基于低碳開采的覆巖滲流隔離帶穩定性控制方法技術

本發明專利技術公開一種基于低碳開采的覆巖滲流隔離帶穩定性控制方法，涉及煤礦開采技術領域。首先構建基于滲流隔離帶滲透性及空間層位的覆巖滲流隔離帶分類體系；然后提出基于滲流隔離帶結構穩定性分類控制的壁式連采連充工作面布置方式與開采參數；選擇不同工作面布置方式及開采參數條件下能夠保持承載穩定的充填材料；最后判斷滲流隔離帶是否破斷，若破斷則調整壁式連采連充開采參數或工作面布置方式。該方法可實現生態脆弱礦區上覆含水體的原位保護，有利于生態礦山與綠色礦山建設。有利于生態礦山與綠色礦山建設。有利于生態礦山與綠色礦山建設。

【技術實現步驟摘要】
基于低碳開采的覆巖滲流隔離帶穩定性控制方法


[0001]本專利技術涉及一種覆巖滲流隔離帶穩定性控制方法，尤其適用于覆巖滲流隔離帶區域使用的一種基于低碳開采的覆巖滲流隔離帶穩定性控制方法。

技術介紹

[0002]我國地表水體及地下含水層下的壓煤量巨大，如何實現煤炭資源安全高效開采與珍貴水資源保護之間的協調發展是當前亟需解決的問題。當前，研究人員大都將導水裂隙帶是否發育到上覆含水體作為能否實現保水采煤的主要判據和準則，而忽略了不同覆巖巖性及其空間層位對上覆含水體的滲流隔離作用。為實現薄弱滲流隔離帶對上覆含水體的滲流隔離，相關專家提出并實踐了協調開采、覆巖離層注漿、部分開采、采空區充填開采等采煤方法，其中采空區充填采煤法是實現薄弱滲流隔離帶對上覆含水體滲流隔離，進而實現保水采煤的最有效途徑。采空區充填開采主要分為長壁式充填開采和巷柱式充填開采。然而，長壁充填開采面臨充填時間與空間不足，采充相互限制的問題，而巷柱式充填開采面臨開采效率低等問題。礦井現代化開采要求保水采煤技術必須同時實現安全高效開采以及上覆含水體的原位保護。

技術實現思路

[0003]針對現有技術的之處，提供一種步驟簡單，結合巷柱式跳采與旺格維利開采的優點，實現了連續采煤，連續充填，最大程度地采出煤炭資源的基于低碳開采的覆巖滲流隔離帶穩定性控制方法。
[0004]為實現上述技術目的，本專利技術的基于低碳開采的覆巖滲流隔離帶穩定性控制方法，其包括如下步驟：
[0005]步驟一、構建基于滲透系數與空間層位的覆巖滲流隔離帶分類體系，具體包括根據滲透系數與巖層組合劃分的四類，根據滲流根據層位劃分的三類，總共12類覆巖滲流隔離帶；
[0006]步驟二、根據當前的覆巖滲流隔離帶類型，針對工作面實施基于采動覆巖滲流隔離帶結構穩定性分類控制的壁式連采連充工作面布置法，包括兩種布置法：先對工作面采用巷柱式跳采法開采并充填，再開采旺格維利塊段的方式；或者采用旺格維利開采塊段之間完全不留隔離煤柱的方式，并對開采塊段進行跳采充填；
[0007]步驟三、根據步驟二中選擇的壁式連采連充工作面布置法，選擇符合支護要求的充填材料，或者調整充填材料配方；
[0008]步驟四、判斷當前工作面的覆巖滲流隔離帶在所選擇的壁式連采連充工作面布置法施工下是否破斷，若不破斷則繼續實施，實現水資源保護性開采，若破斷則調整開采參數，若調整開采參數仍破斷則更換工作面布置方式。
[0009]步驟一中，根據滲透系數與巖層組合可分為：
①Ⅰ
類滲流隔離帶：單一軟弱巖層，滲透系數小于10
?7m/s；
②Ⅱ
類滲流隔離帶：單一硬巖層即結構關鍵層，單軸抗壓強度大于
≥2lsinα+d1時，采用中等滲流強度以下的工作面布置方式。
[0025]針對破斷的中等及弱滲流隔離強度以下的滲流隔離帶，不斷提高充填體充填率，直到全采全充。
[0026]有益效果：
[0027]本方法在構建覆巖滲流隔離帶分類體系的基礎上，有針對性地選擇不同的壁式連采連充工作面布置方式與開采參數，采用充填材料進行全采局充或全采不充，可以在最大程度減少充填成本的同時實現采動覆巖滲流隔離帶結構穩定性的分類協同控制。將滲流隔離帶詳細的分為12類，使得工作人員根據具體的水文地質條件就可以進行判斷，更好的指導礦井施工。本方法在安全高效解放含水體下壓煤的同時，實現對上覆含水體的滲流隔離與原位保護，有利于推進生態礦山和綠色礦山的建設。
附圖說明
[0028]圖1是本專利技術的基于低碳開采的覆巖滲流隔離帶穩定性控制方法流程示意圖；
[0029]圖2是本實施例中強滲流隔離帶壁式連采連充工作面布置示意圖；
[0030]圖3是本實施例中中等與弱滲流隔離帶低充填率時壁式連采連充工作面布置示意圖；
[0031]圖4是本實施例中中等與弱滲流隔離帶高充填率時壁式連采連充工作面布置示意圖；
[0032]圖5是本實施例中某礦壁式連采連充試驗塊段綜合地質柱狀圖。
[0033]圖中：1
?
開采塊段采硐；2
?
開采塊段采硐間小煤柱；3
?
開采塊段支巷；4
?
保護塊段支巷；5
?
開采塊段已充填采硐；6
?
開采塊段已充填支巷。
具體實施方式
[0034]下面結合附圖對本專利技術具體實施方式做簡要說明：
[0035]如圖1所示，本專利技術的一種基于低碳開采的覆巖滲流隔離帶穩定性控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0036]步驟一、構建基于滲透系數與空間層位的覆巖滲流隔離帶分類體系，具體包括根據滲透系數與巖層組合劃分的四類，根據滲流根據層位劃分的三類，總共12類覆巖滲流隔離帶；
[0037]根據滲透系數與巖層組合可分為：
①Ⅰ
類滲流隔離帶：單一軟弱巖層，滲透系數小于10
?7m/s；
②Ⅱ
類滲流隔離帶：單一硬巖層即結構關鍵層，單軸抗壓強度大于60MPa，滲透系數小于10
?4m/s；
③Ⅲ
類滲流隔離帶：軟巖與硬巖組合巖層；
④Ⅳ
類滲流隔離帶：滲透系數大于10
?1m/s，有側限膨脹率大于40％，且厚度滿足公式(1)。
[0038][0039]其中，式中γ為水的比重；B
i
為原生裂隙寬度；μ為水體的動力粘滯系數，在25
°
時μ＝0.839e
?3Pa
·
s；δ為有側限膨脹率；J為水力梯度；θ為原生裂隙與滲流隔離帶水平線夾角
°
；d
s
為裂隙間距；M
min
為Ⅳ類滲流隔離帶最小厚度；
[0040]以上四類滲流隔離帶根據層位又可分為：
①
高位滲流隔離帶：H
s
＞H
f
；
②
中位滲流
隔離帶：H
c
≤H
s
≤H
f
；
③
低位滲流隔離帶：H
s
＜H
c
；其中，H
s
為滲流隔離帶層位；H
c
為長壁跨落帶高度；H
f
為長壁導水裂隙帶高度；
[0041]根據滲透系數與巖層組合劃分的四類覆巖滲流隔離帶中，實現對上部含水體滲流隔離的能力為：Ⅲ類＞Ⅰ類＞Ⅱ類＞Ⅳ類；根據滲流根據層位劃分的三類覆巖滲流隔離帶中，實現對上部含水體滲流隔離的能力為：高位＞中位＞低位；
[0042]12類滲流隔離帶劃分為：4個強滲流隔離帶，滲流隔離能力大于高層位Ⅳ類滲流隔離帶；5個弱滲流隔離帶，滲流隔離能力小于中層位Ⅳ類滲流隔離帶；3個中等滲流隔離帶；
[0043]步驟二、根據當前的覆巖滲流隔離帶類型，針對工作面實施基于采動覆巖滲流隔離帶結構穩定性分類控制的壁式連采連充工作面布置法本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于低碳開采的覆巖滲流隔離帶穩定性控制方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一、構建基于滲透系數與空間層位的覆巖滲流隔離帶分類體系，具體包括根據滲透系數與巖層組合劃分的四類，根據滲流根據層位劃分的三類，總共12類覆巖滲流隔離帶；步驟二、根據當前的覆巖滲流隔離帶類型，針對工作面實施基于采動覆巖滲流隔離帶結構穩定性分類控制的壁式連采連充工作面布置法，包括兩種布置法：先對工作面采用巷柱式跳采法開采并充填，再開采旺格維利塊段的方式；或者采用旺格維利開采塊段之間完全不留隔離煤柱的方式，并對開采塊段進行跳采充填；步驟三、根據步驟二中選擇的壁式連采連充工作面布置法，選擇符合支護要求的充填材料，或者調整充填材料配方；步驟四、判斷當前工作面的覆巖滲流隔離帶在所選擇的壁式連采連充工作面布置法施工下是否破斷，若不破斷則繼續實施，實現水資源保護性開采，若破斷則調整開采參數，若調整開采參數仍破斷則更換工作面布置方式。2.根據權利要求1所述的基于低碳開采的覆巖滲流隔離帶穩定性控制方法，其特征在于，步驟一中，根據滲透系數與巖層組合可分為：
①Ⅰ
類滲流隔離帶：單一軟弱巖層，滲透系數小于10
?7m/s；
②Ⅱ
類滲流隔離帶：單一硬巖層即結構關鍵層，單軸抗壓強度大于60MPa，滲透系數小于10
?4m/s；
③Ⅲ
類滲流隔離帶：軟巖與硬巖組合巖層；
④Ⅳ
類滲流隔離帶：滲透系數大于10
?1m/s，有側限膨脹率大于40％，且厚度滿足公式(1)，其中，式中γ為水的比重；B
i
為原生裂隙寬度；μ為水體的動力粘滯系數，在25
°
時μ＝0.839e
?3Pa
·
s；δ為有側限膨脹率；J為水力梯度；θ為原生裂隙與滲流隔離帶水平線夾角
°
；d
s
為裂隙間距；M
min
為Ⅳ類滲流隔離帶最小厚度；以上四類滲流隔離帶根據層位又可分為：
①
高位滲流隔離帶：H
s
＞H
f
；
②
中位滲流隔離帶：H
c
≤H
s
≤H
f
；
③
低位滲流隔離帶：H
s
＜H
c
；其中，H
s
為滲流隔離帶層位；H
c
為長壁跨落帶高度；H
f

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬立強，許玉軍，王爍康，范立民，程敬義，周楠，
申請(專利權)人：承德石油高等專科學校，
類型：發明
國別省市：