一種煤層開采中近全巖上保護層開采設計方法技術

一種近全巖上保護層開采設計方法，屬于煤層開采中上保護層開采設計方法。以保護層開采礦井工程地質條件信息與煤巖體試樣的物理力學參數為基礎，采用數值分析的方法，確定被保護層膨脹變形率保護層底板塑性區破壞深度K、煤層瓦斯壓力P滿足《防治煤與瓦斯突出規定》的保護層開采厚度M、保護層與被保護層層間距H，然后依據近全巖上保護層中巖石層開采厚度所占百分比，在傳統綜采工藝、單排孔爆破預裂輔助傳統綜采工藝以及雙排三花孔爆破輔助傳統綜采工藝中確定近全巖保護層開采工藝。此方法可為無常規保護層可采的低滲透性高瓦斯煤層的安全回采提供理論依據，同時進一步豐富保護層開采設計方法，該方法經濟效益顯著、安全高效，具有廣泛的實用性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及煤層開采中上保護層開采設計方法，特別是一種煤層開采中近全巖上保護層開采設計方法。
技術介紹
在高瓦斯煤層的開采技術中，一般采用先采保護層進行瓦斯卸壓抽采，再采被保護層。通過對上保護層開采，在上覆巖層移動以及通過鉆孔對被保護層進行瓦斯抽采的作用，有效地對被保護層煤層進行瓦斯卸壓。目前由于存在上保護層不具有傳統的可采保護層煤層，對于高含矸率近全巖上保護層開采還沒有一種準確的設計方法，而保護層開采工藝是影響近全巖上保護層開采的關鍵因素，因此，研究近全巖上保護層開采厚度及保護層與被保護層層間距，從而通過近全巖上保護層開采中巖層開采厚度所占百分比，在傳統綜采工藝、單排孔爆破預裂輔助傳統綜采工藝以及三花孔爆破輔助傳統綜采工藝中確定近全巖保護層開采工藝，對實現高瓦斯煤層的安全開采具有重要意義。
技術實現思路
技術問題：本專利技術的目的是要提供一種經濟效益顯著、安全可靠的煤層開采中近全巖上保護層開采設計方法，解決現有無常規保護層可采的低滲透性高瓦斯煤層開采的問題，技術方案：本專利技術的煤炭開采中近全巖上保護層開采設計方法，以保護層開采礦井工程地質條件信息與煤巖體試樣的物理力學參數為基礎，采用數值分析的方法，確定被保護層膨脹變形率、保護層底板塑性區破壞深度K、煤層瓦斯壓力P滿足《防治煤與瓦斯突出規定》的保護層開采厚度M、保護層與被保護層層間距H，然后依據近全巖上保護層中巖石層開采厚度所占百分比，在傳統綜采工藝、單排孔爆破預裂輔助傳統綜采工藝以及雙排三花孔爆破輔助傳統綜采工藝中確定近全巖保護層開采工藝；其具體步驟如下：(1)收集保護層開采礦井工程地質條件信息，并進行煤巖體取樣；(2)將取樣得到的煤巖體制成標準試樣，進行巖石力學實驗，獲取煤巖體的物理力學參數；(3)根據保護層開采礦井工程地質條件信息與煤巖體的物理力學參數，采用有限元分析軟件FLAC3D建立近全巖上保護層采煤數值模型；(4)分別模擬計算與分析保護層與被保護層層間距H不變、保護層開采厚度M變化及保護層開采厚度M不變、保護層與被保護層層間距H變化的條件下被保護層膨脹變形率、保護層底板塑性區破壞深度K、煤層瓦斯壓力P的變化；(5)以模擬計算的結果為基礎，確定符合要求的保護層開采厚度M和保護層與被保護層層間距H；(6)依據近全巖上保護層中巖石層開采厚度所占百分比，在傳統綜采工藝、單排孔爆破預裂輔助傳統綜采工藝以及三花孔爆破輔助傳統綜采工藝中確定近全巖保護層開采工藝。所述的近全巖上保護層為位于被保護層上方且保護層在開采厚度為1.5～3.0m時，保護層
含矸率達到80％。有益效果：本專利技術的一種近全巖上保護層開采設計方法，在實際運用時只需要確定上保護層開采厚度和保護層與被保護層層間距，便可根據近全巖保護層開采中巖層開采厚度所占百分比，確定近全巖保護層開采工藝，此方法為上保護層開采設計提供參考，為高瓦斯煤層突出礦井的安全開采提供理論基礎。此方法經濟效益顯著、安全高效，具有廣泛的實用性。附圖說明圖1為本專利技術近全巖上保護層開采設計方法流程圖。圖2為本專利技術近全巖上保護層開采數值計算模型。圖3為本專利技術被保護層膨脹變形變化曲線圖。圖4為本專利技術保護層底板塑性區破壞深度變化曲線圖。圖5為本專利技術煤層瓦斯壓力變化柱狀圖。圖6為本專利技術單排孔炮孔布置方式圖。圖7為本專利技術雙排三花孔炮孔布置方式圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的一個實施例作進一步的描述：本專利技術的近全巖上保護層開采設計方法，以保護層開采礦井工程地質條件信息與煤巖體試樣的物理力學參數為基礎，采用數值模擬計算與分析的方法，得到滿足要求的保護層開采厚度M、保護層與被保護層層間距H，然后依據近全巖上保護層開采中巖層開采厚度所占百分比，在傳統綜采工藝、單排孔爆破預裂輔助傳統綜采工藝以及雙排三花孔爆破輔助傳統綜采工藝中確定近全巖保護層開采工藝，具體步驟如下：(1)收集保護層開采礦井工程地質條件信息，并進行煤巖體取樣；(2)將取樣得到的煤巖體制成標準試樣，進行巖石力學實驗，獲取煤巖體的物理力學參數；(3)根據保護層開采礦井工程地質條件信息與煤巖體的物理力學參數，采用有限元分析軟件FLAC3D建立近全巖上保護層采煤數值模型；(4)分別模擬計算與分析保護層與被保護層層間距H不變、保護層開采厚度M變化及保護層開采厚度M不變、保護層與被保護層層間距H變化的條件下被保護層膨脹變形率、保護層底板塑性區破壞深度K、煤層瓦斯壓力P的變化；(5)以模擬計算的結果為基礎，確定符合要求的保護層開采厚度M和保護層與被保護層層間距H；(6)依據近全巖上保護層中巖石層開采厚度所占百分比，在傳統綜采工藝、單排孔爆破預裂輔助傳統綜采工藝以及三花孔爆破輔助傳統綜采工藝中確定近全巖保護層開采工藝。實施例1、以某煤礦為例，具體實施步驟如下：(1)對該煤礦保護層開采礦井進行現場調研，收集工程地質條件信息，并進行煤巖體取樣；(2)將取樣得到的煤巖體制成標準試樣，通過巖石力學試驗，獲得煤巖體的物理力學參
數，見表1；表1(3)根據保護層開采礦井工程地質條件與煤巖體的物理力學參數，采用FLAC3D數值模擬軟件建立近全巖上保護層采煤流固耦合數值模型，如圖2所示；模型長×寬×高為300m×250m×100m；四周約束水平方向位移，底部約束水平方向位移及垂直方向位移；本構關系采用摩爾-庫倫模型。(4)分別模擬計算與分析保護層與被保護層層間距H不變、保護層開采厚度M變化及保護層開采厚度M不變、保護層與被保護層層間距H變化的條件下被保護層膨脹變形率、保護層底板塑性區破壞深度K、煤層瓦斯壓力P的變化，具體模擬方案見表2，模擬結果如圖3、4、5所示；表2(5)以模擬結果為基礎，在該礦實際工程地質條件的綜合分析后，確定的保護層開采厚度為2.0m，保護層與被保護層層間距為12m；(6)由確定的保護層開采厚度及保護層與被保護層層間距，根據該礦近全巖上保護層巖層所占百分比，當工作面巖層厚度在0.6m以下時，采用綜采工藝直接破巖，當工作面巖層厚度在0.6～0.8m時，采用單排孔爆破預裂輔助傳統綜采工藝，當工作面巖層厚度在0.8m以上時采用雙排三花孔爆破輔助傳統綜采工藝，單排孔炮孔布置方式及三花孔布置方式如圖6、7所示。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種煤層開采中近全巖上保護層開采設計方法，其特征是：以保護層開采礦井工程地質條件信息與煤巖體試樣的物理力學參數為基礎，采用數值分析的方法，確定被保護層膨脹變形率保護層底板塑性區破壞深度K、煤層瓦斯壓力P滿足《防治煤與瓦斯突出規定》的保護層開采厚度M、保護層與被保護層層間距H，然后依據近全巖上保護層中巖石層開采厚度所占百分比，在傳統綜采工藝、單排孔爆破預裂輔助傳統綜采工藝以及雙排三花孔爆破輔助傳統綜采工藝中確定近全巖保護層開采工藝；其具體步驟如下：(1)收集保護層開采礦井工程地質條件信息，并進行煤巖體取樣；(2)將取樣得到的煤巖體制成標準試樣，進行巖石力學實驗，獲取煤巖體的物理力學參數；(3)根據保護層開采礦井工程地質條件信息與煤巖體的物理力學參數，采用有限元分析軟件FLAC3D建立近全巖上保護層采煤數值模型；(4)分別模擬計算與分析保護層與被保護層層間距H不變、保護層開采厚度M變化及保護層開采厚度M不變、保護層與被保護層層間距H變化的條件下被保護層膨脹變形率保護層底板塑性區破壞深度K、煤層瓦斯壓力P的變化；(5)以模擬計算的結果為基礎，確定符合要求的保護層開采厚度M和保護層與被保護層層間距H；(6)依據近全巖上保護層中巖石層開采厚度所占百分比，在傳統綜采工藝、單排孔爆破預裂輔助傳統綜采工藝以及雙排三花孔爆破輔助傳統綜采工藝中確定近全巖保護層開采工藝。...

【技術特征摘要】
1.一種煤層開采中近全巖上保護層開采設計方法，其特征是：以保護層開采礦井工程地質條件信息與煤巖體試樣的物理力學參數為基礎，采用數值分析的方法，確定被保護層膨脹變形率保護層底板塑性區破壞深度K、煤層瓦斯壓力P滿足《防治煤與瓦斯突出規定》的保護層開采厚度M、保護層與被保護層層間距H，然后依據近全巖上保護層中巖石層開采厚度所占百分比，在傳統綜采工藝、單排孔爆破預裂輔助傳統綜采工藝以及雙排三花孔爆破輔助傳統綜采工藝中確定近全巖保護層開采工藝；其具體步驟如下：(1)收集保護層開采礦井工程地質條件信息，并進行煤巖體取樣；(2)將取樣得到的煤巖體制成標準試樣，進行巖石力學實驗，獲取煤巖體的物理力學參數；(3)根據保護層開采礦井工程地質條件信息與煤巖體的物理力學參數，采用有限元分析軟...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張吉雄，張強，孫強，梅賢丞，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32