[发明专利]一种矿山采选充控开采设计方法

权利要求书

1.一种矿山采选充控开采设计方法，其特征在于，设计流程如下：

第一步、布置少矸化的煤炭开采系统；井下矸石主要包括巷道掘进时产生的煤矸石和采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层中的岩石夹层里产生的煤矸石，通过控制采煤机精准选择性开采、少布置岩巷的方式布置少矸化的煤炭开采系统；

第二步、根据分选能力、精度要求、煤矸粒径范围、分选硐室尺寸限制、分选工艺复杂性、设备成本选择合适的煤矸分选方法；

第三步、根据煤层地质条件、矿井生产能力要求，岩层控制要求、充填物料供给量、经济预算选择合适的充填方法；

第四步、根据矸石排放要求及等价采高、导水裂隙带发育高度、直接顶挠度的理论计算、数值模拟和物理模拟反算不同工程背景下控制对象的充实率控制要求；

第五步，根据上步骤中计算所得的充实率确定充填工艺和分选工艺；

第六步，通过监测充采质量比、顶板下沉量、导水裂隙带发育高度、煤岩体应变能密度及地表下沉值，进一步反馈调节包括夯实力、夯实次数、矸石粒径级配、夯实角度在内的各充填工艺参数及包括分选粒径、分选能力在内的各分选工艺参数；监测结果良好保持当前工艺，否则调整充填工艺参数和分选工艺参数；

第四步中所述充实率的求解方法如下：

a.控制对象为控制地表沉陷时，充实率求解方法流程如下：分析地表沉陷的控制要求→收集矿井地质→基于等价采高原理修正的概率积分法、数值模拟软件、物理相似模拟或力学计算方法针对不同充实率下地表沉陷的结果进行预计→根据地表沉陷控制要求反算出充实率的取值；

b.控制对象为控制冲击矿压时，充实率求解方法流程如下：通过力学分析、物理相似模拟或数值模拟方法分析充实率对工作面前方顶板的挠度、断裂距离、应变能密度的影响关系→得出显著减小冲击矿压强度的临界充实率和顶板不发生破断的临界充实率→综合考虑充填效率和控制效果确定充实率；

c.控制对象为控制含水层时，充实率求解方法流程如下：确定允许产生的最大导水裂隙带发育范围→根据收集的矿井资料建立充填采煤数值模拟模型、构建力学模型或物理相似模拟模型→分析不同充实率下导水裂隙带发育情况→得出导水裂隙带发育范围关系，得出充实率。

2.根据权利要求1所述的矿山采选充控开采设计方法，其特征在于，井下煤矸分选方法，包括动筛跳汰法、重介浅槽分选法、选择性破碎法和水介旋流分选法；当一种分选方法难以满足矿井分选要求时，应采用多种煤矸分选方法组合的形式。

3.根据权利要求2所述的矿山采选充控开采设计方法，其特征在于：第三步中矸石充填方法包括抛矸充填、综合机械化固体密实充填、胶结充填和充填协同垮落式混合综采，应当结合煤层的地质条件、矿井产量要求，充填开采目的和充填物料的供给情况选择合适的充填方法。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的矿山采选充控开采设计方法，其特征在于：充填工艺参数的取值范围如下：夯实次数为2-6次，充实率较高时取较大值；夯实角度取值范围由具体的支架参数确定；充填体自然安息角34°-60°，由充填材料本身确定；夯实力为2-4MPa，充实率较高时取较大值；卸料高度等于采煤高度减去底卸式刮板输送机悬挂高度的差乘以堆料系数，其中采高和底卸式刮板输送机悬挂高度由具体矿井条件和具体设备尺寸决定，堆料系数取值范围是0.6-0.9。