[發明專利]短壁塊段式采煤覆巖導水裂隙帶發育高度預測方法

在審

• 申請號: 201810620785.0
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108733964A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 曹勝根;張云;萬通;王紀軍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01N3/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

本發明公開了一種短壁塊段式采煤覆巖導水裂隙帶發育高度預測方法。通過現場調研及實驗室實驗，確定回采范圍及煤巖層物理力學參數；然后借助3DEC數值模擬軟件，得出主控因素與導水裂隙帶發育高度之間的關系；最后采用MATLAB對導水裂隙帶高度模擬結果進行非線性回歸分析，最終建立預測短壁塊段式采煤覆巖導水裂隙帶發育高度的模型。本發明通過建立主控因素與導水裂隙帶之間的關系，控制各主控因素對導水裂隙帶發育高度的影響程度，進而實現開采過程中對水資源及生態環境的保護，其方法簡單易操作，同時大大提高了回收率，避免了資源的浪費，對保水開采方法補充、生態環境保護及煤炭資源的合理回收具有重要的意義。

技術領域

本發明涉及一種預測短壁塊段式采煤覆巖導水裂隙帶發育高度的方法。

背景技術

短壁塊段式采煤可以有效回收殘留煤柱和不規則塊段等煤炭資源，但其回收過程必然 會擾動上覆巖層形成導水裂隙帶，造成水資源的流失及環境破壞。而目前預測上覆巖層導 水裂隙帶發育高度主要采用《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》 中的經驗公式，但這些經驗公式是總結分析上世紀八十年代初有限的長壁開采過程中的工 程數據得到的，并且短壁塊段式采煤的工作面布置與長壁開采存在較大的差異，因此通過 “三下”規程中的經驗公式來預測短壁塊段式采煤覆巖導水裂隙帶的發育高度可能會產生 較大的誤差。

基于采煤工藝特點和覆巖移動特征進行分析，總結出一種更適用于預測短壁塊段式采 煤導水裂隙帶高度的方法，對保水開采方法補充、生態環境保護及煤炭資源的合理回收具 有重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，克服現有技術存在的缺陷，針對目前關于預測短壁 塊段式采煤覆巖導水裂隙帶發育高度方面的空白，提供了一種短壁塊段式采煤覆巖導水裂 隙帶發育高度預測方法，預測結果更加準確，方法更加簡單。

本發明一種預測短壁塊段式采煤導水裂隙帶發育高度的方法，其步驟如下：

根據短壁塊段式采煤工藝特點及覆巖移動特征，得出影響短壁塊段式采煤導水裂隙帶 發育高度的主控因素分別為為采高m、塊段間保護煤柱寬度l以及塊段長度L(因為在特 定的地質條件下，各煤巖層的埋深是一定的，所以可以忽略埋深產生的影響)。

步驟1.確定回采范圍，并對回采范圍內的煤層上覆巖層進行取樣實驗，采集煤巖體 物理力學參數：厚度、彈性模量、抗拉強度、抗壓強度、泊松比、粘聚力和內摩擦角。

步驟2.借助3DEC數值模擬軟件(三維離散元數值分析軟件)，基于采集的煤巖體物理力學參數，模擬塊段間保護煤柱寬度l及塊段長度L不變、采高m變化條件下導水裂隙帶高度h變化(采高m與導水裂隙帶高度的對應關系)；模擬采高m及塊段長度L不變、塊段 間保護煤柱寬度l化條件下導水裂隙帶高度h的變化(塊段間保護煤柱寬度l與導水裂隙帶 高度h的對應關系)；模擬采高m及塊段間保護煤柱寬度l不變、塊段長度L變化條件下導 水裂隙帶高度h的變化(塊段長度L與導水裂隙帶高度h的對應關系)。

步驟3.根據步驟2模擬結果，基于非線性回歸分析方法，采用MATLAB軟件對各主控因素與導水高度的關系進行多元非線性回歸分析，得到塊段式采煤導水裂隙帶高度的預測模型為：h＝am-bl+clnL-d；其中a、b、c、d為公式系數，ln為對數符號。

步驟4.將短壁塊段式采煤工藝中的實際采高m、塊段間保護煤柱寬度l以及塊段長度 代入預測模型，計算出短壁塊段式采煤覆巖導水裂隙帶的發育高度h。