一種復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法。首先對(duì)復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤、上位層間巖層及下位層間巖層的組成情況進(jìn)行了統(tǒng)一劃分與編號(hào)；然后分別確定了中層棄煤上位控制層和下位承載層的位置，通過(guò)比較二者的破斷距與上下柱式殘采區(qū)懸空跨度的大小，分析了復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采的可能性；最后充分考慮中層棄煤開采對(duì)上位控制層和下位承載層疊合破斷距的影響，形成了復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法。本發(fā)明能夠科學(xué)地評(píng)價(jià)上下柱式多重采動(dòng)影響下中層棄煤安全開采的可行性，進(jìn)而為中層棄煤開采過(guò)程中礦壓控制技術(shù)的選擇和安全措施的采取提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤的安全開采。
【專利說(shuō)明】
一種復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及煤炭開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采 可行性的判別方法，主要適應(yīng)于上下柱式多重采動(dòng)影響下中層棄煤開采的可行性評(píng)價(jià)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等條件的限制，我國(guó)許多煤礦為追求短期利益，出現(xiàn)了煤炭資源開 采的采厚棄薄、采肥丟瘦、采優(yōu)棄劣、采易棄難等現(xiàn)象，導(dǎo)致許多薄、瘦、劣質(zhì)及難采煤層的 棄采。目前全國(guó)范圍內(nèi)不完全統(tǒng)計(jì)的棄采煤炭資源約400億噸，僅山西就多達(dá)100億噸，且多 為稀缺優(yōu)質(zhì)煤種。大同、西山、晉城和潞安等礦區(qū)殘煤的儲(chǔ)量可觀，其中復(fù)合刀柱式殘采區(qū) 中層棄煤更是廣泛賦存。
[0003] 復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤具有良好的開采價(jià)值，越來(lái)越成為廣大研究學(xué)者與技 術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤的開采不僅可以提高煤炭資源的采出率、 提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以延長(zhǎng)礦井的服務(wù)年限、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。
[0004] 然而，受上下煤層柱式開采的疊加影響，復(fù)合殘采區(qū)中層棄煤的應(yīng)力分布會(huì)發(fā)生 明顯的改變，進(jìn)而表現(xiàn)出顯著的波態(tài)特征。刀柱煤柱對(duì)應(yīng)煤體及其頂?shù)装鍘r層為波峰分布 區(qū)(應(yīng)力增高區(qū)），進(jìn)而可能引發(fā)中部殘煤過(guò)刀柱煤柱時(shí)壓架、切頂、冒頂和煤柱片幫等強(qiáng)烈 礦壓顯現(xiàn)的發(fā)生;柱采區(qū)域?qū)?yīng)煤體及其頂?shù)装鍘r層為波谷分布區(qū)（應(yīng)力降低區(qū)），進(jìn)而使 得中部殘煤采場(chǎng)煤巖體的連續(xù)性和完整性遭受破壞，形成導(dǎo)水通道和導(dǎo)氣通道，并引發(fā)復(fù) 合殘采區(qū)積聚瓦斯和礦井水等向中層棄煤工作面的滲流與擴(kuò)散。因此，非常有必要在復(fù)合 刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采前對(duì)其安全開采的可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)和判別。中國(guó)專利 CN101109283B從層間巖層結(jié)構(gòu)的角度提出一種刀柱式殘采區(qū)上覆蹬空煤層安全開采可行 性的定量判別方法；中國(guó)專利CN201410338567.X采用主成分分析法首先對(duì)刀柱式殘采區(qū)上 行開采的影響因素進(jìn)行了建模，然后采用方差貢獻(xiàn)率對(duì)縮減模型進(jìn)行了權(quán)重計(jì)算，得到了 體現(xiàn)可行性高低的參數(shù)，并最終實(shí)現(xiàn)上行開采可行性的評(píng)價(jià)；中國(guó)專利CN201510363203.1 通過(guò)對(duì)上行開采覆巖破壞的時(shí)空關(guān)系和可行性等級(jí)的劃分等對(duì)刀柱式殘采區(qū)上行開采的 可行性進(jìn)行了綜合評(píng)定。前述評(píng)價(jià)方法主要評(píng)價(jià)了刀柱式殘采區(qū)上覆蹬空煤層開采的可行 性，鮮有關(guān)注復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采的可行性的判別。
[0005] 綜上，亟需尋找一種復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法，進(jìn)而避 免中層棄煤開采過(guò)程中劇烈礦壓顯現(xiàn)的發(fā)生，防止復(fù)合殘采區(qū)積聚瓦斯和礦井水的滲流和 擴(kuò)散，并最終保障中層棄煤的安全開采，實(shí)現(xiàn)煤炭資源采出率的提高和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提 升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在提供一種復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法，能夠科 學(xué)地評(píng)價(jià)上下柱式多重采動(dòng)影響下中層棄煤安全開采的可行性，進(jìn)而為中層棄煤開采過(guò)程 中礦壓控制技術(shù)的選擇和安全措施的采取提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤 的安全開采。
[0007] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明提供了一種復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法，包括以下 步驟：
[0009] (1)結(jié)合礦井原有地質(zhì)、技術(shù)資料，勘探查明復(fù)合殘采區(qū)遺留煤柱和柱采區(qū)域的分 布位置，繪制復(fù)合殘采區(qū)遺留煤柱和柱采區(qū)域的分布形態(tài)圖，了解復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層 棄煤、上位層間巖層及下位層間巖層的組成情況，并進(jìn)行層位的統(tǒng)一劃分與編號(hào)；
[0010] (2)判定中層棄煤下位層間巖層中承載層的位置及其承載范圍；
[0011] (3)比較下部殘采區(qū)柱采區(qū)域沿煤層走向的最大懸空跨度ηκιχΛ和沿煤層傾向的 最大懸空跨度max么，確定下部殘采區(qū)柱采區(qū)域的懸空跨度1下；
[0012] ⑷判定中層棄煤上位層間巖層中控制層的位置及其控制范圍；
[0013] (5)比較上部殘采區(qū)柱采區(qū)域沿煤層走向的最大懸空跨度沿煤層傾向的 最大懸空跨度maxI，確定上部殘采區(qū)柱采區(qū)域的懸空跨度1上；
[0014] (6)比較下位層間巖層中承載層的破斷距與下部殘采區(qū)柱采區(qū)域的懸空跨度 1下的大小，比較上位層間巖層中控制層的破斷距4β與上部刀柱式殘采區(qū)柱采區(qū)域的懸空跨 度1上的大小，進(jìn)而來(lái)確定復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤安全開采可能性；
[0015] 當(dāng)4^>/下時(shí)，下位層間巖層中的承載層未發(fā)生破斷失穩(wěn)，能夠保持穩(wěn)定性與連續(xù) 性，進(jìn)而能保障中層棄煤開采的安全性；當(dāng)4? 時(shí)，下位層間巖層中第η層承載層發(fā)生了 破斷失穩(wěn)，進(jìn)而會(huì)引發(fā)其上方承載范圍內(nèi)的巖層及中層棄煤發(fā)生同步運(yùn)移、一致沉降和協(xié) 調(diào)破斷，此時(shí)需要將第η層承載層破斷后的載荷施加到第η-1層承載層上，進(jìn)而來(lái)重新計(jì)算 第η-1層承載層的破斷距，以此類推，當(dāng)?shù)趇(i辛1)層承載層的破斷距4 # >/下時(shí)，則下 位層間巖層中存在未發(fā)生破斷的承載層來(lái)保障中層棄煤的安全開采；
[0016] 當(dāng)4β >4時(shí)，上位層間巖層中的控制層能夠保持整體完整性與連續(xù)性，進(jìn)而來(lái)保 障中層棄煤開采的安全性；當(dāng)4 4時(shí)，上位層間巖層中的控制層會(huì)發(fā)生"〇-X"型破斷，形 成反三鉸拱平衡結(jié)構(gòu)，進(jìn)而會(huì)引發(fā)上部殘采區(qū)的積水與積聚瓦斯向中層棄煤工作面的擴(kuò) 逸，對(duì)中層棄煤的安成威脅；
[0017] 綜上，當(dāng)滿j
吋，下位層間巖層中的承載層和上位層間巖層中的控制層能 保持完整性、連續(xù)性和穩(wěn)定性，復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤具有安全開采的可能性；
[0018] (7)若步驟(6)中判定復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤具有安全開采的可能性，則進(jìn)行 下一步的計(jì)算:計(jì)算下位層間巖層中承載層的疊合破斷距4?，比較下位層間巖層中承載層 的疊合破斷距和下部刀柱殘采區(qū)柱采區(qū)域懸空跨度1下的大小;計(jì)算上位層間巖層中控 制層的疊合破斷距，比較上位層間巖層中控制層的疊合破斷距4?和上部殘采區(qū)柱采區(qū) 域懸空跨度1上的大小;確定復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤安全開采的可行性；
[0019] 當(dāng)滿力
寸，下位層間巖層中的承載層和上位層間巖層中的控制層在中層 棄煤開采疊合破斷距的影響下也能保持完整性、連續(xù)性和穩(wěn)定性，復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層 棄煤具有安全開采的可行性。
[0020] 上述方法中，所述的復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤是指位于上刀柱和下刀柱復(fù)合采 空區(qū)之間未開采的殘留煤炭資源。
[0021] 上述方法中，所述的步驟（1)采用三維激光掃描儀勘探查明復(fù)合殘采區(qū)遺留煤柱 的寬度、高度、分布區(qū)域及其失穩(wěn)狀況，了解柱采區(qū)域的分布方位、尺寸、體積及其覆巖垮落 情況，通過(guò)鉆孔勘探、物理勘探或化學(xué)勘探相結(jié)合的方法調(diào)研復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤、 上位層間巖層及下位層間巖層的組成情況。
[0022] 上述方法中，所述的步驟（1)在層位劃分時(shí)分別將巖體中的自然層面作為劃分界 線，將厚度較大的煤巖層根據(jù)天然夾層進(jìn)行人工分層，將厚度較小的巖層視為軟弱夾層，并 將層厚較大且出現(xiàn)離層的巖體視為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元。
[0023]上述方法中，所述的步驟(2)中，假定下部刀柱式殘采區(qū)上方第1層巖層為承載層， 承載層上覆m層巖層均能與之協(xié)調(diào)變形，第m+1層巖層起則不能與之同步變形，當(dāng)滿足公式 (1)，即第m+1層巖層對(duì)第1層承載層所形成的載荷qm+1小于第m層巖層對(duì)第1層承載層所形成 的載荷qm、且第m+1層巖層的破斷距l(xiāng)m+1大于第1層承載層及其上覆m層巖層的破斷距IJ寸，可 以確定中層棄煤下位層間巖層中承載層的位置及其承載范圍。
[0024]
(1)
[0025] 上述方法中，所述的步驟(3)選取和1113>(么二者的最小值作為下部殘采區(qū) 柱采區(qū)域的懸空跨度，即4- = mill(艦，max么>
[0026]上述方法中，所述的步驟(4)根據(jù)彈塑性理論和滑移線場(chǎng)理論，運(yùn)用公式(2)，分析 計(jì)算上部煤層開采對(duì)采場(chǎng)上位層間巖層的最大損傷破壞深度，進(jìn)而來(lái)確定中層棄煤上位層 間巖層中控制層位置及其控制范圍。
[0027]
C2)
[0028]式中，hmax為上部煤層開采對(duì)采場(chǎng)上位層間巖層的最大損傷破壞深度；γ為采場(chǎng)煤 巖層的平均容重;H為上部煤層的埋藏深度;a為刀柱煤柱的寬度;b為柱采區(qū)域的寬度;Rc為 上覆巖層平均抗壓強(qiáng)度。
[0029] 上述方法中，所述的步驟(5)選取max//和max/y二者的最小值作為上部殘采區(qū) 柱采區(qū)域的懸空跨度，即4. = m i n(max z V，raax
[0030] 上述方法中，若步驟(6)中判定結(jié)果為具有安全開采的可能性，則繼續(xù)進(jìn)行步驟 (7)的判定:需充分考慮中層棄煤開采所引發(fā)的等效均布載荷，進(jìn)而來(lái)計(jì)算上位層間巖層中 控制層和下位層間巖層中承載層的疊合破斷距，并分析復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤安全開 采的可行性。
[0031] 本發(fā)明的有益效果：
[0032] 本發(fā)明提出了一套系統(tǒng)的復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法;該 方法能夠科學(xué)地評(píng)價(jià)上下柱式多重采動(dòng)影響下中層棄煤安全開采的可行性，進(jìn)而為中層棄 煤開采過(guò)程中礦壓控制技術(shù)的選擇和安全措施的采取提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合刀柱式殘 采區(qū)中層棄煤的安全開采。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1為復(fù)合刀柱式殘采區(qū)遺留煤柱和柱采區(qū)域的分布形態(tài)圖；
[0034] 圖2為中層棄煤下位層間巖層中承載層的位置判定示意圖；
[0035] 圖3為中層棄煤上位層間巖層中控制層的位置判定示意圖；
[0036]圖4為復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判定技術(shù)流程圖。
[0037]圖中：1 一遺留煤柱;2-柱米區(qū)域;3 -中層棄煤;4一下位層間巖層;5-上位層間 巖層;6-下部煤層刀柱式殘采區(qū)；7-上部煤層刀柱式殘采區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下實(shí)施例旨在對(duì)本發(fā)明作示意性說(shuō)明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。
[0039]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)目標(biāo)、特征和效果有更清楚的理解，現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)復(fù)合刀柱 式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0040] 西山煤電集團(tuán)白家莊煤礦是典型的資源緊缺型老礦，面臨著穩(wěn)定產(chǎn)量、提高生產(chǎn) 率和經(jīng)濟(jì)效益等諸多問(wèn)題。20世紀(jì)90年代，白家莊煤礦超越上部6號(hào)煤層和中部7號(hào)薄煤層 而優(yōu)先開采了下部8號(hào)煤層，8號(hào)煤層38502(2)、38502(3)、38502(4)和38502(5)工作面分別 采用刀柱法開采。21世紀(jì)以來(lái)，為了開發(fā)開采潛力，白家莊煤礦采用刀柱法成功地回收了8 號(hào)煤層殘采區(qū)上方6號(hào)煤層36703工作面的煤炭資源。這樣，棄采的7號(hào)薄煤層就成為處于復(fù) 合刀柱式殘采區(qū)的中層棄煤。白家莊煤礦7號(hào)煤層儲(chǔ)量可觀，具有良好的開采價(jià)值，近年來(lái) 越來(lái)越成為廣大研究學(xué)者與工程技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。復(fù)合刀柱式殘采區(qū)7號(hào)中層棄煤的 開采，不僅可以提高煤炭資源采出率、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，而且可以延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限、促 進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。然而，受上部煤層和下部煤層多重柱式開采的疊加影響，中層棄煤開采過(guò)程 中在圍巖控制、巷道掘進(jìn)和工作面布置等方面會(huì)面臨諸多困難，同時(shí)也受到瓦斯、礦井水及 煤柱自燃發(fā)火等威脅。針對(duì)上述情況，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程作進(jìn)一步的詳細(xì) 說(shuō)明。
[0041] 步驟一，結(jié)合白家莊煤礦的原有地質(zhì)、技術(shù)資料，采用三維激光掃描儀勘探查明復(fù) 合殘采區(qū)遺留煤柱1的寬度、高度、分布區(qū)域及其失穩(wěn)狀況，了解柱采區(qū)域2的分布方位、尺 寸、體積及其覆巖垮落情況;結(jié)果表明：白家莊煤礦下部煤層刀柱式殘采區(qū)6中遺留煤柱1和 柱采區(qū)域2交替均勻分布，遺留煤柱1的平均寬度為8m，平均高度為3.8m，穩(wěn)定性較好;柱采 區(qū)域2的平均寬度為24m、平均高度為3.8m，覆巖直接頂發(fā)生剪切冒落;上部煤層刀柱式殘采 區(qū)7中遺留煤柱1和柱采區(qū)域2也交替分布，遺留煤柱1的平均寬度為8m，平均高度為1.7m，穩(wěn) 定性良好，柱采區(qū)域2的平均寬度為24m、平均高度為1.7m，覆巖直接頂也發(fā)生了剪切冒落。 繪制白家莊煤礦復(fù)合刀柱式殘采區(qū)遺留煤柱1和柱采區(qū)域2的分布形態(tài)圖，如圖1所示。 [0042]步驟二，通過(guò)鉆孔勘探、物理勘探或化學(xué)勘探相結(jié)合的方法調(diào)研白家莊煤礦復(fù)合 刀柱式殘采區(qū)中層棄煤3、下位層間巖層4及上位層間巖層5的組成情況，從下往上依次進(jìn)行 層位的劃分與編號(hào);層位劃分時(shí)分別將巖體中的自然層面作為劃分界線，將下位層間巖層4 中厚度為〇.8m的炭質(zhì)頁(yè)巖視為軟弱夾層。
[0043]步驟三，由于下部煤層刀柱式殘采區(qū)6上方3.8m厚的直接頂石灰?guī)r發(fā)生了剪切冒 落，因此從下部煤層刀柱式殘采區(qū)6上方3.2m厚的鈣質(zhì)頁(yè)巖開始，逐層判定承載層的位置。 假定3.2m厚的鈣質(zhì)頁(yè)巖為承載層，從下往上分別計(jì)算上覆m層巖層對(duì)第1層厚硬承載層的載 荷及其破斷距。結(jié)果顯示:上覆第三層7.5m厚的石灰?guī)r對(duì)第1層承載層所形成的載荷小于第 二層3.2m厚的鈣質(zhì)頁(yè)巖對(duì)第1層承載層所形成的載荷、且前者的破斷距大于后者的破斷距， 即下部刀柱式殘采區(qū)6上覆7.5m厚的石灰?guī)r為中層棄煤下位層間巖層4中的承載層。
[0044] 步驟四，比較白家莊煤礦8號(hào)煤層殘采區(qū)柱采區(qū)域2沿煤層走向的最大懸空跨度 max4T.和沿煤層傾向的最大懸空跨度確定下部 8號(hào)煤層殘采區(qū)柱采區(qū)域2的懸空跨 度/尺度為/卜=min(m￡)x/:.·,，niax/"丨} = 24m〇
[0045] 步驟五，運(yùn)用彈塑性力學(xué)理論和滑移線場(chǎng)理論，求解計(jì)算知白家莊煤礦上部6號(hào)煤 層刀柱式開采對(duì)上位層間巖層5的最大損傷破壞深度為3.56m，即上部刀柱式殘采區(qū)7下伏 2.5m厚的石灰?guī)r為中層棄煤上位層間巖層5中的控制層。
[0046] 步驟六，比較白家莊煤礦6號(hào)煤層殘采區(qū)柱采區(qū)域沿煤層走向的最大懸空跨度 iwax/z±和沿煤層傾向的最大懸空跨度max/ &，確定上部6號(hào)煤層殘采區(qū)柱采區(qū)域2的懸空跨 度/尺度）
[0047] 步驟七，通過(guò)計(jì)算知，下位層間巖層4中承載層的破斷距&為28.4m，上位層間巖層
5中控制層的破斷距為27.2m，滿足 ，即下位層間巖層4中的承載層和上位層間巖 層5中的控制層能夠保持整體完整性________，可以保障中層棄煤開采的安全性。因此，白 家莊煤礦復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤3具有安全開采的可能性。
[0048] (7)充分考慮中層棄煤開采對(duì)上位層間巖層中控制層和下位層間巖層承載層疊合 破斷距的影響，計(jì)算求得下位層間巖層中承載層的疊合破斷距^和上位層間巖層中控制 層的疊合破斷距分別為27.6m和24.85m，即滿5
。因此，白家莊煤礦復(fù)合刀柱 式殘采區(qū)中層棄煤3具有安全開采的可行性。
[0049]以上所述為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本發(fā)明所述技術(shù)實(shí)質(zhì)與 原理的前提下對(duì)上述實(shí)施方法作出的任何改進(jìn)與修潤(rùn)，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范 圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 結(jié)合礦井原有地質(zhì)、技術(shù)資料，勘探查明復(fù)合殘采區(qū)遺留煤柱和柱采區(qū)域的分布位 置，繪制復(fù)合殘采區(qū)遺留煤柱和柱采區(qū)域的分布形態(tài)圖，了解復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤、 上位層間巖層及下位層間巖層的組成情況，并進(jìn)行層位的統(tǒng)一劃分與編號(hào)； (2) 判定中層棄煤下位層間巖層中承載層的位置及其承載范圍； (3) 比較下部殘采區(qū)柱采區(qū)域沿煤層走向的最大懸空跨度maxk和沿煤層傾向的最大 懸空跨度max/&，確定下部殘采區(qū)柱采區(qū)域的懸空跨度丄下； (4) 判定中層棄煤上位層間巖層中控制層的位置及其控制范圍； (5) 比較上部殘采區(qū)柱采區(qū)域沿煤層走向的最大懸空跨度max//和沿煤層傾向的最大 懸空跨度mu/y，確定上部殘采區(qū)柱采區(qū)域的懸空跨度丄上； (6) 比較下位層間巖層中承載層的破斷距與下部殘采區(qū)柱采區(qū)域的懸空跨度1下的大 小，比較上位層間巖層中控制層的破斷距&與上部刀柱式殘采區(qū)柱采區(qū)域的懸空跨度1上的 大小，進(jìn)而來(lái)確定復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤安全開采可能性； 當(dāng)> /T時(shí)，下位層間巖層中的承載層未發(fā)生破斷失穩(wěn)，能夠保持穩(wěn)定性與連續(xù)性，進(jìn) 而能保障中層棄煤開采的安全性;當(dāng)4^ 時(shí)，下位層間巖層中第n層承載層發(fā)生了破斷失 穩(wěn)，進(jìn)而會(huì)引發(fā)其上方承載范圍內(nèi)的巖層及中層棄煤發(fā)生同步運(yùn)移、一致沉降和協(xié)調(diào)破斷， 此時(shí)需要將第n層承載層破斷后的載荷施加到第n-1層承載層上，進(jìn)而來(lái)重新計(jì)算第n-1層 承載層的破斷距%，以此類推，當(dāng)?shù)趇層承載層的破斷距>今時(shí)，此處i乒1，則下位層 間巖層中存在未發(fā)生破斷的承載層來(lái)保障中層棄煤的安全開采； 當(dāng)4 >4時(shí)，上位層間巖層中的控制層能夠保持整體完整性與連續(xù)性，進(jìn)而來(lái)保障中 層棄煤開采的安全性；當(dāng)4 < 4時(shí)，上位層間巖層中的控制層會(huì)發(fā)生"〇-X"型破斷，形成反 三鉸拱平衡結(jié)構(gòu)，進(jìn)而會(huì)引發(fā)上部殘采區(qū)的積水與積聚瓦斯向中層棄煤工作面的擴(kuò)逸，對(duì) 中層棄煤的安全開采造成威脅；，下位層間巖層中的承載層和上位層間巖層中的控制層能保持 完整性、連續(xù)性和穩(wěn)定性，復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤具有安全開采的可能性； (7) 若步驟(6)中判定復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤具有安全開采的可能性，則進(jìn)行下一 步的計(jì)算:計(jì)算下位層間巖層中承載層的疊合破斷距<%，比較下位層間巖層中承載層的疊 合破斷距^&和下部刀柱殘采區(qū)柱采區(qū)域懸空跨度1下的大小;計(jì)算上位層間巖層中控制層 的疊合破斷距，比較上位層間巖層中控制層的疊合破斷距和上部殘采區(qū)柱采區(qū)域懸 空跨度1上的大小;確定復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤安全開采的可行性；，下位層間巖層中的承載層和上位層間巖層中的控制層在中層棄煤 開采疊合破斷距的影響下也能保持完整性、連續(xù)性和穩(wěn)定性，復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤 具有安全開采的可行性。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法，其特征 在于，所述的復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤是指位于上刀柱和下刀柱復(fù)合采空區(qū)之間未開采 的殘留煤炭資源。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法，其特征 在于，所述的步驟（1)采用三維激光掃描儀勘探查明復(fù)合殘采區(qū)遺留煤柱的寬度、高度、分 布區(qū)域及其失穩(wěn)狀況，了解柱采區(qū)域的分布方位、尺寸、體積及其覆巖垮落情況，通過(guò)鉆孔 勘探、物理勘探或化學(xué)勘探相結(jié)合的方法調(diào)研復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤、上位層間巖層 及下位層間巖層的組成情況。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法，其特征 在于，所述的步驟(1)在層位劃分時(shí)分別將巖體中的自然層面作為劃分界線，將厚度較大的 煤巖層根據(jù)天然夾層進(jìn)行人工分層，將厚度較小的巖層視為軟弱夾層，并將層厚較大且出 現(xiàn)離層的巖體視為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法，其特征 在于，所述的步驟(2)中，假定下部刀柱式殘采區(qū)上方第1層巖層為承載層，承載層上覆m層 巖層均能與之協(xié)調(diào)變形，第m+1層巖層起則不能與之同步變形，當(dāng)?shù)趍+1層巖層對(duì)第1層承載 層所形成的載荷q m+1小于第m層巖層對(duì)第1層承載層所形成的載荷qm、且第m+1層巖層的破斷距l(xiāng)m+1大于第1層承載層及其上覆m層巖層的破斷距1』寸 ，可以確定中 層棄煤下位層間巖層中承載層的位置及其承載范圍。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法，其特征 在于，所述的步驟(3)選取maX4^pmax/ ft二者的最小值作為下部殘采區(qū)柱采區(qū)域的懸空 跨度，即々 ，max4' )'7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法，其特征 在于，所述的步驟(4)根據(jù)彈塑性理論和滑移線場(chǎng)理論計(jì)算上部煤層開采對(duì)采場(chǎng)上位層間 巖層的最大損傷破壞深度'進(jìn)而來(lái)確定中層棄煤上位層間 巖層中控制層位置及其控制范圍； 式中，y為采場(chǎng)煤巖層的平均容重，H為上部煤層的埋藏深度，a為刀柱煤柱的寬度，b為 柱采區(qū)域的寬度，R。為上覆巖層平均抗壓強(qiáng)度。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中層棄煤開采可行性的判別方法，其特征 在于，所述的步驟(5)選取二者的最小值作為上部殘采區(qū)柱采區(qū)域的懸空 跨度，即 4 = min(max，max 4 )
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106055892SQ201610365890
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】馮國(guó)瑞, 白錦文, 戚庭野, 郭峰, 章敏, 郭軍, 閆永敢, 張玉江, 康立勛
【申請(qǐng)人】太原理工大學(xué)