[发明专利]一种矿山采选充控开采设计方法

说明书

本发明公开了一种矿山采选充控开采方法，设计流程包括：布置少矸化的煤炭开采系统；根据分选要求选择合适的煤矸分选方法；根据矿井地质、生产条件、岩层控制要求选择合适的充填方法；根据矸石排放要求和控制指标利用理论计算、模拟和实验反算充实率；由充实率确定充填工艺、分选工艺；通过监测充填及控制效果指标反馈调节充填工艺及分选工艺参数。此设计方法高度集成井下煤矸分选、矸石充填与煤炭回采工艺，针对不同工程背景下控制对象的不同控制要求进行设计，可用于指导煤矿井下“采选充控”开采设计，能够实现煤矸石地面零排放，控制地表下沉、冲击矿压和含水层稳定，具有良好的推广前景。

技术领域

本发明涉及一种矿山开采设计方法，尤其涉及一种矿山采选充控开采设计方法，属于煤矿开采技术领域。

背景技术

煤炭在我国能源体系中始终占据主导地位，但是由于我国人均煤炭资源拥有量较少，且“三下”压煤量较大，因此矿井正常生产持续受到影响。煤炭的大量开采导致了地面塌陷和生态破坏，同时随着煤炭资源的逐渐枯竭和煤炭开采逐渐深部，矿井灾害也逐渐增多，比如随着开采深度加大，冲击矿压的发生几率也随之增大，因此矿井的安全绿色开采成为了当今研究的重点。

近年来随着煤矸石等固体材料充填工艺技术的发展，集成创新了较为成熟的充填开采技术和装备，能够通过充填减小岩层下沉，解决地表沉陷问题，通过充填控制导水裂隙带的发育范围，实现保水开采，还通过充填减小煤体和围岩内部应变能，解除冲击矿压危险。但是这种以矿井某种工程需求为目的矿山开采方式大多只能适用于某一矿井的某一工作面，还没有形成系统、全面的开采方式，因此不易与矿井原有生产系统之间形成良好配套和衔接，也不利于工程应用推广。

发明内容

为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种矿山采选充控开采设计方法，可作为一种系统流程用于指导煤矿井下开采工艺，以实现煤矸石地面零排放，控制地表下沉、冲击矿压和含水层稳定。

为了解决上述问题，一种矿山采选充控开采设计方法，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。

如增加夯实次数和夯实力大小，提高充填采煤液压支架支护强度，优化充填材料粒径配比。

进一步的，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。

动筛跳汰法分选能力较大、效率高、分选设备简单，其分选设备较大，分选粒径下限过大；

重介浅槽分选法分选能力大、精度较高、分选粒度范围宽，但占地面积大，需要介质回收作业，不适合细煤泥的分选；