專利名稱：一種蹬空開采可行性的定量判定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種纟，開采可行性的判定方纟去，具^^及一種蹬空開采可行性的定量判定方法。二背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)夕卜關(guān)于蹬空開采可行性的判定方法僅能借鑒上行開采的技術(shù)割牛與 判定方法，即比f(wàn)鼓脂岐、"三帶"判別法、圍巖平衡法。(1) 比值判別法。蹬空開采能否成功，主要取決于兩層煤層間距與下部所采煤層 的厚度之比(采動(dòng)影響倍數(shù))。當(dāng)下部煤層開采后，蹬空開采的可行性可用比值K 的大小判別，艮P:K = ! (1)式中H —上下煤層之間的垂距，m;M —下煤層采高，m。我國(guó)iiT開采的生產(chǎn)實(shí)aS研究證明，當(dāng)下部煤層開采后，比值1(>7.5時(shí)，先 采下部煤層可以不影響在上煤層內(nèi)進(jìn)行正常準(zhǔn)備和回采。(2) "三帶"判別法。蹬空開采是先開采下部煤層，其上覆巖層穩(wěn)定后，再開始 開3Lh部煤層，當(dāng)下部煤層開采后，采空區(qū)上覆巖層必然產(chǎn)生移動(dòng)變形，產(chǎn)生冒落 帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。當(dāng)上下煤層的層間距小于或等于下煤層冒落帶的高度時(shí)， 上煤層結(jié)構(gòu)將遭到嚴(yán)重破壞，無法進(jìn)行蹬空開采；當(dāng)上下煤層間距小于或等于裂隙 帶高度時(shí)，上煤層結(jié)構(gòu)只發(fā)生中等程度的破壞，采取一定安全措施后，可正常進(jìn)行蹬空開采；當(dāng)上下煤層間距大于下煤層的裂隙帶高度時(shí)，上煤層只發(fā)生^j本移動(dòng)， 結(jié)構(gòu)不受破壞，可正常進(jìn)行蹬空開采；上煤層的開艦該在下煤層開采弓胞的巖層 移動(dòng)穩(wěn)定之后進(jìn)行。(3)圍巖平衡法。蹬空開采破壞了上覆巖層的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)，必然引起上覆 巖層的橫向及縱向變形與破壞。上覆巖層的橫向及縱向剪切變形貝懷現(xiàn)為煤層發(fā)生 臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)，破壞煤層結(jié)構(gòu)，后者是影響蹬空開竊大障礙。控制巖層臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)，就 是采場(chǎng)圍巖力系平衡問題。采場(chǎng)上覆巖條垂直方向分為冒落帶、裂隙帶及彎曲下 沉帶。從圍巖平衡的觀點(diǎn)，可以分為非平衡帶(即冒落帶)、部分平衡帶(相當(dāng)于裂 隙帶下位巖層)、平衡帶(相當(dāng)于裂隙帶的下位巖層a的巖層)。沿走向可分為原 始應(yīng)力區(qū)、 ^!撐區(qū)、離層區(qū)、重新壓實(shí)區(qū)及穩(wěn)定區(qū)。裂隙帶的上位巖層形麟 M&il覆巖層~"壓實(shí)的奸石為支撐體系的巖層結(jié)構(gòu)， 一般，巖層自身可形成不發(fā) 生臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)的平衡巖層結(jié)構(gòu)。裂隙帶的下位巖層形成以"^^"支架~5干石"為支 撐體系的巖層結(jié)構(gòu)，這種巖層結(jié)構(gòu)在支架參與下，可獲得平衡。采場(chǎng)上覆巖層中具 有一定厚度而^t較高的巖層，制采場(chǎng)上覆巖層移動(dòng)的關(guān)鍵。在回采過程中，能 夠形成不發(fā)生臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)的平衡巖層結(jié)構(gòu)的巖層稱為平衡巖層，設(shè)從下煤層頂板至平 衡巖層頂板的高度叫圍巖平衡高度，則其蹬空開采的基本準(zhǔn)則是當(dāng)上覆巖層中有 堅(jiān)硬巖層時(shí)，上煤層位于距下煤層最近的平衡巖層之上；當(dāng)采場(chǎng)上覆巖層均為軟巖 時(shí)，上煤層應(yīng)位于裂隙帶內(nèi)，上煤層的開采應(yīng)在下煤層開采弓胞的巖層穩(wěn)定之后進(jìn) 行。蹬空開采必要的層間距Hb為 尺_(dá)1式中^e^下煤層的采高，m;Kl石碎脹系數(shù)，h一衡巖層本身高度，m。以上所述的三種方法是基于半定性半定量的經(jīng)驗(yàn)方法來判定蹬空開采的可行 性，而且是針對(duì)上行開采的，但上行開釆又與蹬空開采開采劍牛不盡相同，所以用這些方法判定出的結(jié)果也會(huì)有所偏差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是要解決現(xiàn)有蹬空開采可行性判定方法中存在的僅能依靠半定性半定 量的經(jīng)驗(yàn)方^^判定，判定結(jié)果有所偏差的問題。本發(fā)明M31以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種蹬空開采可行性的定量判定方法，主要步驟 如下第1步結(jié)合礦區(qū)i頓柱狀圖進(jìn)行鉆 L取芯，從而進(jìn)一步明確蹬空狀態(tài)煤層 與下部已彩某層之間的巖層纟賊情況，并將這些巖層統(tǒng)一編號(hào)，第2步從下部煤 層往上確定覆巖中的控制巖層〗體，第3步，確定下部煤層采空區(qū)的尺度，比棘 空區(qū)沿煤層走向和傾向的水平最大尺度max/:和max/g ，取二者的最小值為采空區(qū)懸空跨度,，第4步，計(jì)算斜空制巖層的破斷距"比較控制巖層的破斷距"與采空 區(qū)懸空跨度/ ，若">/，貝何以進(jìn)行蹬空開采。本發(fā)明與現(xiàn)有技斜目比具有以下有益效果蹬空開采可行性的定量判定方法簡(jiǎn)單，易于工禾MA員掌握運(yùn)用，在實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的frn下，提高了纟,的采出率，節(jié)省了大量資金，有效合理的利用了不可再生的資源，該判定方辦十對(duì)蹬空開采的具 體開采割牛，充分考慮妾啱層結(jié)構(gòu)，能夠定量的、針對(duì)性的判斷蹬空開采的可行性。
四具體實(shí)施方式
-對(duì)于種種原因造，留有蹬空狀態(tài)煤層的'itr，其下部煤層采空區(qū)與蹬空狀態(tài) 煤層之間一般由多個(gè)厚度不一、tM各異的巖層組成。處于蹬空狀態(tài)的煤層是否適 宜于蹬空開姓要取決于這些中間巖層是否可以形成一定的結(jié)構(gòu)。 一種蹬空開采可行性的定量判定方法步驟如下第1步結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)柱狀圖進(jìn)行鉆孔取芯，從而進(jìn)一步明確蹬空狀態(tài)煤層與 下部已采煤層之間的巖層組成情況，并將這些巖層統(tǒng)一編號(hào)。X寸于厚度松小的巖層， 可作為軟弱蝶處理；對(duì)于厚度較大或特厚巖層，根據(jù)沉積過程中形成的天然節(jié)理， 可人為進(jìn)行分層。因?yàn)樵趯?shí)際觀測(cè)中，有時(shí)離層也在特厚巖層內(nèi)部產(chǎn)生，從而形成 兩個(gè)^^動(dòng)的單元； 一般情況下，均以自然層面作為分層的界線。第2步從下部煤層往上確定覆巖中的控制巖恩立置。所謂控制巖層，是指那些 在 中不發(fā)生垮落的組^層單元中起控制作用的巖層，換言之，即與上部巖層 變形協(xié)調(diào)而與下部巖層變形不協(xié)調(diào)的巖層。假設(shè)第1層巖層為控制巖層，其上直至第m層巖層與之協(xié)調(diào)變形，而第m+l層巖層不與之協(xié)調(diào)變形，則第m+l層巖層是 第2層控制巖層。結(jié)合組合梁理論，知控制巖層位置的判別公式為加 ff <formula>formula see original document page 6</formula>分別為第i巖層的厚度、容重、彈性模量(i^，2,…，m， m+l)具體判別時(shí)，從下部煤層上方第1層巖層開始，往上逐層計(jì)算當(dāng)滿敘(l)貝杯 ^!主上計(jì)算，此時(shí)從第1層巖層往上，第m+l層巖層為第1層控制巖層。從第1層 控制巖層開始，按JlM方法確定第2層控制巖層的位置，以此類推，直至確定出蹬空狀態(tài)煤層下部#±—層控制巖貫設(shè)為第n層控制巖層)。通3W"控制巖層位置的 判別，得到了覆巖中控制巖層^S及其所控軟巖層組。第3步，確定下部煤層采空區(qū)的尺度。比棘空區(qū)沿煤層走向和傾向的7K平最 大Kifmax"和max"，取二者的最小值為采空區(qū)懸空跨度/ 。第4步，計(jì)算雜制巖層的破斷距/4 ，比較控制巖層的破斷距4與采空區(qū)懸空 跨度/灘定蹬空開采的可行性?？鼛r層破斷是在彈性基礎(chǔ)上板的破斷問題，但為 了簡(jiǎn)化計(jì)算，控制巖層破斷距采用兩端固支梁模型計(jì)算，貝勝k層控制巖層破斷距l(xiāng)k可按式(2)計(jì)算。 <formula>formula see original document page 7</formula>,規(guī)空狀態(tài)煤層下面的最頂部控制巖層(第n層控制巖層)往下逐層計(jì)算。首 先計(jì)算/ ，若/ >/，則此處可以進(jìn)行蹬空開采。若/"/，則需要把第n層控制巖層 破斷后作為載荷加到第n-l層控制巖層上，重fH十算L，依次類推直至有/4>/， 則可以進(jìn)行蹬空開采。即蹬空開采可行性的判斷依據(jù)為<formula>formula see original document page 7</formula> (3)式中hk—第k層控制巖層的厚度；式中HK－第k層控制巖層的厚度；q廣第k 層控制巖層所承受的載荷(當(dāng)k+l層巖層的破斷距4+1 </小于采空區(qū)懸空跨度/時(shí)， "要考慮k+l層巖層破斷后弓胞的載荷)。200710139265.X說明書第6/7頁(yè)山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司白家莊礦上世紀(jì)90年fWl 6#煤層開采了下部8#煤層，目前6#煤層蹬空，M31以上方法判斷目前6，層蹬空開采的可行性。(l湖確蹬空煤層與下部已彩某層之間的巖層組微況 (2)從下部煤層往上確定覆巖中的控制巖層^g。由于8#煤層開采后上部的石灰?guī)r層(第一層)顯然是一層控制巖層，以下從第 二層逐層纟±±判斷。<formula>formula see original document page 8</formula>從以上判斷，第三層是第二層控制巖層。(3)確定下部煤層采空區(qū)的形狀與尺寸8#煤層刀柱采區(qū)懸空跨度 / = min(max/2，max/》=15附。(4針?biāo)惴劭罩茙r層的破斷距并判斷可行性， MS(2)步可知，共有兩層控制巖層，先計(jì)算l2:其中關(guān)鍵是q2，由組合梁理論<formula>formula see original document page 9</formula>計(jì)算如下:<formula>formula see original document page 9</formula>,可見此處可以進(jìn)行蹬空開采。實(shí)踐中該處也確實(shí)已成功的進(jìn)行了蹬空開采。
權(quán)利要求
1、一種蹬空開采可行性的定量判定方法，其特征是主要步驟如下第1步結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)柱狀圖進(jìn)行鉆孔取芯，從而進(jìn)一步明確蹬空狀態(tài)煤層與下部已采煤層之間的巖層組成情況，并將這些巖層統(tǒng)一編號(hào)，第2步從下部煤層往上確定覆巖中的控制巖層位置，第3步，確定下部煤層采空區(qū)的尺度，比較采空區(qū)沿煤層走向和傾向的水平最大尺度maxlz和maxlq，取二者的最小值為采空區(qū)懸空跨度l，第4步，計(jì)算各控制巖層的破斷距l(xiāng)k，比較控制巖層的破斷距l(xiāng)k與采空區(qū)懸空跨度l，若lk＞l，則可以進(jìn)行蹬空開采。
全文摘要
一種蹬空開采可行性的定量判定方法，主要步驟如下第1步結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)柱狀圖進(jìn)行鉆孔取芯，從而進(jìn)一步明確蹬空狀態(tài)煤層與下部已采煤層之間的巖層組成情況，并將這些巖層統(tǒng)一編號(hào)，第2步從下部煤層往上確定覆巖中的控制巖層位置，第3步，取采空區(qū)沿煤層走向和傾向的水平最大尺度maxl_z和maxl_q的最小值為采空區(qū)懸空跨度l，第4步，計(jì)算各控制巖層的破斷距l(xiāng)_k，比較控制巖層的破斷距l(xiāng)_k與采空區(qū)懸空跨度l，若l_k＞l，則可以進(jìn)行蹬空開采。蹬空開采可行性的定量判定方法針對(duì)蹬空開采的具體開采條件，充分考慮到巖層結(jié)構(gòu)，能夠定量的、針對(duì)性的判斷蹬空開采的可行性。在實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的前提下，提高了煤礦的采出率，節(jié)省了大量資金，有效合理的利用了不可再生的資源。
文檔編號(hào)E21C41/16GK101109283SQ20071013926
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者馮國(guó)瑞, 馮澤坤, 康立勛, 楊雙鎖, 王鮮霞, 郝兵元 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)