[發明專利]礦區多層位水資源協同保護性開采方法

有效

• 申請號: 202010424696.6
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111577280B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 馬立強;王爍康;張吉雄;來興平
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;西安科技大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21F17/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 陸志斌

本發明公開的礦區多層位水資源協同保護性開采方法，涉及煤礦開采技術領域。該方法通過依次分析采動覆巖結構分層/分區特性、各結構分層內采動應力路徑特征以及采動覆巖滲透性分層/分區特征，確定覆巖滲流隔離層層位、高度及滲透性等參數；基于覆巖“滲流隔離”控制原理，研究開采參數與開采布置方式對多層位水資源的采隔控制效應礦區多層位水資源協同保護性開采方法與導流調控效應，并對采掘面圍巖滲水、采動覆巖裂隙發育及淺表水位變化進行無損監測及動態評價預測；最終形成覆巖滲流隔離層阻水、滲流帶與滲漏帶導流、采空區匯集儲水的多層位水資源協同保護體系。該方法可較好地滿足生態脆弱礦區水量、生態水位和水循環系統保護要求，適用范圍廣。

技術領域

本發明涉及煤礦開采技術領域，具體涉及一種礦區多層位水資源協同保護性開采方法。

背景技術

保水采煤是解決煤炭開采與生態環境保護協調發展的重要途徑。目前針對保水采煤機理方面的研究，主要包括：以關鍵層理論及采動覆巖滲流理論等為支撐，形成結構關鍵層控制原理、隔水層穩定性控制原理和隔水關鍵層保護原理等；以礦區地下水及地表生態的穩定性關系或生態“原態”保護理念為支撐，形成“煤水共存”、“生態水位”，隔水層重構以及“煤-水仿生共采”等理念。

針對保水采煤方法研究方面，總體可分成兩類“堵截法”和“疏導法”。以“堵截法”為特征的保水開采方法，核心是保護煤層上方隔水層完整性，避免形成導水裂隙，從而堵截地下水向下滲流，實現保護“生態水位”目的，包括充填開采、限高開采、房柱式開采等，但其推廣應用尚需解決提高煤炭資源采出率等問題。以“疏導法”為特征的礦井水儲用方法，核心是采用疏導手段，在掌握并利用煤炭開采地下水運移規律基礎上，將礦井水轉移至采空區進行儲存，并建設相應的抽采利用工程，該技術已成功在神東礦區全面實施。但整體而言，現有的保水采煤機理與方法，均不能同時較好地滿足生態脆弱礦區水量、生態水位和水循環系統保護要求。

發明內容

有鑒于此，本發明公開了一種礦區多層位水資源協同保護性開采方法，建立滲流隔離層阻水、滲流帶與覆巖滲漏帶導流、采空區匯集儲水的多層位水資源協同保護體系，同時采用無損檢測手段對采掘面圍巖滲水及采動覆巖裂隙發育與淺表水位變化進行實時全面監測和預警，適用范圍廣泛。

根據本發明的目的提出的一種礦區多層位水資源協同保護性開采方法，包括如下步驟：

步驟一、研究不同開采方式下采動覆巖整體協同運移規律，分析覆巖協同變形對裂隙發育的控制作用，計算覆巖貫通裂隙帶、非貫通裂隙帶及連續變形結構的層位及高度，得到采動覆巖結構分層/分區特性。

步驟二、針對不同開采方式，分析采空區與覆巖的應力傳遞關系，研究采動覆巖應力卸載與采空區應力恢復特性，得到各結構分層內采動應力路徑。

步驟三、分析采動應力路徑下采動覆巖各結構分層內應力及應變與滲透率演化特征，研究應力-滲透率與應變-滲透率的耦合關系，并建立覆巖各巖層滲透率劣化表征方法，計算覆巖滲漏帶、滲流帶及微滲流帶的層位及高度，得到采動覆巖滲透分層/分區特征。

步驟四、分析煤系地層空間結構與生態含水層水循環特征，研究采動影響下生態含水層與微滲流帶之間巖層的阻隔水性能演化規律，并據此確定能有效阻斷生態含水層水資源流失的阻隔水巖層為“滲流隔離層”。

步驟五、針對不同開采方式的開采特征，研究主要開采參數對滲流隔離層之上生態含水層水位和水循環運移的采隔控制效應；在采空區內建立儲水區域，研究開采布置方式對滲流隔離層之上生態含水層滲漏水資源的導流調控效應；形成滲流隔離層阻水、滲流帶與覆巖滲漏帶導流、采空區匯集儲水的多層位水資源協同保護體系。

優選的，步驟一中，覆巖結構分層以巖層內“裂隙貫通率”為依據，判定覆巖貫通裂隙帶、非貫通裂隙帶及連續變形結構的層位及高度，裂隙貫通率按下式計算：