一种近距离变层间距下煤层回采巷道布置位置确定方法

摘要

本发明公开了一种近距离变层间距下煤层回采巷道布置位置确定方法，属于近距离煤层开采领域。主要实现步骤为：(1)研究区域的地质资料与开采资料的分析整理；(2)下行开采不同层间距影响下的层间影响分析；(3)下行开采层间影响因素敏感性分析；(4)最大层间影响情况确定；(5)回采巷道水平错距确定；(6)巷道支护及监测优化。本发明充分考虑了地质、开采参数变化的影响，在不同方法与不同方案中得到近距离煤层回采巷道布置的最优解，适用范围广，尤其适用于近距离煤层群开采中层间距变化明显的区域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种近距离下煤层开采回采巷道布置位置确定方法，特别是一种近距离煤层开采层间距变化情况下的下煤层回采巷道布置位置确定方法。

背景技术

我国经济由高速发展阶段转向高质量发展阶段，能源需求增速放缓，粗放的煤炭开采模式已经不适用当前的能源开发使用要求。在此背景下，煤炭开采必须杜绝资源浪费、实现高产高效，并实现对煤炭资源的合理利用。

经过几十年的发展，随着煤炭资源的日益枯竭，大多数矿区转向煤层群开采。近距离煤层群开采受资源赋存条件影响，在近距离煤层群开采时，煤层间会相互影响，给煤层群的开采增加难度。

由于上煤层回采后对围岩形成了破坏，对于下煤层回采巷道位置选择来说，需要综合考虑不同位置巷道所受围岩压力及巷道变形情况，巷道所受围岩压力主要由上覆岩层及已采煤层残留煤柱的综合影响。

现有研究主要对单一或特殊地质情况下拟布置巷道区域应力分布情况进行研究，从而确定应力降低区域布置巷道等，此类研究方法通常只适用于相对固定的、变化较小的地质条件，而我国近距离煤层赋存条件复杂多变，煤层厚度变化大，煤层层间距离大小不等，层间距变化又会导致层间岩性等地质参数的变化，同时还可能会出现煤层局部合并或局部分叉的现象。因此，有必要考虑近距离层开采层间距变化对下煤层回采巷道合理布置位置的影响，对降低下煤层回采巷道维护难度及成本，促进煤矿安全高效生产具有重要意义。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，提供一种普适性强、结果可靠性高的近距离变层间距下煤层回采巷道布置位置确定方法，该方法适用于近距离煤层下行开采，煤层间距变化情况时的回采巷道布置位置确定，以降低巷道的维护难度与支护成本。

本发明采用的技术方案为：一种近距离变层间距下煤层回采巷道布置位置确定方法，包括以下步骤：

S1、对研究区域的地质资料与开采资料进行分析整理：筛选出区域内具有典型代表的地质钻孔，对筛选出的钻孔进行编号，并整理各钻孔对应的数据资料，包括：上、下煤层厚度，煤层间距离，层间岩性及相关物理力学参数、煤层埋深、倾角、上煤层工作面长度、遗留煤柱宽度等；

S2、下行开采变层间距层间影响分析：根据各钻孔确定实验方案，分析上煤层工作面回采后，不同层间距影响下下煤层的应力分布特征，可通过底板滑移线场理论分析、数值模拟、相似模拟等传统研究方法分析层间岩层的破坏范围、下煤层应力分布特征等；

S3、下行开采层间影响因素敏感性分析：基于各个钻孔的数据资料，分析各因素之间的数学关系，结合理论、模拟结果，分析上煤层开采后下煤层的应力分布特征，拟合得到上煤层回采完毕后各因素(包括上煤层煤厚、煤层埋深、层间距、层间岩性及相关物理力学性质、上煤层开采工作面长度、上煤层区段煤柱宽度)与下煤层最大应力之间的关系式；

S4、最大层间影响情况确定：对比分析各方案下煤层的最大应力值，筛选出下煤层受层间影响最大的方案编号，将相关参入代入步骤S5；

S5、回采巷道水平错距确定：根据步骤S4确定的方案参数，建立理论分析模型，分析该层间距情况下，遗留煤柱底板岩层应力的传递规律与分布特征，建立不同巷道水平错距方案，利用数值模拟、相似模拟等方法分析不同水平错距方案巷道的围岩变形分布，以可接受的最小巷道应力与围岩变形为标准，确定回采巷道与遗留煤柱的水平错距；

S6、巷道支护及监测优化：根据已确定的回采巷道位置结合现场实际与开采技术条件设计巷道支护方案，并制订巷道掘进期间与回采期间的变形监测，建立数据库供后续优化回采巷道布置位置提供数据参考。

步骤S1所述的对筛选出的钻孔进行编号，该编号延用于步骤S2的实验方案编号。

步骤S2所述的实验方案中应包含后续研究所需的相关参数，例如：钻孔编号1即为实验方案1，应包含该钻孔1相应的层间距、层间岩性及相关物理力学性质等参数，钻孔编号2即为实验方案2，应包含钻孔2相应的层间距、层间岩性及相关物理力学性质等参数，根据相应地质情况与开采条件，各方案中上煤层煤厚、煤层埋深、上煤层开采工作面长度、上煤层区段煤柱宽度等参数可以相同，也可不同。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种近距离变层间距下煤层回采巷道布置位置确定方法适用范围广，尤其适用于近距离煤层群开采中层间距变化明显的区域。

(2)本发明提供的一种近距离变层间距下煤层回采巷道布置位置确定方法在理论分析、数值模拟、相似模拟等传统研究方法的基础上，充分考虑了地质、开采参数变化的影响，在不同方法与不同方案中得到回采巷道布置的最优解，在保障结果的可靠性同时，避免了巷道局部或大面积支护难的问题，并且通过大量的工程实践后，又可建立相应数据库，不断迭代更新研究手段，优化数据结果。

附图说明

图1是近距离变层间距下煤层回采巷道布置位置确定方法的实施流程图。

图1中：n—实验方案编号；k—实验方案总数(应与钻孔编号相等，k＝1、2…n)；σ

图2是近距离变层间距下煤层回采巷道布置位置确定方法的实施步骤示意图。

图3是本发明实施例的不同层间距下煤层应力分布示意图。

图3中：A—上煤层；B—下煤层；C—上煤层采空区；M—上煤层遗留区段煤柱；H—层间距。

图4是本发明实施例的回采巷道位置布置示意图。

图4中：A—上煤层；B—下煤层；C—上煤层采空区；M—上煤层遗留区段煤柱；H—层间距；D—下煤层回采巷道水平错距；E—下煤层回采巷道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提出了一种近距离变层间距下煤层回采巷道布置位置确定方法，包括以下步骤：

S1、对研究区域的地质资料与开采资料进行分析整理：筛选出区域内具有典型代表的地质钻孔，对筛选出的钻孔进行编号，并整理各钻孔对应的数据资料，包括：上、下煤层厚度，煤层间距离，层间岩性及相关物理力学参数、煤层埋深、倾角、上煤层工作面长度、遗留煤柱宽度等；

S2、下行开采变层间距层间影响分析：根据各钻孔确定实验方案，分析上煤层工作面回采后，不同层间距影响下下煤层的应力分布特征，可通过底板滑移线场理论分析、数值模拟、相似模拟等传统研究方法分析层间岩层的破坏范围、下煤层应力分布特征等；

所述的实验方案中应包含后续研究所需的相关参数，例如：钻孔编号1即为实验方案1，应包含该钻孔1相应的层间距、层间岩性及相关物理力学性质等参数，钻孔编号2即为实验方案2，应包含钻孔2相应的层间距、层间岩性及相关物理力学性质等参数，根据相应地质情况与开采条件，各方案中上煤层煤厚、煤层埋深、上煤层开采工作面长度、上煤层区段煤柱宽度等参数可以相同，也可不同。

S3、下行开采层间影响因素敏感性分析：基于各个钻孔的数据资料，分析各因素之间的数学关系，结合理论、模拟结果，分析上煤层开采后下煤层的应力分布特征，拟合得到上煤层回采完毕后各因素(包括上煤层煤厚、煤层埋深、层间距、层间岩性及相关物理力学性质、上煤层开采工作面长度、上煤层区段煤柱宽度)与下煤层最大应力之间的关系式；

S4、最大层间影响情况确定：对比分析各方案下煤层的最大应力值，筛选出下煤层受层间影响最大的方案编号，将相关参入代入步骤S5；

S5、回采巷道水平错距确定：根据步骤S4确定的方案参数，建立理论分析模型，分析该层间距情况下，遗留煤柱底板岩层应力的传递规律与分布特征，建立不同巷道水平错距方案，利用数值模拟、相似模拟等方法分析不同水平错距方案巷道的围岩变形分布，以可接受的最小巷道应力与围岩变形为标准，确定回采巷道与遗留煤柱的水平错距；

S6、巷道支护及监测优化：根据已确定的回采巷道位置结合现场实际与开采技术条件设计巷道支护方案，并制订巷道掘进期间与回采期间的变形监测，建立数据库供后续优化回采巷道布置位置提供数据参考。

下面以某煤矿为例，说明本发明的具体实施方式。

某矿煤层赋存条件差异较大、煤层厚度变化较大，上煤煤层厚度为5.5m，下煤层厚度为1.2-3.7m，上煤层埋深为600m，上、下煤层间距为1.5m-18m，上煤层工作面长度为320m，遗留区段煤柱宽度为30m，目前上煤层已回采完毕，需要合理确定下煤层回采巷道位置。

针对此类近距离变层间距下煤层回采巷道布置位置的确定，具体实施步骤如下：

1、根据地质报告资料，筛选出该矿5个钻孔，建立5个实验方案，方案编号为1、2、3、4、5；各方案的不同参数分别如下：

方案1：下煤层煤厚3.5m，煤层间距1.5m，层间岩性为粉砂岩；

方案2：下煤层煤厚3.2m，煤层间距6.9m，层间岩性为粉砂岩和粗砂岩；

方案3：下煤层煤厚3.7m，煤层间距9.5m，层间岩性为粉砂岩和粗砂岩；

方案4：下煤层煤厚2.7m，煤层间距12.0m，层间岩性为粉砂岩和中砂岩；

方案5：下煤层煤厚1.2m，煤层间距18.0m，层间岩性为粉砂岩和细砂岩。

2、根据上述方案利用数值模拟、理论分析等方法可以得到上煤层开采后，下煤层的垂直应力分布情况，如图3所示。

3、分析各因素之间的数学关系，结合理论、模拟结果，分析上煤层开采后下煤层的应力分布特征，拟合得到上煤层回采完毕后各因素与下煤层最大应力之间的关系式。

4、根据图3不同层间距下煤层应力分布示意图，结合上煤层回采完毕后各因素与下煤层最大应力之间的关系式挑选出层间影响最大的钻孔方案。

5、根据该方案参数，设计不同巷道水平错距方案，如图4，利用数值模拟、相似模拟等方法分析不同水平错距方案巷道的围岩变形分布，以可接受的最小巷道应力与围岩变形为标准，确定回采巷道与遗留煤柱的水平错距。

6、根据已确定的回采巷道位置结合现场实际与开采技术条件设计巷道支护方案，并制订巷道掘进期间与回采期间的变形监测，建立数据库供后续优化回采巷道布置位置提供数据参考。

综上，某矿上煤层回采后方案3层间影响最为强烈，基于方案3的相关参数选取巷道的水平错距为10m，确定了下煤层回采巷道布置位置，如图4所示。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。