[發明專利]充填采煤工作面上隔水層是否穩定的預測方法

有效

• 申請號: 201410435905.1
• 申請日: 2014-08-31
• 公開（公告）號: CN104196569A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 劉建功
• 申請（專利權）人: 河北煤炭科學研究院
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 陸林生

技術領域

本發明涉及礦山壓力控制技術領域，尤其涉及一種充填采煤工作面上隔水層是否穩定的預測方法。

背景技術

水是人類賴以生存和發展的重要資源。當前，水資源生態體系隨大環境的變化已經顯得十分脆弱，保持水資源現有狀況日益困難。水資源生態體系的破壞往往是不可逆的，而且易朝著不利于人類利用的方向發展，因此，有必要采取技術手段維護水資源生態體系的良性循環。煤炭開采是向大自然獲取資源，必然會對礦區水資源造成影響。礦區的地表塌陷不僅破壞了礦區的地表水系，對地下水資源也造成了不同程度的影響。地下穩定隔水層由于采礦引起巖層垮落，水橫向流動變為縱向流動，形成不容易恢復的破壞。

為了保護水資源，冀中能源在保水采煤方面做了大量工作，尤其是利用充填采煤控制上覆巖層運移，保護煤層上方和地面水系，為保水開采提供了一條新的技術途徑。近年來，不少煤炭企業在保護水資源方面做了大量工作，并取得一定成效。目前采用的技術途徑有2種:①采前定位封堵，減少地下水流經采場；②利用回灌方式和地下存儲的方式在穩定隔水層和采空區保存采出的水資源。這兩種方式雖然已應用于煤炭企業，但這需要前期技術配套和后期的技術管理，并且后者是采后治理。

煤礦水資源與礦區生態環境密切相關，因此，煤礦水資源的破壞影響的不僅僅是煤炭企業本身，而是整個礦區的水環境。水是維護生態環境的重要因素，同時水資源具有其自身變化的客觀規律，對它的破壞有時是不可恢復的。因此，對于水資源，不能破壞后再去治理，而是要最大限度地減少對水資源的擾動，不破壞水資源維持的邊界條件，這是對采煤提出的又一課題。

充填開采是將充填體充滿煤層采出空間，控制上覆巖層的運移。在開采上組煤時，煤層上方多有穩定隔水層，地表也有河流、湖泊形成的水系，隨著煤層采動引起上覆巖層的垮落，地下穩定隔水層和地表水系都受到破壞。利用充填采煤，控制上覆巖層運動尤其是穩定隔水層不受破壞，使采煤過程在不破壞水資源的邊界條件之內進行，合理地保護水資源，建立一種有效保護水資源的安全采煤方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種充填采煤工作面上隔水層是否穩定的預測方法，所述預測方法能夠判斷充填采煤工作面上隔水層是否穩定，并根據得出的結果控制充填物的填充，降低充填采煤成本，提高礦山經濟效益。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種充填采煤工作面上隔水層是否穩定的預測方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)分析充填采煤工作面巖層綜合柱狀圖，確定直接頂、含水層下方隔水層以及與其上、下相鄰巖層的位置與厚度；

(2)在采煤層支架控制頂板區域通過安裝位移傳感器，測量充填前頂板下沉量，使用工具取出采煤工作面區域的圓柱狀巖石樣品，在實驗室條件下，測量各巖層的相關參數；

(3)根據上述參數計算得出穩定隔水層下沉量H_b與直接頂下沉量h_b的值；

(4)利用隔水層不被破壞的邊界條件公式h_b≤H_b，得出填充物的密實充填率k_b的邊界值，如果密實充填率k_b的值小于k_b的邊界值則隔水層是不穩定的，如果密實充填率k_b的值大于或等于k_b的邊界值則隔水層是穩定的。

進一步的技術方案在于：各巖層的相關參數包括容重、彈性模量、彎曲拉應力、巖性影響系數、巖體完整性系數以及直接頂巖石飽和單軸抗壓強度參數。

進一步的技術方案在于：直接頂下沉量h_b的表達式為

h_b＝U₁+U₂+U₃??(1)

其中：U₁為充填前頂板下沉量，U₂為充填后頂板下沉量，U₃為直接頂巖體特性下沉量；

將采出煤炭的密實體積與充填體初充體積之比作為充填率k_h，但考慮到此時已經存在下沉量U₁，所以有：