[发明专利]煤矿大采高首采面开采及围岩应力稳定性控制方法

说明书

本发明属于煤矿大采高技术领域，具体是一种煤矿大采高首采面围岩应力分析及稳定性控制方法。包括以下步骤，S100～确定直接顶厚度和基本顶厚度；S200～计算直接顶初次垮落步距以及基本顶的初次来压步距；S300～计算煤层的裂隙带高度；S400～采用离散元数值模拟软件UDEC分析大采高综采工作面顶板运动规律及塑性区分布规律，得出大采高综采工作面顶板在不同推进步距时的断裂、离层、垮落特征以及支承压力和塑性区的分布、演化特征；S500～通过UDEC软件模拟工作面在不同推进距离时顶板的运动情况，从而选择推进距离进行煤层开采；S600～煤层开采后，确定导水裂隙带的上界高度，为顶板的支护方式提供依据；S700～进行工作面底板比压测试，确定底板类型。

技术领域

本发明属于煤矿大采高技术领域，具体是一种煤矿大采高首采面围岩应力分析及稳定性控制方法。

背景技术

我国煤炭资源储量丰富，居世界前列，在很长一段时间内，煤炭仍是我国能源消费中的主体。我国厚煤层资源储量非常丰富，中国探明的煤炭储量中，厚煤层储量及产量约占我国煤炭储量及产量的40%~46%，厚煤层的开采利用也越来越广。因此，厚煤层的安全、高效开采显得尤为重要。目前我国厚煤层开采的方法主要有：分层开采、放顶煤开采及一次采全高大采高开采技术。我国早期的厚煤层开采主要以分层开采为主，使得我国长壁分层开采的综合技术在世界处于先进水平。但分层开采相较于其它两种方式而言，其工作面单产低，单产提高困难；开采投入高，劳动强度大，煤巷掘进工程量大；区段分层周期长，采出率降低等缺点。20世纪80年代后期至21世纪初，放顶煤开采技术得到了迅速发展，但综放开采技术同时也存在煤尘与瓦斯易积聚，自燃发火危险大；煤炭资源损耗较多，煤炭的回收率普遍较低等缺点，近年以来大采高开采方法也得到了快速的发展，早期由于支架、采煤机等技术与制造业的制约等相关因素，使得该方法的推广遇到了一定的困难。随着相关经济技术问题的解决，大采高、一次采全高方法得到了广泛的应用。大采高综采技术与分层开采技术相比，大采高综采技术开采工艺简单，开采效率高，并且改善了井下作业环境。与综放开采技术相比，大采高综采技术具有煤炭损失少，资源的回收率高等优点。近年来，在神东、晋城等矿区开采6 m左右的厚煤层取得了成功，其效益已达到国际先进水平，大采高综采技术已成为我国厚煤层开采的重要发展方向。

大采高是相对于普通采高而言的，一般认为大采高割煤高度应大于3.5m（即厚煤层定义的下限），大采高综采可定义为割煤高度大于3.5m的综合机械化开采。大采高综采的基本特征如下：与分层综采相比，具有生产能力大、单产高、巷道布置简单、工序简单、巷道掘进量和维护量小、回采工效和采出率高、吨煤成本低的优点；与综放开采相比，具有采出率高、含矸率低、煤尘小等优点；工作面开采高度大，覆岩破坏范围大，基本顶可回转、运动的空间大，上覆稳定的砌体梁结构距采场较远；工作面支护强度高、动载系数小、支架工作阻力与初撑力多呈线性关系，支架围岩受力以静载为主；工作面煤壁片帮严重，片帮、冒顶联动性大，支架稳定性差，支架围岩系统稳定性控制难度较大。

因此，国内外都在积极地研究大采高综采采场围岩运动规律，分析采煤工作面围岩内应力分布，加强防片帮冒顶控制，为大采高综采工作面安全高效生产提供依据。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种煤矿大采高首采面围岩应力分析及稳定性控制方法。

本发明采取以下技术方案：一种煤矿大采高首采面开采及围岩应力稳定性控制方法，包括以下步骤，

S100～确定直接顶厚度和基本顶厚度；

S200～计算直接顶初次垮落步距以及基本顶的初次来压步距；

S300～计算煤层的裂隙带高度；

S400～采用离散元数值模拟软件UDEC分析大采高综采工作面顶板运动规律及塑性区分布规律，得出大采高综采工作面顶板在不同推进步距时的断裂、离层、垮落特征以及支承压力和塑性区的分布、演化特征；