[發明專利]一種煤炭超大工作面地下開采減損關鍵參數的確定方法

在審

• 申請號: 201910909262.2
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110675272A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 李全生;肖武;蔡音飛;張文凱;呂雪嬌;李素萃
• 申請（專利權）人: 北京低碳清潔能源研究院;中國礦業大學(北京);太原理工大學
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02
• 代理公司: 11201 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 廖元秋

本發明涉及一種煤炭超大工作面地下開采減損關鍵參數的確定方法，首先根據地下煤炭賦存條件及地質采礦條件，選定用于地下工作面開采關鍵參數，并以此構建用于正交模擬試驗的正交表；然后采用Flac3D軟件建立地下工作面開采模型并確定模型邊界條件與模型形態；其后根據構建的正交表中各因素與各水平組合，在建立的模型中進行迭代運算與數值模擬，得到各因素與各水平組合條件下的開采沉陷模擬結果；最后采用統計分析方法，確定影響沉陷值和地表破壞程度的顯著性開采因素，以確定在不同地質條件下的減損開采的工作面最優參數。本發明基于正交試驗減少了模擬次數，基于方差分析能夠快速有效的優選地面減損的地下工作面開采參數，方法簡單易實施。

技術領域

本發明屬于采礦技術、土地利用和土地復墾技術領域，特別涉及煤炭地下開采超大工作面減損關鍵參數確定方法。

背景技術

中國煤炭資源儲量占所有化石能源的94％，根據世界能源理事會公布的最新數據“能源資源調查報告”，預計中國煤炭資源儲量居世界第一位，已探明煤炭儲量居世界第二位。煤炭資源涵蓋了60萬km²的國土面積。近15年來，中國的煤炭資源一直保持高速增長，從2003年的年產18億噸左右增長至2013年的年產39億噸，產量在10年間翻倍，其占比一直占全球煤炭產量的一半左右，自2013年開始，煤炭開采下行，根據最新統計數據2016年煤炭產量為34.1億噸。但中國的煤炭產量與消費量仍然找到全球煤炭產量與消費量的一半左右。

因此，盡管煤炭開采和消耗過程中帶來了巨大的環境和社會問題，煤炭資源現階段仍然作為中國的主要能源廣泛使用。在如此大規模的煤炭開采中，90％以上是采用井工開采，這就造成了采煤沉陷成為中國現階段煤炭開采需要面對的一個主要土地與環境問題。隨著東部發達地區煤炭資源逐漸枯竭，煤炭開采的重點逐步向西移，目前神木縣、府谷縣、伊金霍洛旗、準格爾旗四縣為代表的晉陜蒙煤炭開采金三角2015年煤炭產量已達7.5億噸，占全國煤炭產量的20％左右，其中，神木縣與府谷縣的煤炭產量分別為2.25億噸和0.74億噸，分別列全國煤炭生產百強縣的第2位與第7位，兩縣煤炭產量占2015年全國煤炭產量的13.65％。而這一區域也是典型的生態脆弱區，如何保障煤炭資源供應的同時使得環境與生態損毀的代價最低，是目前關心的重點與熱點。

近年來超大工作面(開采長度一般超過300m)在我國西部礦區逐漸得到應用與實踐，與傳統相比，超大工作面對地面的擾動的次數和時間相對減少，擾動程度相對降低。特別是隨著近幾年來神東礦區煤炭資源的開發，超大工作面開采導致的巖層移動、地面沉陷、土地損傷、生態環境方面的研究越來愈多。但究竟如何科學、合理的確定超大工作面開采的關鍵參數(工作面長度、推進速度、距離等)，使得地面的損毀最低，仍然是個尚未解決的問題。此外，由于地質采礦條件參數眾多，如何避免數據的冗余同時高效的對損毀程度進行模擬與評價，也是技術上暫未解決的難題。

發明內容

本發明的目的是為解決上述難題，提出一種煤炭超大工作面地下開采減損關鍵參數的確定方法。通過確定用于地下工作面開采關鍵參數模擬的正交試驗因素與水平，獲得正交表，采用Flac3D軟件構建模型邊界條件，進行沉陷模擬來確定和優選減損開采的參數取值及組合。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提出的一種煤炭超大工作面地下開采減損關鍵參數的確定方法，該方法主要適用于井工開采煤礦區，該方法根據地下煤炭賦存條件，確定用于地下工作面開采關鍵參數模擬的正交試驗因素與水平，確定正交表，采用Flac3D軟件確定模型邊界條件，對各因素與各水平條件下的開采進行沉陷模擬，根據模擬優選減損開采的參數取值及組合。具體包括以下步驟：