一种采动减损分区控制方法与流程

1.本发明涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种采动减损分区控制方法。


背景技术：

2.现有技术中的采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法主要包括如下步骤：将采区划分为若干个采煤工作面，采煤工作面之间留设隔离煤柱，在保证覆岩主关键层不发生破断的情况下确定采煤工作面的开采宽度为100-200m，在保证相邻工作面注浆充填开采后隔离煤柱具有足够稳定性的条件下设定隔离煤柱的宽度b为40-80m；在采煤工作面开采之前，依次在若干个采煤工作面上方的地表向煤层方向施工若干组注浆钻孔，每组注浆钻孔为一个注浆钻孔和一个辅助注浆钻孔，同一个采煤工作面内相邻两组注浆钻孔之间的距离为100-200m；按常规开采工艺逐一对所有采煤工作面进行开采，当采煤工作面开采至距主注浆钻孔10-30m时，通过主注浆钻孔向采煤工作面上方岩层中的离层带内注入粉煤灰浆体；当采煤工作面开采至距辅注浆钻孔10-30m时，通过辅注浆钻孔向采煤工作面上方岩层中的离层带内注入粉煤灰浆体，如此循环，直至完成采区隔离注浆充填采煤。
3.现有技术中采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法中分区是指在不同位置的离层区，通过留设煤柱来实现隔离。现有技术中，为保障覆岩主关键层不发生破断需要将工作面宽度确定为100-200m，这将增加工作面的搬家次数，无形中降低了生产效率，且与现有的高产高效大工作面开采理念不符，同时留设的煤柱降低了煤炭资源的采出率。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供采动减损分区控制方法，在浅埋高强度开采情况下分区减小开切眼和停采线对应地表的沉陷坡度，减少这两个区域的永久地裂缝的宽度和条数，从而降低地表损伤程度，实现高效开采地下煤炭资源的同时最大程度上减小地表损伤。
5.为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种采动减损分区控制方法，具体包括如下步骤：s01、根据开采区域地质勘探资料，确定地表损伤控制层层位、厚度及物理力学参数。s02、根据地表损伤控制层层位、厚度及物理力学参数确定地表损伤控制层的初次破断跨距。s03、确定地表损伤控制层初次破断跨距中点与开切眼之间的距离。s04、沿工作面推进方向从开切眼位置开始对采空区进行注浆充填，充填距离为开切眼至地表损伤控制层初次破断跨距的中点之间的距离。
7.根据本发明的采动减损分区控制方法，通过精确地确定地表损伤控制层层位、厚度和物理学参数，计算出沿工作面推进方向从开切眼位置开始对采空区进行注浆充填的充填距离，从而全方位确保减小开切眼对应地表附近区域岩土层的沉陷坡度，减小风积砂层和含水层的损伤程度，减小这两个区域的永久地裂缝的宽度和条数，从而降低地表损伤程度，实现高效开采地下煤炭资源的同时最大程度上减小地表损伤。
8.对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
9.根据本发明的采动减损分区控制方法，在一个优选的实施方法中，力学参数包括地表损伤控制层的抗拉强度和地表损伤控制层的上覆载荷。
10.根据上述物理力学参数，能够确保精确计算出地表损伤控制层的初次破断跨距。
11.具体地，在一个优选的实施方法中，在步骤s02中，地表损伤控制层的初次破断跨距其中，h为地表损伤控制层的厚度，r
t
为地表损伤控制层的抗拉强度，q为地表损伤控制层的上覆载荷。
12.根据上述计算公式，能够快速精确地计算出地表损伤控制层的初次破断跨距。
13.具体地，在一个优选的实施方法中，在步骤s03中，地表损伤控制层初次破断跨距中点与开切眼之间的距离其中，h为地表损伤控制层和煤层之间的间距，φ为岩层的平均破断角。
14.根据上述计算公式，能够快速精确地计算出地表损伤控制层初次破断跨距中点与开切眼之间的距离。
15.进一步地，在一个优选的实施方法中，在步骤s04中，采取由厚到薄变高度的充填方式。
16.采用上述从厚到薄的变高度充填方式，能够很好地对开切眼对应地表附近区域岩土层的沉陷部分起到支撑作用，从而极大程度上减小该区域岩土层的沉陷坡度。
17.进一步地，在一个优选的实施方法中，本发明的方法还包括步骤s05、在距工作面停采线预设距离的位置开始沿工作面推进方向在采空区进行注浆充填。
18.通过上述步骤，能够全方位确保减小停采线对应地表附近区域岩土层的沉陷坡度，进一步减小风积砂层和含水层的损伤程度，减小这两个区域的永久地裂缝的宽度和条数，从而降低地表损伤程度，实现高效开采地下煤炭资源的同时最大程度上减小地表损伤。
19.进一步地，在一个优选的实施方法中，在步骤s05中，填充距离与开切眼至地表损伤控制层初次破断跨距的中点之间的距离相等。
20.上述填充距离的控制方式，能够有效简化工人的施工工艺，提高施工效率。
21.进一步地，在一个优选的实施方法中，在步骤s05中，采取由薄到厚变高度的充填方式。
22.采用上述从厚到薄的变高度充填方式，能够很好地对停采线对应地表附近区域岩土层的沉陷部分起到支撑作用，从而极大程度上减小该区域岩土层的沉陷坡度。
23.相比现有技术，本发明的优点在于：在浅埋高强度开采情况下分区减小开切眼和停采线对应地表的沉陷坡度，减少这两个区域的永久地裂缝的宽度和条数，从而降低地表损伤程度，实现高效开采地下煤炭资源的同时最大程度上减小地表损伤。
附图说明
24.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
25.图1示意性显示了未充填地表损伤控制层初次破断地表沉陷情况；
26.图2示意性显示了未充填地表损伤控制层多次周期破断地表沉陷情况；
27.图3示意性显示了分区变高度充填后地表损伤控制层多次周期破断地表沉陷情况。
具体实施方式
28.下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
29.图1示意性显示了未充填地表损伤控制层初次破断地表沉陷情况。图2示意性显示了未充填地表损伤控制层多次周期破断地表沉陷情况。图3示意性显示了分区变高度充填后地表损伤控制层多次周期破断地表沉陷情况。
30.如图1至图3所示，本发明实施例的采动减损分区控制方法，具体包括如下步骤：s01、根据开采区域地质勘探资料，确定地表损伤控制层3层位、厚度h及物理力学参数。s02、根据地表损伤控制层3层位、厚度h及物理力学参数确定地表损伤控制层3的初次破断跨距l。s03、确定地表损伤控制层3初次破断跨距l中点与开切眼之间的距离d。s04、沿工作面推进方向从开切眼位置开始对采空区4进行注浆充填，充填距离为开切眼至地表损伤控制层3初次破断跨距的中点之间的距离d。
31.根据本发明实施例的采动减损分区控制方法，通过精确地确定地表损伤控制层层位、厚度和物理学参数，计算出沿工作面推进方向从开切眼位置开始对采空区进行注浆充填的充填距离，从而全方位确保减小开切眼对应地表附近区域岩土层的沉陷坡度，减小风积砂层1和含水层2的损伤程度，减小这两个区域的永久地裂缝的宽度和条数，从而降低地表损伤程度，实现高效开采地下煤炭资源的同时最大程度上减小地表损伤。
32.如图3所示，进一步地，在本实施例中，在步骤s04中，采取由厚到薄变高度的充填方式形成充填体5。采用上述从厚到薄的变高度充填方式，能够很好地对开切眼对应地表附近区域岩土层的沉陷部分起到支撑作用，从而极大程度上减小该区域岩土层的沉陷坡度。
33.具体地，在本实施例中，力学参数包括地表损伤控制层3的抗拉强度和地表损伤控制层3的上覆载荷。根据上述物理力学参数，能够确保精确计算出地表损伤控制层的初次破断跨距。具体地，在本实施例中，在步骤s02中，地表损伤控制层3的初次破断跨距其中，h为地表损伤控制层的厚度，r
t
为地表损伤控制层的抗拉强度，q为地表损伤控制层的上覆载荷。根据上述计算公式，能够快速精确地计算出地表损伤控制层的初次破断跨距。
34.如图1至图3所示，进一步地，在本实施例中，在步骤s03中，地表损伤控制层3初次破断跨距中点与开切眼之间的距离其中，h为地表损伤控制层3和煤层6之间的间距，φ为岩层的平均破断角。根据上述计算公式，能够快速精确地计算出地表损伤控制层初次破断跨距中点与开切眼之间的距离。
35.如图3所示，进一步地，在本实施例中，本发明的方法还包括步骤s05、在距工作面停采线预设距离的位置开始沿工作面推进方向在采空区进行注浆充填形成充填体7。通过上述步骤，能够全方位确保减小停采线对应地表附近区域岩土层的沉陷坡度，进一步减小风积砂层和含水层的损伤程度，减小这两个区域的永久地裂缝的宽度和条数，从而降低地表损伤程度，实现高效开采地下煤炭资源的同时最大程度上减小地表损伤。
36.进一步地，在本实施例中，在步骤s05中，采取由薄到厚变高度的充填方式。采用上述从厚到薄的变高度充填方式，能够很好地对停采线对应地表附近区域岩土层的沉陷部分起到支撑作用，从而极大程度上减小该区域岩土层的沉陷坡度。进一步地，在本实施例中，在步骤s05中，填充距离与开切眼至地表损伤控制层初次破断跨距的中点之间的距离d相等。上述填充距离的控制方式，能够有效简化工人的施工工艺，提高施工效率。
37.具体地，通过图3与图1和图2之间的对比，可知，采用本发明实施例的采动减损分区控制发发后，地表损伤控制层3多次周期破断地表沉陷情况要明显优于图1和图2中未充填地表损伤控制层破断地表沉陷情况。
38.根据上述实施例，可见，本发明涉及的采动减损分区控制方法，在浅埋高强度开采情况下分区减小开切眼和停采线对应地表的沉陷坡度，减少这两个区域的永久地裂缝的宽度和条数，从而降低地表损伤程度，实现高效开采地下煤炭资源的同时最大程度上减小地表损伤。
39.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

技术特征：
1.一种采动减损分区控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：s01、根据开采区域地质勘探资料，确定地表损伤控制层层位、厚度及物理力学参数；s02、根据地表损伤控制层层位、厚度及物理力学参数确定地表损伤控制层的初次破断跨距；s03、确定地表损伤控制层初次破断跨距中点与开切眼之间的距离；s04、沿工作面推进方向从开切眼位置开始对采空区进行注浆充填，充填距离为开切眼至地表损伤控制层初次破断跨距的中点之间的距离。2.根据权利要求1所述的采动减损分区控制方法，其特征在于，所述物理力学参数包括地表损伤控制层的抗拉强度和地表损伤控制层的上覆载荷。3.根据权利要求2所述的采动减损分区控制方法，其特征在于，在所述步骤s02中，地表损伤控制层的初次破断跨距其中，h为地表损伤控制层的厚度，r
t
为地表损伤控制层的抗拉强度，q为地表损伤控制层的上覆载荷。4.根据权利要求3所述的采动减损分区控制方法，其特征在于，在所述步骤s03中，地表损伤控制层初次破断跨距中点与开切眼之间的距离其中，h为地表损伤控制层和煤层之间的间距，φ为岩层的平均破断角。5.根据权利要求1至4中任一项所述的采动减损分区控制方法，其特征在于，在所述步骤s04中，采取由厚到薄变高度的充填方式。6.根据权利要求1至4中任一项所述的采动减损分区控制方法，其特征在于，还包括步骤s05、在距工作面停采线预设距离的位置开始沿工作面推进方向在采空区进行注浆充填。7.根据权利要求6所述的采动减损分区控制方法，其特征在于，在所述步骤s05中，充填距离与开切眼至地表损伤控制层初次破断跨距的中点之间的距离相等。8.根据权利要求1至4中任一项所述的采动减损分区控制方法，其特征在于，在所述步骤s05中，采取由薄到厚变高度的充填方式。

技术总结
本发明提供一种采动减损分区控制方法，具体包括：根据开采区域地质勘探资料，确定地表损伤控制层层位、厚度及物理力学参数，根据地表损伤控制层层位、厚度及物理力学参数确定地表损伤控制层的初次破断跨距，确定地表损伤控制层初次破断跨距中点与开切眼之间的距离，沿工作面推进方向从开切眼位置开始对采空区进行注浆充填，充填距离为开切眼至地表损伤控制层初次破断跨距的中点之间的距离。本发明提供的控制方法，在浅埋高强度开采情况下分区减小开切眼和停采线对应地表的沉陷坡度，减少这两个区域的永久地裂缝的宽度和条数，从而降低地表损伤程度，实现高效开采地下煤炭资源的同时最大程度上减小地表损伤。最大程度上减小地表损伤。最大程度上减小地表损伤。


技术研发人员：李全生 徐祝贺 张凯 贺安民 王菲
受保护的技术使用者：北京低碳清洁能源研究院 国家能源投资集团有限责任公司
技术研发日：2022.03.07
技术公布日：2023/9/20