急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法
【专利摘要】针对建(构)筑物下急倾斜深部压煤范围大、传统的倾向条带方法采出率低、生产效率低的问题，本发明公开一种急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法。以建(构)筑物群保护煤柱为中心，将倾角大于45°的急倾斜煤层按开采水平、沿煤层走向划分多个块段式采区，布置开采块段和条带煤柱。依据非充分开采沉陷原理和煤柱稳定性要求，确定块段式采区的宽度和倾向条带煤柱宽度，在采区内布置多个俯伪斜工作面。采区内进行自上而下、切眼平齐、多工作面联合回采，采区之间采取跳采区间歇布置、跨采区协调开采。本发明能平衡煤柱开采各阶段的沉陷影响，控制地表移动变形，既提高了保护煤柱的回收率，又提高了生产效率，对煤层倾角有更好的适合性。
【专利说明】急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤层开采方法，特别涉及一种急倾斜煤层岩层移动控制的深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法。
技术背景
[0002]随着急倾斜煤层开采深部化，我国急倾斜矿井三下压煤问题日益严重。如北京木城涧煤矿大台井，侏罗系煤层倾角45?88°，开采深度大于500m。可采煤层8个，涉及地面受护对象种类多，结构差别大，村庄、铁路、井筒与工业广场压压煤达1100万吨，占矿井总储量的三分之一。
[0003]为了保证井上下保护对象的安全，大台井要求本区煤柱开采对地面一般建(构)筑物的影响不超过II级破坏；井筒、生产设备、铁路等工业设施设备满足《建筑物、铁路、水体及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(简称三下采煤规程)的保护要求。
[0004]而大台井采用的是俯伪斜走向长壁采煤法，工作面两侧顺槽的伪倾角约25°。如果留设倾斜煤柱，必将减小工作面走向推进长度，降低生产效率，提高巷道掘进率，这对于保证矿井的生产能力和经济效益极其不利，这也是该矿在八十年代条带法试采不成功的主要原因。同样，留设走向条带也存在上述不利因素，同时会极大地影响条带煤柱的稳定性。
[0005]又如开滦马家沟矿井田范围内厂企和村庄下急倾斜深部压煤严重，仅耿家营、开平镇就压煤536.1万吨，还涉及半钢集团和鸿达集团的采动影响，建筑物下深部开采已成为关乎本矿生存和长远发展的关键技术问题。
[0006]资源滞压造成矿井生产接替紧张，严重制约企业的长远发展。如果采用传统的倾斜窄条带法开采，进行单一采区布置，不仅采出率低、生产效率低、掘进率高；而且会带来变形分布不均、矿压集中等问题。
[0007]过去几十年来，我国建筑物下采煤主要采取条带法开采、长壁大面积协调开采、充填开采、建(构)筑物加固技术等。条带开采应用简便，减沉效果好，在我国得到广泛应用。条带采煤法的实质是将开采煤层按一定的尺寸划分留设煤柱和开采空间，用留设的煤柱来支撑煤层的上覆岩层，控制地表的移动和变形。实践表明，条带采煤法同全采方法相比，采出率虽然低一些，但它能大幅度降低地表的下沉值和变形值，特别是煤层上覆岩层中有较厚坚硬岩层，煤层底板岩层也较坚硬时，控制效果就更加明显。
[0008]常规条带开采可分为倾向条带和走向条带两种布置方式。倾向条带就是条带长轴沿煤层倾斜方向布置，其特点是适应性强，煤柱的稳定性好，缺点是工作面搬家次数频繁。走向条带是指条带煤柱的长轴沿煤层的走向布置，适应于煤层倾角较小的煤层，其优点是解决了工作面搬家次数频繁的问题，但增加了巷道的掘进率。
[0009]在急倾斜煤层开米条件下，由于煤层倾角较大，岩石重力方向与岩石层面所成的夹角变小，使上覆岩层荷载垂直岩石层面的分量减小，平行于岩石层面的分量大大增加，煤柱的受力状态与缓倾斜开采条件完全不同。在急倾斜煤层群开采条件下，不同煤层煤柱之间的相互作用能力减小，煤层群之间相互影响产生的应力集中效应减弱，就有可能同时开采更多煤层而不对煤柱的稳定性造成较大破坏。因此，进行急倾斜煤层群煤柱开采，条带煤柱留设需要考虑的问题更加复杂，对顶底板岩层移动实施控制的技术难度更大。
[0010]综上所述，应综合考虑煤柱开采问题，加大条带采宽，创新开采与布置方法。针对建(构)筑物下急倾斜深部压煤范围大、传统的倾向条带方法采出率低、生产效率低的问题，本发明公开一种急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题是针对煤层倾角大于45°的急倾斜煤层，提供一种能够有效地控制岩层与地表的移动和变形、能够减小采动损害，并且提高煤炭回收率的岩层移动控制的急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法。
[0012]本发明通过以下技术方案实现:急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，以建(构)筑物群保护煤柱为中心，将倾角大于45°的急倾斜煤层按开采水平、沿煤层走向划分多个块段式采区，在块段式采取内布置开采块段和倾向条带煤柱；依据非充分开采沉陷原理和煤柱稳定性要求，确定块段式采区的宽度和倾向条带煤柱宽度，在采区内布置多个俯伪斜工作面；采区内进行自上而下、切眼平齐、多工作面联合回采，采区之间采取跳采区间歇布置、跨采区协调开采。
[0013]上述急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，每个开采水平的垂高为100米，上下开采水平之间的倾向条带煤柱中心对齐。
[0014]上述急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，每个开采水平的垂高为100米，进行多采区联合布置，实行跳采区间歇布置、跨采区协调开采；煤层局部区域可跨两个水平布设工作面。
[0015]上述急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，倾向条带煤柱的宽度对煤柱的稳定性和对岩层控制效果影响大。在急倾斜煤层开米条件下，岩石重力方向与岩石层面所成的夹角变小，使 上覆岩层荷载沿岩层法向的分量减小，切向分量大大增加，缓倾斜开采条带煤柱设计常用的极限强度理论不再适用于急倾斜煤柱的稳定性分析。本发明在进行大量实验的基础上，总结出中硬围岩条件下条带煤柱宽度设计公式:倾向条带煤柱宽
度的最小尺寸为
【权利要求】
1.急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，其特征在于，以建筑物群或构筑物群的保护煤柱为中心，将倾角大于45°的急倾斜煤层按开采水平、沿煤层走向划分多个块段式采区，在块段式采区内布置开采块段和倾向条带煤柱；依据非充分开采沉陷原理和煤柱稳定性要求，确定块段式采区的宽度和倾向条带煤柱宽度，在采区内布置多个俯伪斜工作面；采区内进行自上而下、切眼平齐、多工作面联合回采，采区之间采取跳采区间歇布置、跨采区协调开采。
2.根据权利要求1所述的急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，其特征在于，每个开采水平的垂高为100米，上下开采水平之间的倾向条带煤柱中心对齐。
3.根据权利要求1所述的急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，其特征在于，每个开采水平的垂高为100米，进行多采区联合布置，实行跳采区间歇布置、跨采区协调开采；煤层局部区域跨两个水平布设工作面。
4.根据权利要求1-3任一所述的急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，其特征在于，对于中硬岩层，倾向条带煤柱宽度的最小尺寸为+ 其中:H为采深，M为煤厚，H和M的单位为米；倾向条带煤柱宽度是指沿煤层走向的宽度，单位为米。
5.根据权利要求4所述的急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，其特征在于，对于中硬岩层来说，块段式采区宽度的最大尺寸为
6.根据权利要求1所述的急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，其特征在于，采区之间采取跳采区间歇布置、跨采区协调开采；即开采顺序的安排是:先隔一个采区跳采一个采区，然后回采其余采区，采区内的工作面按自上而下的顺序推进、当上工作面推进到与下工作面切眼平齐时，上下工作面进行同步联合回采。
7.根据权利要求1所述的急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，其特征在于，在多煤层情况下，根据每个煤层与受保护建筑物群或构筑物群的距离，按先远后近顺序，进行同水平逐层煤回采；如果同一采区必须进行两层煤同时开采，则同时开采的两层煤之间最小间距应满足下式:
8.根据权利要求7所述的急倾斜煤层深部跨采区块段式倾向条带协调开采方法，其特征在于，当两层煤之间距离小于D时，应先开采上部煤层，即先开采与受保护建筑物群或构筑物群距离较小的煤层。
【文档编号】E21C41/16GK103628876SQ201310542776
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】戴华阳, 马植胜, 王明立, 王忠武, 阎跃观, 胡炳南, 田秀国, 李培现, 郭俊廷, 廖孟光 申请人:中国矿业大学(北京), 北京昊华能源股份有限公司, 天地科技股份有限公司