一種水體下固體充填開采設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種水體下固體充填開采設(shè)計(jì)方法，建立了一套完整的水體下固體充填開采的設(shè)計(jì)方法，包括：保護(hù)水體水文地質(zhì)特征分析、采動(dòng)等級與允許的采動(dòng)程度評估、安全煤巖柱的類型與保護(hù)水體允許的覆巖導(dǎo)水裂隙帶最大高度的確定、水體所能承受的最大采高與采空區(qū)臨界充實(shí)率的設(shè)計(jì)、利用井下鉆孔電阻率法測試覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度等相關(guān)方法，在具體礦區(qū)水體下固體充填開采防水煤巖柱尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，通過合理設(shè)計(jì)固體充填開采工作面的采空區(qū)充實(shí)率，控制導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度和滿足要求的保護(hù)帶厚度，其方法簡單，易操作，準(zhǔn)確性高，可提高充填效果，避免充填成本過高，具有廣泛的實(shí)用性。
【專利說明】一種水體下固體充填開采設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水體下固體充填采煤設(shè)計(jì)方法，尤其是一種適用于河流、湖海下煤炭資源的開采設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]我國煤礦尤其是華東地區(qū)煤礦水文條件均比較復(fù)雜，受水體危害的煤炭資源儲(chǔ)量巨大。國內(nèi)的120余條較大河流下及微山湖、太湖、渤海等湖海下都有豐富的煤炭資源，僅處于龍口礦區(qū)的渤海海濱壓煤約12億t。在華北、東北和華東平原地區(qū)普遍被第四系的松散含水砂層覆蓋，這些地區(qū)煤田的淺部開采都存在含水層下采煤的問題。水體下煤炭資源開采，難點(diǎn)在于控制采煤引起的覆巖破壞程度確保水體資源的保護(hù)，即:使得采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度不波及到水體而避免水資源的破壞和礦井水災(zāi)。在眾多水體下安全采煤技術(shù)途徑中，固體充填采煤方法是高采出率開采煤炭和全面控制覆巖破壞程度、大幅度縮小導(dǎo)水裂縫帶高度的最有效措施之一。
[0003]在一定的地質(zhì)采礦條件下,采空區(qū)固體充填的充實(shí)率決定了固體充填開采覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度。固體充填開采充實(shí)率設(shè)計(jì)過低，可能會(huì)造成導(dǎo)水裂隙帶波及水體或沒有足夠的保護(hù)帶厚度；反之，充實(shí)率設(shè)計(jì)過高，雖然可獲得更高的安全可靠性，但將增大充填技術(shù)和管理難度，并造成充填矸石消耗量大和人力物力的浪費(fèi)，特別是對一些矸石供應(yīng)量較少的礦區(qū)，造成矸石材料供應(yīng)的緊張局面。在具體礦區(qū)水體下固體充填開采防水煤巖柱尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮礦區(qū)自身的條件，應(yīng)通過合理設(shè)計(jì)固體充填開采工作面的采空區(qū)充實(shí)率，控制導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度和滿足要求的保護(hù)帶厚度，既要滿足水體下保護(hù)性開采的安全需要，又不要為追求過高的安全系數(shù)而造成人力物力的浪費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)中存在的問題，提供一種方法簡單、安全可靠的用于水體下固體充填采煤的設(shè)計(jì)方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的水體下固體充填開采設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟:
[0006]a.根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際水體下煤層的水文地質(zhì)信息，分析保護(hù)水體的類型、流態(tài)、規(guī)模、賦存條件、水文地質(zhì)特征，按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》確定保護(hù)水體的采動(dòng)等級與允許的采動(dòng)程度；
[0007]b.確定安全煤巖柱的類型與保護(hù)水體允許的覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度Hli，通過公式；
[0008]IIn = 20λ/?λ7+10,式中:σ M為煤層累計(jì)采高；
[0009]c.根據(jù)nmin= l_Mmax/M反演計(jì)算臨界充實(shí)率；式中:nmin為采空區(qū)需要達(dá)到的最小充實(shí)率，M為煤層設(shè)計(jì)采高，反演計(jì)算出保護(hù)水體所能承受的最大采高M(jìn)max ；
[0010]d.選擇固體充填材料、配合固體充填采煤工藝、控制工作面采煤量與采空區(qū)充填量措施，從而控制充實(shí)率；
[0011]e.在固體充填開采實(shí)施過程中，通過井下鉆孔電阻率法測試覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度Hli;
[0012]f.根據(jù)覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度Hli的結(jié)果，及時(shí)調(diào)整控制采空區(qū)的充實(shí)率。
[0013]有益效果:本發(fā)明的建立了一套完整的水體下固體充填開采的設(shè)計(jì)方法，包括:保護(hù)水體水文地質(zhì)特征分析、采動(dòng)等級與允許的采動(dòng)程度評估、安全煤巖柱的類型與保護(hù)水體允許的覆巖導(dǎo)水裂隙帶最大高度的確定、水體所能承受的最大采高與采空區(qū)臨界充實(shí)率的設(shè)計(jì)、利用井下鉆孔電阻率法測試覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度等相關(guān)方法，可在具體礦區(qū)水體下固體充填開采防水煤巖柱尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮礦區(qū)自身的條件，應(yīng)通過合理設(shè)計(jì)固體充填開采工作面的采空區(qū)充實(shí)率，控制導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度和滿足要求的保護(hù)帶厚度，既要滿足水體下保護(hù)性開采的安全需要，又不要為追求過高的安全系數(shù)而造成人力物力的浪費(fèi)，其方法簡單，易操作，準(zhǔn)確性高，可提高充填效果，避免充填成本過高，具有廣泛的實(shí)用性。

【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1、本發(fā)明的水體下固體充填開采設(shè)計(jì)方法，具體步驟如下:
[0015]a.根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際水體下煤層的水文地質(zhì)信息，某礦第四系含水層平均厚度為20.70m，直接位于基巖上方，巖性復(fù)雜，由礫石、砂礫、粘土礫石、粗砂、中砂等組成，無穩(wěn)定的粘性隔水層，富水性強(qiáng)，基巖平均厚度為23.5m,以砂質(zhì)頁巖為主，煤層平均厚度為3.0m,煤層設(shè)計(jì)采高3.0m，依據(jù)《規(guī)程》第50條規(guī)定，礦區(qū)的水體采動(dòng)等級為I級，為頂板防水安全煤巖柱，不允許導(dǎo)水裂隙帶波及到水體，即導(dǎo)水裂隙帶高度不能大于23.5m。
[0016]b.為了進(jìn)一步保證水體下固體充填采煤的安全，結(jié)合導(dǎo)水裂隙帶高度不能大于23.5m的要求，最終確定保護(hù)水體所允許的覆巖導(dǎo)水裂隙帶最大高度為28m，根據(jù)《規(guī)程》附錄六中給出的導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算方法:?ΙΗ=2(φ-- + 10，其中Hli為導(dǎo)水裂隙帶高度
28m, Σ M為累計(jì)采厚，此處Σ M = Mmax。據(jù)此反演計(jì)算可得到保護(hù)水體所能承受的最大采高M(jìn)max 為 0.81m。
[0017]d.已知煤層設(shè)計(jì)采高M(jìn)為3.0m,因此采空區(qū)的臨界充實(shí)率為nmin = l_Mmax/M =1-0.81/3.0 = 0.73，即固體充填采空區(qū)充實(shí)率不能低于0.73，才能滿足保護(hù)水體的保護(hù)等級要求；
[0018]e.固體充填材料為地面洗選砰石,控制加工之后的砰石粒徑小于50mm ;選用綜合機(jī)械化固體充填采煤工藝；控制工作面每采出It煤，至少充填1.3t矸石，通過以上措施來達(dá)到控制充實(shí)率不能低于0.73 ；
[0019]f.在固體充填開采實(shí)施過程中，使用井下鉆孔電阻率法測試覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度，具體方法為:在工作面巷道中施工若干個(gè)鉆孔，在鉆孔和風(fēng)(機(jī))巷道中布置電極，采用并行電阻率法進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，根據(jù)鉆孔電阻率成像和孔巷電法聯(lián)合反演電阻率成像，來監(jiān)測覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度；
[0020]g.根據(jù)鉆孔電阻率法測試覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度的結(jié)果，及時(shí)反饋并調(diào)整控制采空區(qū)的充實(shí)率。
【權(quán)利要求】
1.一種水體下固體充填開采設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟: a.根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際水體下煤層的水文地質(zhì)信息，分析保護(hù)水體的類型、流態(tài)、規(guī)模、賦存條件、水文地質(zhì)特征，按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》確定保護(hù)水體的采動(dòng)等級與允許的采動(dòng)程度； b.確定安全煤巖柱的類型與保護(hù)水體允許的覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度Hli，通過公式； Hh = 20%/ΣΜ +10，式中:Σ M為煤層累計(jì)采高； c.根據(jù)Hmin=l_Mmax/M反演計(jì)算臨界充實(shí)率；式中:Jlmin為采空區(qū)需要達(dá)到的最小充實(shí)率，M為煤層設(shè)計(jì)采高，反演計(jì)算出保護(hù)水體所能承受的最大采高M(jìn)max ； d.選擇固體充填材料、配合固體充填采煤工藝、控制工作面采煤量與采空區(qū)充填量措施，從而控制充實(shí)率； e.在固體充填開采實(shí)施過程中，通過井下鉆孔電阻率法測試覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度Hli； f.根據(jù)覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度Hli的結(jié)果，及時(shí)調(diào)整控制采空區(qū)的充實(shí)率。
【文檔編號】E21C50/00GK104074541SQ201410291416
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】黃艷利, 張吉雄, 郭帥, 孫強(qiáng), 周楠, 王旭峰 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)