一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法和系统技术方案

本申请提供了一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法和系统。该方法包括：确定煤层群开采矿井采空区内需留设煤柱；基于预设安全条件确定所述留设煤柱的安全尺寸；其中，所述预设安全条件包括：防止煤柱失稳安全条件、防止煤柱发生冲击地压安全条件、隔离采空区安全条件以及减小对相邻煤层影响的安全条件；基于所述留设煤柱的安全尺寸，对所述留设煤柱在本煤层以及相邻煤层进行安全论证。籍此，以有效指导煤层群开采矿井采空区内的煤柱留设，保证煤层群的安全开采。煤层群的安全开采。煤层群的安全开采。

【技术实现步骤摘要】
一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法和系统


[0001]本申请涉及煤矿开采
，特别涉及一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法和系统。

技术介绍

[0002]煤层群开采在大多数矿区普遍存在，煤层群开采相互扰动诱发冲击地压的情况发生频率较高，其中，上覆遗留煤柱集中应力诱发冲击地压的现象最为典型。近年来，随着开采深度的增加，煤层群开采上覆遗留煤柱集中应力诱发下伏煤层冲击地压发生的频次也随之增加，严重影响了矿井安全生产和煤炭能源供应。
[0003]在煤层群开采矿井采空区内如果留设煤柱时，煤层群开采矿井采空区内煤柱留设的尺寸是否合理，主要表现在两个方面：一是煤柱留设以后煤层发生冲击地压是否可控，二是煤柱留设以后对邻层影响是否可控。然而，目前已有的冲击地压危险性评价方法针对掘进工作面和回采工作面，对遗留煤柱进行防冲安全开采的论证尚未见成熟的方法，因此不能获得“能否保障安全开采”的结论。
[0004]为此，针对上述工程技术难题，需要提出一种有效的技术解决方案。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
[0006]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：本申请提供了一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法，包括：确定煤层群开采矿井采空区内需留设煤柱；基于预设安全条件确定所述留设煤柱的安全尺寸；其中，所述预设安全条件包括：防止煤柱失稳安全条件、防止煤柱发生冲击地压安全条件、隔离采空区安全条件以及减小对相邻煤层影响的安全条件；基于所述留设煤柱的安全尺寸，对所述留设煤柱在本煤层以及相邻煤层进行安全论证。
[0007]优选的，所述确定煤层群开采矿井采空区内需留设煤柱包括：基于预设留设指标，根据所述煤层群开采矿井的地质条件以及开采条件，确定煤层群开采矿井采空区内是否需留设煤柱；其中，所述地质条件包括：采空区内待留设煤柱区域的煤层厚度、煤层倾角、冲击地压发生的历史数据、冲击倾向性数据、所述煤层群开采矿井的开采深度、所述煤层群开采矿井内钻孔柱状图及其地质构造；所述开采条件包括：待留设煤柱区域的四邻煤层的开采数据、待留设煤柱两侧工作面宽度以及周边巷道的留底煤厚度；所述预设留设指标包括：是否需要隔离采空区涌水、是否需要隔离采空区有毒有害气体、是否可以完全回采煤柱。
[0008]优选的，所述基于预设安全条件确定所述留设煤柱的安全尺寸包括：将待留设煤柱区域从所述留设煤柱边缘至采空区深度方向，依次划分为所述破裂区域、所述塑性区域、弹性区域以及原岩应力区域；对预先建立的煤层群开采矿井模型进行开采数值模拟，得到所述煤层群开采矿井在工作面回采完成后采空区周围的应力分布，确定所述留设煤柱下方被原岩应力等值线包络的应力增大区域为煤柱应力扰动区；基于预设安全条件，根据划分的所述破裂区域、所述塑性区域、所述弹性区域、所述原岩应力区域以及所述煤柱应力扰动区，确定所述留设煤柱的安全尺寸。
[0009]优选的，所述确定所述留设煤柱的安全尺寸包括：按照：确定所述留设煤柱的安全尺寸；式中，为所述防止煤柱失稳安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；为所述隔离采空区安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；为所述防止煤柱发生冲击地压安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；为所述减小对邻层影响的安全条件下所述留设煤柱的最大尺寸，；l为所述煤层群开采矿井中塑性区域的宽度。
[0010]优选的，按照：确定所述防止煤柱失稳安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；其中，为所述留设煤柱两侧工作面斜长；为所述煤层群开采矿井中的岩层移动角；为所述煤层群开采矿井中冒落带顶部到地表的距离；为所述煤层群开采矿井中上覆层岩的容重；为所述煤层群开采矿井中煤体的单轴抗压强度；按照：确定所述隔离采空区安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；其中，为所述煤层群开采矿井中的煤层厚度；为所述煤层群开采矿井中隔离采空区中水头压力；为所述煤层群开采矿井中煤的抗拉强度；按照：确定所述防止煤柱发生冲击地压安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸。
[0011]优选的，所述基于所述留设煤柱的安全尺寸，对所述留设煤柱在本煤层以及相邻煤层进行安全论证，包括：基于综合指数法，对所述留设煤柱影响下本煤层以及相邻煤层发生冲击地压的可
控性进行评估，以确定本煤层以及相邻煤层发生冲击地压的危险等级。
[0012]优选的，按照：优选的，按照：优选的，按照：确定本煤层以及相邻煤层发生冲击地压的危险等级；其中，为预先确定的采矿地质因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数，表示采矿地质因素的序号，,表示采矿地质因素的数量，本申请中，。为每一项采矿地质因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数的最大值；表示预先确定的采矿技术因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数，表示采矿技术因素的数量，，表示采矿技术因素的数量，本申请中，。
[0013]优选的，所述采矿地质因素包括同一水平煤层冲击地压发生历史、开采深度、上覆裂隙带内坚硬厚层岩层距煤层的距离、开采区域内构造应力集中程度、顶板岩层厚度特征参数、煤的单轴抗压强度、煤的弹性能指数；所述采矿技术因素包括：保护层的卸压程度、工作面距上保护层开采遗留的煤柱的水平距离、工作面与临近采空区的关系、工作面长度、区段煤柱宽度、留底煤厚度、向采空区掘进的巷道，停掘位置与采空区的距离、向采空区推进的工作面，停采线与采空区的距离、向落差大于3米的断层推进的工作面或巷道，工作面或迎头与断层的距离、向煤层倾角距离变化的向斜或背斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与其之 间的距离、向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道，与煤层变化部分的距离。
[0014]本申请还提供一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设系统，包括：判断单元，配置为确定煤层群开采矿井采空区内需留设煤柱；煤柱尺寸确定单元，配置为基于预设安全条件确定所述留设煤柱的安全尺寸；其中，所述预设安全条件包括：防止煤柱失稳安全条件、防止煤柱发生冲击地压安全条件、隔离采空区安全条件以及减小对相邻煤层影响的安全条件；安全论证单元，配置为基于所述留设煤柱的安全吃尺寸，对所述留设煤柱在本煤层以及相邻煤层进行安全论证。
[0015]有益效果：本申请提出的煤层群开采矿井采空区内煤柱留设的技术方案中，首先对煤层群开采矿井采空区内是否需留设煤柱，在确定需要留设煤柱时，基于预设的安全条件（防止煤柱失稳安全条件、防止煤柱发生冲击地压安全条件、隔离采空区安全条件以及减小对相邻煤层影响的安全条件）确定留设煤柱的安全尺寸；然后，基于留设煤柱的安全尺寸，实现对留设煤柱在本煤层以及相邻煤层进行安全论证。籍此，以有效指导煤层群开采矿井采空区内
的煤柱留设，保证煤层群的安全开采。
附图说明
[0016]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：图1为根据本申请的一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法，其特征在于，包括：确定煤层群开采矿井采空区内需留设煤柱；基于预设安全条件确定所述留设煤柱的安全尺寸；其中，所述预设安全条件包括：防止煤柱失稳安全条件、防止煤柱发生冲击地压安全条件、隔离采空区安全条件以及减小对相邻煤层影响的安全条件；基于所述留设煤柱的安全尺寸，对所述留设煤柱在本煤层以及相邻煤层进行安全论证。2.根据权利要求1所述的煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法，其特征在于，所述确定煤层群开采矿井采空区内需留设煤柱包括：基于预设留设指标，根据所述煤层群开采矿井的地质条件以及开采条件，确定煤层群开采矿井采空区内是否需留设煤柱；其中，所述地质条件包括：采空区内待留设煤柱区域的煤层厚度、煤层倾角、冲击地压发生的历史数据、冲击倾向性数据、所述煤层群开采矿井的开采深度、所述煤层群开采矿井内钻孔柱状图及其地质构造；所述开采条件包括：待留设煤柱区域的四邻煤层的开采数据、待留设煤柱两侧工作面宽度以及周边巷道的留底煤厚度；所述预设留设指标包括：是否需要隔离采空区涌水、是否需要隔离采空区有毒有害气体、是否可以完全回采煤柱。3.根据权利要求1所述的煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法，其特征在于，所述基于预设安全条件确定所述留设煤柱的安全尺寸包括：将待留设煤柱区域从所述留设煤柱边缘至采空区深度方向，依次划分为所述破裂区域、所述塑性区域、弹性区域以及原岩应力区域；对预先建立的煤层群开采矿井模型进行开采数值模拟，得到所述煤层群开采矿井在工作面回采完成后采空区周围的应力分布，确定所述留设煤柱下方被原岩应力等值线包络的应力增大区域为煤柱应力扰动区；基于预设安全条件，根据划分的所述破裂区域、所述塑性区域、所述弹性区域、所述原岩应力区域以及所述煤柱应力扰动区，确定所述留设煤柱的安全尺寸。4.根据权利要求3所述的煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法，其特征在于，所述确定所述留设煤柱的安全尺寸包括：按照：确定所述留设煤柱的安全尺寸；式中，为所述防止煤柱失稳安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；为所述隔离采空区安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；为所述防止煤柱发生冲击地压安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；为所述减小对邻层影响的安全条件下所述留设煤柱的最大尺寸，；l为所述煤层群开采矿井中塑性区域的宽度。5.根据权利要求4所述的煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法，其特征在于，按照：
确定所述防止煤柱失稳安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；其中，为所述留设煤柱两侧工作面斜长；为所述煤层群开采矿井中的岩层移动角；为所述煤层群开采矿井中冒落带顶部到地表的距离；为所述煤层群开采矿井中上覆层岩的容重；为所述煤层群开采矿井中煤体的单轴抗压强度；按...

【专利技术属性】
技术研发人员：史先锋，刘金海，陈文晨，许士奎，王鹏，屈云龙，郭启彬，刘彦斐，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：