[发明专利]一种村庄下压煤短长壁部分开采方法

说明书

技术领域

本发明涉及压煤开采技术领域，特别是指一种村庄下压煤短长壁部分开采方法。

背景技术

我国多煤缺油少气，煤炭作为国内第一大能源，在能源消耗中占63％左右，而且在未来几十年内，国内以煤为主的能源结构格局不会有太大转变，煤炭工业的健康发展关系到国家能源安全和经济的可持续发展。然而，随着近年来煤炭资源开采强度的提高，矿井可采储量逐年减少，老龄化问题日益加剧，众多老矿面临关井闭坑的窘境。与此同时，大部分老矿虽然常规资源捉襟见肘，但“三下”压煤资源量仍较为可观，该部分资源的回采因涉及地面村庄建(构)筑物的保护问题而开展甚少。如果关闭矿井，这部分资源将成为永久损失，日后再恢复系统进行开采的成本过高，得不偿失；而如果对这部分资源进行开采，常规采煤方法势必破坏地面村庄等建(构)筑物。如何解放建(构)筑物下压煤是几乎所有老矿十分棘手而又亟待解决的难题。

目前国内针对“三下”压煤开采，较为常用的手段为搬迁开采、充填开采与部分开采等。村庄搬迁难是现实社会的一个普遍问题，其原因比较复杂，既有城乡二元土地管理体制和政策与现实的矛盾方面的原因，也有政府和基层组织或执行者方面的原因，同时也有拆迁双方对土地所有权、补偿标准、个人利益和成本等方面认识上的原因，经常的局面就是村庄搬不动、迁不走，最终影响了矿井的接续计划，造成民企两伤、矛盾升级。充填开采是在井下采煤的同时向采空区内送入充填介质，从而支撑顶板、保护覆岩的一种采煤方法。近年来充填开采进行了较多的试验与应用，但充填开采的成本问题突出，且短期内难以解决，制约了充填开采技术的推广应用。部分开采是当前煤炭形势上较为可行的一种技术手段，可在保护地表建(构)筑物的条件下采出井下部分压煤资源，使矿井生产得以延续，一方面为老矿井的转型发展留下过渡期，另一方面也尽可能多地采出了煤柱损失资源。

条带开采是常见的部分开采方法，国内虽进行了较多的条带开采试验与应用推广，但条带开采也存在较多的技术难题：由于工作面长度短，综采设备很难投入使用，只能采用炮采或高档普采工艺，覆岩扰动大，生产效率低，安全形势差；同时，由于条带非充分开采的特殊性，国内普遍实测数据较少，尤其是变采留比多个条带工作面地表移动参数拟合十分困难，条带开采地表移动与变形预计准确性较差，部分条带工作面开采并未起到保护地表建(构)筑物的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种高效、低成本、环境友好的村庄下压煤短长壁部分开采方法。

基于上述目的本发明提供的一种村庄下压煤短长壁部分开采方法，包括步骤：

根据开采处的岩层性质，结合工作面采煤设备配套，确定工作面开采宽度极值，得出工作面开采宽度范围；

根据上覆岩层深度及覆岩岩性条件，结合威尔逊理论，确定工作面之间条带煤柱留设宽度的极值，得出条带煤柱留设宽度范围；

根据所述工作面开采宽度范围和条带煤柱留设宽度范围，利用正交法进行工作面采宽与煤柱留宽配对形成多个方案，对每个方案进行煤柱稳定性检核与开采沉陷预计，选取最优方案；

根据先开采建筑物正下方区域、再向两侧开采的原则，确定条带多工作面的开采顺序。

优选的，还进一步包括步骤：

对工作面试验开采并进行地表沉降与建筑物的移动与变形观测，修正开采方案，同时求取每一个条带工作面的地表移动参数，总结得出工作面不同采宽、不同宽深比条件下小工作面开采地表移动参数，指导下一步开采工作。

优选的，工作面开采宽度的确定根据如下公式：

b＝(1/4～1/10)H

式中：b为工作面开采宽度；H为工作面开采深度。

优选的，确定工作面之间条带煤柱留设宽度的极值的步骤具体包括：

根据威尔逊理论，分别确定浅部煤层和深部煤层的条带煤柱留设宽度极值；

根据威尔逊理论，计算条带煤柱承载能力和条带煤柱载荷，并得出条带煤柱安全系数；

计算地表移动与变形，得出条带煤柱的最理想宽度。

优选的，所述确定浅部煤层和深部煤层的条带煤柱留设宽度极值的步骤使用如下公式：

a_min>0.01MH+S

式中，M为煤层采高；H为煤层采深；S为煤柱核区宽度。

优选的，所述条带煤柱承载能力S_p、条带煤柱载荷P、条带煤柱安全系数f_s的计算公式为：

S_p＝4γH(a-0.00492MH)/a