[发明专利]一种复合刀柱式残采区中层弃煤开采可行性的判别方法

摘要

本发明公开了一种复合刀柱式残采区中层弃煤开采可行性的判别方法。首先对复合刀柱式残采区中层弃煤、上位层间岩层及下位层间岩层的组成情况进行了统一划分与编号；然后分别确定了中层弃煤上位控制层和下位承载层的位置，通过比较二者的破断距与上下柱式残采区悬空跨度的大小，分析了复合刀柱式残采区中层弃煤开采的可能性；最后充分考虑中层弃煤开采对上位控制层和下位承载层叠合破断距的影响，形成了复合刀柱式残采区中层弃煤开采可行性的判别方法。本发明能够科学地评价上下柱式多重采动影响下中层弃煤安全开采的可行性，进而为中层弃煤开采过程中矿压控制技术的选择和安全措施的采取提供理论依据，实现复合刀柱式残采区中层弃煤的安全开采。

主权项

1.一种复合刀柱式残采区中层弃煤开采可行性的判别方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)结合矿井原有地质、技术资料，勘探查明复合残采区遗留煤柱和柱采区域的分布位置，绘制复合残采区遗留煤柱和柱采区域的分布形态图，了解复合刀柱式残采区中层弃煤、上位层间岩层及下位层间岩层的组成情况，并进行层位的统一划分与编号；(2)判定中层弃煤下位层间岩层中承载层的位置及其承载范围；假定下部刀柱式残采区上方第1层岩层为承载层，承载层上覆m层岩层均能与之协调变形，第m+1层岩层起则不能与之同步变形，当第m+1层岩层对第1层承载层所形成的载荷q_m+1小于第m层岩层对第1层承载层所形成的载荷q_m、且第m+1层岩层的破断距l_m+1大于第1层承载层及其上覆m层岩层的破断距l_m时，即当满足时，可以确定中层弃煤下位层间岩层中承载层的位置及其承载范围；(3)比较下部残采区柱采区域沿煤层走向的最大悬空跨度和沿煤层倾向的最大悬空跨度确定下部残采区柱采区域的悬空跨度l_下；(4)判定中层弃煤上位层间岩层中控制层的位置及其控制范围；根据弹塑性理论和滑移线场理论计算上部煤层开采对采场上位层间岩层的最大损伤破坏深度进而来确定中层弃煤上位层间岩层中控制层位置及其控制范围；式中，γ为采场煤岩层的平均容重，H为上部煤层的埋藏深度，a为刀柱煤柱的宽度，b为柱采区域的宽度，Rc为上覆岩层平均抗压强度；(5)比较上部残采区柱采区域沿煤层走向的最大悬空跨度和沿煤层倾向的最大悬空跨度确定上部残采区柱采区域的悬空跨度l_上；(6)比较下位层间岩层中承载层的破断距与下部残采区柱采区域的悬空跨度l_下的大小，比较上位层间岩层中控制层的破断距与上部刀柱式残采区柱采区域的悬空跨度l_上的大小，进而来确定复合刀柱式残采区中层弃煤安全开采可能性；当时，下位层间岩层中的承载层未发生破断失稳，能够保持稳定性与连续性，进而能保障中层弃煤开采的安全性；当时，下位层间岩层中第n层承载层发生了破断失稳，进而会引发其上方承载范围内的岩层及中层弃煤发生同步运移、一致沉降和协调破断，此时需要将第n层承载层破断后的载荷施加到第n‑1层承载层上，进而来重新计算第n‑1层承载层的破断距以此类推，当第i层承载层的破断距时，此处i≠1，则下位层间岩层中存在未发生破断的承载层来保障中层弃煤的安全开采；当时，上位层间岩层中的控制层能够保持整体完整性与连续性，进而来保障中层弃煤开采的安全性；当时，上位层间岩层中的控制层会发生“O—X”型破断，形成反三铰拱平衡结构，进而会引发上部残采区的积水与积聚瓦斯向中层弃煤工作面的扩逸，对中层弃煤的安全开采造成威胁；综上，当满足时，下位层间岩层中的承载层和上位层间岩层中的控制层能保持完整性、连续性和稳定性，复合刀柱式残采区中层弃煤具有安全开采的可能性；(7)若步骤(6)中判定复合刀柱式残采区中层弃煤具有安全开采的可能性，则进行下一步的计算：计算下位层间岩层中承载层的叠合破断距比较下位层间岩层中承载层的叠合破断距和下部刀柱残采区柱采区域悬空跨度l_下的大小；计算上位层间岩层中控制层的叠合破断距比较上位层间岩层中控制层的叠合破断距和上部残采区柱采区域悬空跨度l_上的大小；确定复合刀柱式残采区中层弃煤安全开采的可行性；当满足时，下位层间岩层中的承载层和上位层间岩层中的控制层在中层弃煤开采叠合破断距的影响下也能保持完整性、连续性和稳定性，复合刀柱式残采区中层弃煤具有安全开采的可行性。