[發明專利]一種復合殘采區上行開采可行性的定量判定方法

有效

• 申請號: 201710790047.6
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107657085B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 張玉江;馮國瑞;杜獻杰;白錦文;杜云樓;牛利凱;楊創前;李澤;康立勛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳;趙江艷

本發明屬于煤炭開采領域，提出了一種復合殘采區上行開采可行性的定量判定方法，包括以下步驟：S1、判斷上部殘煤位置，若位于下煤層開采的冒落帶之上則進行步驟S2，否則判定為不可開采；S2、通過鉆探得到殘煤開采區域的巖層組成、巖層結構及巖層物理力學參數；S3、確定形成底板砌體梁巖層結構的控制巖層的位置；S4、計算控制巖層破斷距和作用在底板砌體梁巖層結構的擾動載荷的大小；S5、對擾動載荷作用下，復合殘采區底板砌體梁巖層結構是否發生回轉變形失穩進行分析，若底板砌體梁巖層結構不發生回轉變形失穩，可以進行開采。本發明提高了可采性判定準確度以及開采安全性，適用于控制巖層堅硬，形成砌體梁結構的條件。

技術領域

本發明屬于煤炭開采領域，具體涉及一種基于擾動載荷下砌體梁結構回轉變形失穩為判據的復合殘采區上行開采可行性的定量判定方法。

背景技術

殘煤復采是涉及煤炭開發方向甚至國家能源安全的一個重大問題。煤層群為特征的殘煤儲量占全部儲量的45％，殘采區上行開采是殘煤復采的重要內容。

當前，殘采區上行開采的可行性研究及判定方法主要借鑒煤層群上行開采的比值判別法、數理統計法、“三帶”判別法、圍巖平衡法。比值判別法的判定標準是采動影響倍數，反映層間距與下煤層采厚兩個參數，該方法在國內外都有廣泛應用，但是采動影響倍數的范圍為6-20，差別很大。

數理統計法研究了現有開采實例，認為上、下煤層的采高與層間距滿足如下關系即可進行上行開采。計算公式如下：

H＞1.14M²+4.14+M

“三帶”判別法考慮了冒落帶巖石的碎脹性，基于工程類比的“三帶法”中，其統計公式的適用條件為采厚小于3m的堅硬、中硬、軟巖頂板條件。前蘇聯和波蘭的學者也得出了考慮碎脹系數和下煤層厚度的上行開采可行性判定公式。

圍巖平衡法進一步考慮了平衡巖層的厚度，認為平衡圍巖之上的煤層即可進行上行開采，給出了圍巖平衡高度的計算公式為：H_P＝M/(K₁-1)+h_P，K₁、M和h_P分別為碎脹系數、下煤層采厚和平衡巖層厚度。該方法進一步考慮到上煤層底板巖層結構的穩定性，但是并沒有給出平衡巖層的穩定條件和定量判定方法。

上述方法為上行開采以及殘采區上行開采的研究和工程實踐提供了重要指導，但是上述方法是半定量的、經驗性的。對于控制巖層堅硬的條件，下部工作面開采其控制巖層結構會形成砌體梁巖層結構，這是非常重要的。而上述方法沒有考慮巖層結構的作用，更重要的是沒有考慮上部擾動載荷的作用。實際上，上部擾動載荷是造成巖層結構回轉變形失穩最重要的原因。因此，有必要考慮擾動載荷對巖層結構導致的殘煤開采的影響。考慮上部煤層開采擾動以及上部存在采空區和遺留煤柱等存在各種載荷的情況下，從“巖層結構穩定性”的角度研究上部煤層開采可行性判定。這為殘采區上行殘煤安全開采提供理論依據，對于準確判斷殘采區上行開采，提高開采安全和經濟性具有重要意義，同時在當前煤炭行業不景氣的情況下，可以進一步提高殘采區上行殘煤資源回收率，提高煤炭企業的經濟效益，煤煤炭行業可持續按發展具有重大作用。

發明內容

本發明克服現有技術存在的不足，提供一種基于擾動載荷下砌體梁結構回轉變形失穩為判據的復合殘采區上行開采可行性的定量判定方法，該方法適用于控制巖層堅硬，形成砌體梁結構的條件，所要解決的技術問題為現有殘采區上行開采可行性方法是經驗方法不能定量判定且沒有考慮擾動載荷的影響的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種復合殘采區上行開采可行性的定量判定方法，包括以下步驟：

S1、根據礦井地質資料和開采資料，通過下煤層采高及其與上部殘煤之間的層間距關系初步判斷上部殘煤位置，若上部殘煤位置位于下煤層開采的冒落帶之上則進行步驟S2，否則直接判定為不可開采；