[發明專利]一種水體下固體充填開采設計方法

在審

• 申請號: 201410291416.3
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104074541A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 黃艷利;張吉雄;郭帥;孫強;周楠;王旭峰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00;E21C50/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種水體下固體充填采煤設計方法，尤其是一種適用于河流、湖海下煤炭資源的開采設計方法。

背景技術

我國煤礦尤其是華東地區煤礦水文條件均比較復雜，受水體危害的煤炭資源儲量巨大。國內的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，僅處于龍口礦區的渤海海濱壓煤約12億t。在華北、東北和華東平原地區普遍被第四系的松散含水砂層覆蓋，這些地區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，難點在于控制采煤引起的覆巖破壞程度確保水體資源的保護，即：使得采動覆巖導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。在眾多水體下安全采煤技術途徑中，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、大幅度縮小導水裂縫帶高度的最有效措施之一。

在一定的地質采礦條件下，采空區固體充填的充實率決定了固體充填開采覆巖導水裂隙帶高度。固體充填開采充實率設計過低，可能會造成導水裂隙帶波及水體或沒有足夠的保護帶厚度；反之，充實率設計過高，雖然可獲得更高的安全可靠性，但將增大充填技術和管理難度，并造成充填矸石消耗量大和人力物力的浪費，特別是對一些矸石供應量較少的礦區，造成矸石材料供應的緊張局面。在具體礦區水體下固體充填開采防水煤巖柱尺寸設計時，要綜合考慮礦區自身的條件，應通過合理設計固體充填開采工作面的采空區充實率，控制導水裂隙帶發育高度和滿足要求的保護帶厚度，既要滿足水體下保護性開采的安全需要，又不要為追求過高的安全系數而造成人力物力的浪費。

發明內容

技術問題：本發明的目的是針對已有技術中存在的問題，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計方法。

技術方案：本發明的水體下固體充填開采設計方法，包括如下步驟：

a.根據現場實際水體下煤層的水文地質信息，分析保護水體的類型、流態、規模、賦存條件、水文地質特征，按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》確定保護水體的采動等級與允許的采動程度；

b.確定安全煤巖柱的類型與保護水體允許的覆巖導水裂隙帶高度H_li，通過公式；

式中：∑M為煤層累計采高；

c.根據η_min＝1-M_max/M反演計算臨界充實率；式中：η_min為采空區需要達到的最小充實率，M為煤層設計采高，反演計算出保護水體所能承受的最大采高M_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充填量措施，從而控制充實率；

e.在固體充填開采實施過程中，通過井下鉆孔電阻率法測試覆巖導水裂隙帶高度H_li；

f.根據覆巖導水裂隙帶發育高度H_li的結果，及時調整控制采空區的充實率。

有益效果：本發明的建立了一套完整的水體下固體充填開采的設計方法，包括：保護水體水文地質特征分析、采動等級與允許的采動程度評估、安全煤巖柱的類型與保護水體允許的覆巖導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臨界充實率的設計、利用井下鉆孔電阻率法測試覆巖導水裂隙帶高度等相關方法，可在具體礦區水體下固體充填開采防水煤巖柱尺寸設計時，要綜合考慮礦區自身的條件，應通過合理設計固體充填開采工作面的采空區充實率，控制導水裂隙帶發育高度和滿足要求的保護帶厚度，既要滿足水體下保護性開采的安全需要，又不要為追求過高的安全系數而造成人力物力的浪費，其方法簡單，易操作，準確性高，可提高充填效果，避免充填成本過高，具有廣泛的實用性。

具體實施方式

實施例1、本發明的水體下固體充填開采設計方法，具體步驟如下：

a.根據現場實際水體下煤層的水文地質信息，某礦第四系含水層平均厚度為20.70m，直接位于基巖上方，巖性復雜，由礫石、砂礫、粘土礫石、粗砂、中砂等組成，無穩定的粘性隔水層，富水性強，基巖平均厚度為23.5m，以砂質頁巖為主，煤層平均厚度為3.0m，煤層設計采高3.0m，依據《規程》第50條規定，礦區的水體采動等級為I級，為頂板防水安全煤巖柱，不允許導水裂隙帶波及到水體，即導水裂隙帶高度不能大于23.5m。