一种安全开采保水煤柱的设计方法与流程

本发明涉及一种安全开采保水煤柱的设计方法，尤其是一种采用固体充填开采保水煤柱的设计方法。

背景技术：

随着我国煤矿开采的发展，“三下”(建筑物下、道路下、水体下)压煤问题日显突出，其中，水体下压煤占“三下”压煤总量的25％左右。为了防止煤层上部含水层的水害危害，传统煤矿开采中需要留设大量的保水煤柱，来保护隔水层不被破坏，从而保证工作面的安全生产。这样，就使得大量的煤炭资源留在井下无法回收，尤其是优质煤炭资源，造成了煤炭资源的巨大浪费。虽然，在淮南、淮北和兖州等矿区回收了部分保水煤柱，但其提高保水煤柱开采上限的范围有限，回收效率较低，并且受水害的危险程度还较高。

因此，针对目前保水煤柱回收中所面临的一系列问题，研发一种安全、高效、实用的回收保水煤柱设计方法具有十分重要的意义和应用前景。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种安全开采保水煤柱的设计方法，该设计方法简单准确，能够在确保工作面安全生产前提下，提高保水煤柱的开采上限，提高煤炭的回收率，保护矿区的水资源，合理利用矿区的固体废弃物。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括如下步骤：水文地质资料的分析；计算二次采动时允许的最大导水裂隙高度；判别保水煤柱是否确保隔水保护层安全，如不能，则需要采用充填开采，并反演计算充填率η；进行采动裂隙渗流的安全性分析，确定采动裂隙不会贯通含水层。

有益效果：本发明公开的一种安全开采保水煤柱的设计方法，包括：水文地质资料的分析；计算二次采动(回收煤柱)时允许的最大导水裂隙高度；判别保水煤柱是否确保隔水保护层安全，如不能，则需要采用充填开采并反演计算充填率η；进行采动裂隙渗流的安全性分析，确定采动裂隙不会贯通含水层。该设计方法简单准确，在确保工作面安全生产前提下，提高保水煤柱的开采上限，提高煤炭的回收率，保护矿区的水资源，合理利用了矿区的固体废弃物，具有广阔的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是留保水煤柱时垮落式开采后导水裂隙发育高度示意图。

图2是第一个保水煤柱充填开采后导水裂隙发育高度示意图。

图3是本发明实施例的流程图。

图中：1、含水层，2、隔水保护层，3、原有开采的导水裂隙带，4、保水煤柱，5、固体充填区，6、二次采动导水裂隙带。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1至图3示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，图中的一种安全开采保水煤柱的设计方法，具体步骤如下：

a.对矿区留设保水煤柱4的采区矿井水文地质资料和岩层移动资料进行系统分析，确定煤层上方含水层1的位置hz；分析清楚含水层1与煤层之间隔水层的结构特征和隔水性能，确定最小隔水保护层2的厚度hbmin；测定原有开采的导水裂隙带3高度hc。

b.计算开采保水煤柱4时，二次采动导水裂隙带6的最大允许高度hdmax，计算公式为：

hdmax＝hz-hbmin

计算采用垮落式开采全高回收保水煤柱4时，二次采动导水裂隙带6高度hd，计算公式为：

式中，m为采高。

c.判别采用垮落式开采全高回收保水煤柱，是否确保隔水保护层2安全，即hd要小于等于hdmax，

如上式成立，则可采用垮落式全高开采；如上式不成立，则需要用充填开采回收保水煤柱4，形成固定充填区5。

d.计算充填采煤的充填率η，该充填开采的等价采高为m'＝(1-η)m，则可由下式反演出η，计算公式为：

e.布置充填采煤工作面回收保水煤柱4确保采空区充填率不低于η。

f.重复步骤a—e，完成第二个、第三个、……、直至最后一个工作面的开采。

在本实施例中，所述充填开采为固体废弃物充填采煤，充填液压支架后部装有夯实机，能确保满足采空区充填率指标的要求，实施固体密实充填。所述的布置垮落式全高采煤工作面方案和所述的布置充填采煤工作面方案都须进行水体下采煤防水设计验证，完善各项防治水技术措施。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
一种安全开采保水煤柱的设计方法，包括如下步骤：水文地质资料的分析；计算二次采动时允许的最大导水裂隙高度；判别保水煤柱是否确保隔水保护层安全，如不能，则需要采用充填开采，并反演计算充填率η；进行采动裂隙渗流的安全性分析，确定采动裂隙不会贯通含水层。本发明简单准确，在确保工作面安全生产前提下，提高保水煤柱的开采上限，提高煤炭的回收率，保护矿区的水资源，合理利用了矿区的固体废弃物，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：缪协兴
受保护的技术使用者：缪协兴
技术研发日：2018.08.02
技术公布日：2019.01.18