[发明专利]一种浅埋近距离一侧采空煤柱下切眼位置的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿井下开采技术领域，尤其涉及一种浅埋近距离一侧采空煤柱下切眼位置的确定方法。

背景技术

近距离煤层群开采过程中，由于切眼的断面较大、不易支护，下煤层工作面布置时通常会将其设置在上煤层开采的遗留煤柱区下；由此，工作面初采阶段将会经历由上覆煤柱区进入采空区下的开采过程，即出一侧采空煤柱的开采，如附图3所示，图中d_m为下煤层切眼距上覆一侧采空煤柱边界的距离。现场的开采实践与观测结果显示，多个工作面在此过程中发生了严重的压架现象，出现了支架活柱瞬时大幅下缩(超过500mm)、支架被压死或导致采煤机无法通过等剧烈的来压现象，给人员的安全和矿井的高效生产带来了极大的影响；且此类灾害在我国西北部的神东、伊泰等浅埋近距离煤层赋存矿区的开采过程中显得尤为普遍。如何确保类似工作面在推出上覆一侧采空煤柱开采时的安全，已成为上述矿区亟待解决的技术难题。

针对上述压架灾害，相关研究已结合神东矿区部分矿井采出上覆一侧采空煤柱的开采条件，从煤柱上方关键层破断运动的角度对其发生的内在机理进行了研究。结果表明，工作面出煤柱时，煤柱上方关键层破断块体与煤柱边界采空区一侧已断块体始终无法形成稳定的承载结构，该结构的回转运动传递给煤层间岩层及支架的过大载荷是造成压架发生的根本原因。因此，如何保证煤柱上方关键层在出煤柱时不发生破断，或其破断回转传递的载荷不致引起煤层间岩层的切落，是防治压架的关键。而下煤层切眼在上覆一侧采空煤柱下布置位置的不同，将直接影响到煤柱上方关键层的破断运动型式及其传递载荷的大小。所以，合理确定下煤层切眼的布置位置是解决上述压架问题的有效途径。

目前，现场工程技术人员在对浅埋近距离下部煤层的切眼进行布置时，单纯以是否便于切眼的支护作为依据进行设计，而未能考虑后续工作面采出上覆一侧采空煤柱时的压架防治。因此，有必要设计一种专门用于浅埋近距离一侧采空煤柱下切眼位置的确定方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浅埋近距离一侧采空煤柱下切眼位置的确定方法，旨在结合各矿井具体煤层赋存条件及煤层上覆岩层岩性结构特征，统筹考虑煤层埋深、上下煤层间距、煤层间是否存在关键层、覆岩关键层破断步距等，据此确立浅埋近距离一侧采空煤柱下切眼位置的计算方法，指导解决矿井压架问题以及浅埋近距离煤层安全开采的研究，保障矿井安全生产及井下人员安全。

本发明是这样实现的，一种浅埋近距离一侧采空煤柱下切眼位置的确定方法，包括以下步骤：

S1、收集所要布置切眼对应上覆一侧采空煤柱附近的钻孔柱状资料；

S2、根据收集到的资料，采用关键层判别软件进行具体钻孔柱状条件下覆岩关键层位置的判别；

S3、根据上下煤层间关键层的赋存情况，按照各自对应的方法进行下煤层切眼位置的确定。

优选地，在步骤S1中，所述钻孔柱状资料为矿井普查、详查或精查过程中所钻取的地面钻孔柱状图。

优选地，在步骤S2中，所述关键层判别软件为KSPB，国家计算机软件著作权编号为2008SR34419。

优选地，在步骤S3中，所述切眼位置的确定方法包括以下具体过程：

(1)上下煤层间无关键层时

切眼布置时应避免煤柱上方关键层发生悬臂式破断，同时还应保证切眼处于上覆煤柱边界应力峰值之外；即切眼位置d_m应满足如式(1)所示的条件：

D+Y<d_m<l₁                 (1)

式中，D为切眼宽度；l₁为煤柱上方关键层的周期破断步距，可根据上煤层开采时周期来压步距的实测值进行确定；Y为煤柱边界塑性区宽度，其中，M₁、H分别为煤柱厚度和埋深，C、分别为煤体的内聚力和内摩擦角，γ为岩层容重，K为应力集中系数(一般取值2～5)，f为煤层与顶底板接触面的摩擦因数，ξ为三轴应力系数，

(2)上下煤层间存在1层关键层时

对于煤层间存在1层关键层的开采情形，其切眼的布置可更深入煤柱内部，仅需保证煤柱上方关键层破断块体的回转作用对工作面支架不产生影响即可，依此可建立如附图4所示的力学模型。可按照关键层破断块体回转量及关键层破断结构稳定性这2个方面进行切眼位置的确定。