[发明专利]采场垮落带高度的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭开采领域，尤其涉及采煤前，对厚煤层一次采全高时采场垮落带高度的确定方法。

背景技术

众所周知，由于煤系地层的分层特性差异，因而各岩层在岩体活动中的作用是不同的。有些较为坚硬的厚岩层在活动中起控制作用，即起承载主体与骨架作用；有些较为软弱的薄岩层在活动中只起加载作用，其自重大部分由坚硬的厚岩层承担。因而，把在岩体活动中起主要控制作用的岩层称之为关键层，只起加载作用的岩层称为随动层。目前，以关键层为研究基础，实现了矿山压力、岩层移动与地表沉陷、采动煤岩体中水与瓦斯流动研究的有机统一。

在煤炭生产中，垮落带的确定涉及到设备的选型、工艺参数的确定以及工作面的安全生产，准确地确定垮落带，可以有效地保证采煤工作的安全、高效进行。

垮落带要求在采煤工作面回采之前确定，目前确定垮落带的方法主要有两种：第一种方法是认为采场上方垮落在采空区的岩石破碎松散后能够充填满采空区，依据该原理，确定以一次采出高度结合垮落岩石的碎涨系数即可确定垮落带高度，即h＝M/(c-1)，式中，h为垮落带的高度，M为一次采出厚度，c为岩石碎涨系数，其中岩石碎涨系数可以通过对岩石取样分析获得，一般碎涨系数的取值在1.06-1.8之间，即认为采场上方大约1.25-16.7倍采出煤层厚度的岩层属于垮落带的高度。首先，给出的方法中垮落带高度的浮动范围较大，其次，没有考虑到如果上覆岩层存在硬度大并且较厚岩层的情况下，并不需要充填满采空区才能达到稳定的结构。

第二种方法是依据现场实测并进行数据的统计分析，存在两个问题，一，要求必须有所有条件相同或近似的工作面正在生产，以便收集到相关的数据；二，最终的数据统计结果以经验系数的形式仍然归类于一次采出高度上，并对其它工作面的垮落带高度进行判定，误差较大。因此，该方法对于处于设计或者开拓初期没有类似工作面的矿井无法应用。

综合看来，两种方法均将垮落带高度的确定集中在一次采出煤层的厚度上，没有综合考虑回采空间的大小、岩层断裂的角度以及厚度、关键层在上覆岩层中的作用以及随动层的属性。

根据关键层的特征，应当进一步对垮落带与关键层之间建立相关联系，从而找出更为合理的垮落带高度的确定方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种厚煤层一次采全高时采场垮落带高度的确定方法，用于解决煤层开采前，难以准确确定垮落带，进而使设备选型和采煤工艺的选择无法达到最优以及安全生产难以保证的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种采场垮落带高度的确定方法，所述方法包括以下步骤：

第一步：确定采场上方全部关键层层位；

第二步：根据设计的开采工作面对第一关键层进行判定，确定第一关键层是否会断裂，如果第一关键层不会断裂，则第一关键层下方为垮落带；

第三步：如果根据第二步判定的结果第一关键层断裂，则对断裂后的第一关键层进行进一步的判定，以确定断裂后的第一关键层是成为裂隙带还是垮落带，当断裂后的第一关键层成为裂隙带，则第一关键层下方为垮落带；

第四步：如果根据第三步判定第一关键层断裂后成为垮落带，当不存在下一个关键层时，则从采场上方一直延伸到地表均为垮落带；

第五步：当存在下一个关键层时，则返回第二步重新对下一个关键层进行判定，直到判定出第一个不会断裂的关键层或断裂后成为裂隙带的关键层时，该第一个不会断裂的关键层或断裂后成为裂隙带的关键层以下为垮落带；或者在判定完所有的关键层，均未出现不会断裂的关键层或断裂后成为裂隙带的关键层时，则垮落带一致延伸到地表。

优选地，在所述第一步中，采场上方全部关键层层位可以由采场上方地质资料给出的综合柱状图或者钻孔资料经过实验室力学分析并进行计算后判定。

优选地，在所述第二步中，判定关键层是否会断裂时，选用弹性薄板力学模型计算关键层悬露长度的临界值a，得到：