通过在上部牵引区和中部下沉区的过渡地带挖设阻断槽，实现对上部牵引区崩塌土体的阻断，切断土体力的传递和变形方向，以此为应急治理赢得时间。一种裂缝塌陷土地平整方法(CN 110984119 A)，将裂缝分为平整裂缝和错台裂缝，平整裂缝两侧或者错台裂缝较低一侧开挖表土层，然后填充防渗材料，形成防渗层，填回原土形成回覆层。
[0004]可见关于采动地裂缝治理或减弱的方法，基本围绕充填、注浆、平整等方法开展，本质是采动地裂缝发育后的事后补救措施，均不能从根本上解决问题。传统方法存在以下缺点与不足：
[0005](1)以上关于采动地裂缝治理方法是事后补救措施，本质是在采动地裂缝发育后基础上，对采动地裂缝进行的人工改造，不能减弱采动地裂缝发育的规模和尺度；
[0006](2)充填、注浆、覆土都需要较多的人财物，工序多、周期长，会对采动地裂缝周围环境造成二次人工扰动。此外，这些方法的应用具有一定局限性，难以应用于山区、丘陵等地表起伏变化大、交通不便、工程实施地点难以行人等地区。
[0007]采动地裂缝发育的本质是煤层开采引起的地表移动变形超过了表土层强度，进而引起表土层破坏。因此，为减弱采动地裂缝发育，就需要控制煤层开采引起的地表移动变形。而地表移动变形的本质因素是井下工作面布局方法、采煤工艺。因此从井下工作面布局方法、采煤工艺的源头寻求减弱采动地裂缝发育是当前亟需解决的重要课题。可见亟需提出一种源头减弱采动地裂缝发育的新方法，对绿色矿山建设意义重大。

技术实现思路

[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种源头减弱采动地裂缝发育的煤柱间隔错式工作面布局方法，其包括以下步骤：
[0009]步骤1.根据煤层发育情况、地质构造、水文地质、瓦斯、煤尘生产地质条件，结合采掘工程平面图、井上下对照图，确定所要开采区域的上煤层工作面、下煤层工作面的整体布局形式；
[0010]步骤2.结合矿井开采设计说明书，确定上煤层工作面、下煤层工作面采用的采煤方法、采煤工艺、巷道布置、采空区处理方法、工作面走向长度、工作面倾向长度、采高；
[0011]步骤3.确定间隔煤柱宽度；
[0012]步骤4.根据上煤层工作面、下煤层工作面的整体布局方式，采用数值模拟、理论计算手段，结合上煤层工作面、下煤层工作面的生产地质条件、岩层物理力学参数，构建实质反映上煤层工作面、下煤层工作面生产地质条件的数值模拟计算模型以及监测获取煤层开采过程中的地表沉陷数据，并绘制地表沉陷曲线；
[0013]步骤5.根据工作面布局方式，确定上煤层工作面、下煤层工作面的开采顺序，形成采煤系统、掘进系统、运输系统、通风系统、排水系统。
[0014]进一步，作为优选，所述步骤1中，其包括两种整体布局形式：煤柱间隔外错式与煤柱间隔内错式；所述煤柱间隔外错式与煤柱间隔内错式呈反向布局。
[0015]进一步，作为优选，所述煤柱间隔外错式中，
[0016]上煤层工作面倾向长度小于下煤层工作面倾向长度；
[0017]上煤层布置工作面，被划分为一段；下煤层布置工作面被划分为两段，且分别对应布置下煤层工作面第一段与下煤层工作面第二段；
[0018]下煤层工作面第一段和下煤层工作面第二段之间留设有下煤层间隔煤柱；
[0019]且，下煤层工作面第一段、下煤层工作面第二段的两端外错于上煤层工作面。
[0020]进一步，作为优选，所述煤柱间隔内错式中，
[0021]上煤层工作面倾向长度大于下煤层工作面倾向长度；
[0022]上煤层布置工作面被划分为两段，分别对应布置上煤层工作面第一段与上煤层工作面第二段；下煤层布置工作面，被划分为一段；
[0023]上煤层工作面第一段和上煤层工作面第二段之间留设有上煤层间隔煤柱；
[0024]且，下煤层工作面的两端内错于上煤层工作面。
[0025]进一步，作为优选，所述步骤3中，
[0026]根据工作面布局方式，以煤层赋存生产地质条件、岩层物理力学参数为基础资料，建立数值计算模型，研究分析不同间隔煤柱宽度时的应力分布；
[0027]根据应力分布特点，遵循节约资源、安全高效、利于巷道长久通畅的原则，确定间隔煤柱宽度的合理取值。
[0028]进一步，作为优选，还包括：
[0029]采用煤柱宽度计算表达式，理论计算确定煤柱宽度，结合数值模拟结果，确定间隔煤柱宽度最终取值。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0031](1)相比工作面的传统布局方式，通过合理布局上煤层工作面、下煤层工作面及确
定间隔煤柱宽度，地表沉陷系数由0.95～1下降至0.6～0.7，地表沉陷程度显著减弱，地表下沉曲线更平缓，地表沉陷量显著减小。工作面煤柱间隔错式布局方法显著减弱了地表损害程度，源头减弱了地裂缝发育的规模与尺度。
[0032](2)不同于传统方法，工作面煤柱间隔错式布局方法为根本性措施，，无需额外的人财物，通过制定工作面布局方案和开采设计方案，显著降低了地裂缝治理成本，具有良好的社会效益与环境效益，对当前绿色矿山建设具有重要现实意义。
附图说明
[0033]图1是工作面煤柱间隔内错式布局方法示意图；
[0034]图2是工作面煤柱间隔外错式布局方法示意图；
[0035]图3是某矿8号煤层和9号煤层的工作面煤柱间隔外错式布局示意图；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种源头减弱采动地裂缝发育的煤柱间隔错式工作面布局方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤1.根据煤层发育情况、地质构造、水文地质、瓦斯、煤尘生产地质条件，结合采掘工程平面图、井上下对照图，确定所要开采区域的上煤层工作面(5)、下煤层工作面(4)的整体布局形式；步骤2.结合矿井开采设计说明书，确定上煤层工作面(5)、下煤层工作面(4)采用的采煤方法、采煤工艺、巷道布置、采空区处理方法、工作面走向长度、工作面倾向长度、采高；步骤3.确定间隔煤柱宽度；步骤4.根据上煤层工作面(5)、下煤层工作面(4)的整体布局方式，采用数值模拟、理论计算手段，结合上煤层工作面、下煤层工作面的生产地质条件、岩层物理力学参数，构建实质反映上煤层工作面(5)、下煤层工作面(4)生产地质条件的数值模拟计算模型以及监测获取煤层开采过程中的地表沉陷数据，并绘制地表沉陷曲线；步骤5.根据工作面布局方式，确定上煤层工作面(5)、下煤层工作面(4)的开采顺序，形成采煤系统、掘进系统、运输系统、通风系统、排水系统。2.根据权利要求1所述的一种源头减弱采动地裂缝发育的煤柱间隔错式工作面布局方法，其特征在于：所述步骤1中，其包括两种整体布局形式：煤柱间隔外错式与煤柱间隔内错式；所述煤柱间隔外错式与煤柱间隔内错式呈反向布局。3.根据权利要求2所述的一种源头减弱采动地裂缝发育的煤柱间隔错式工作面布局方法，其特征在于：所述煤柱间隔外错式中，上煤层工作面(5)倾向长度小于下煤层工作面(4)倾向长度；上...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱恒忠，陈绍杰，臧传伟，尹大伟，张广超，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：