一种巨厚土层下特厚煤层垮落与充填保水开采设计方法

本发明涉及巨厚土层下特厚煤层分层垮落保水采煤技术、充填保水采煤，具体是一种巨厚土层下特厚煤层垮落与充填保水开采设计方法。

背景技术：

1、含水层下特厚煤层开采主要采用分层限厚开采，导致剩余分层煤炭资源难以回收，造成大量煤炭资源浪费。

2、现有已公开的专利文件cn107939401b、cn106014410a、cn103306720a，较为复杂，且只考虑工作面煤层开采，未考虑巨厚土层的隔水作用，均并不能解决上述含水层下特厚煤层开采中遇到的工程难题。

3、因此，针对巨厚土层覆盖区特厚煤层的煤炭资源开发与水资源保护，亟需发明一种巨厚土层下特厚煤层垮落与充填保水开采设计方法，以充分利用巨厚土层的隔水性能，实现煤炭资源的高效回采与水资源保护。

4、最新研究结果表明，泥岩或弱胶结土层等软岩，具有裂隙自修复、采动裂隙压实易闭合等特性，是良好的隔水岩层。在煤炭资源开采过程中，如果能充分发挥泥岩或弱胶结土层等软岩隔水岩层的作用，将有利于提高煤炭采出率。另一方面，充填开采具有控制岩层移动、抑制导水裂隙带发育、降低开采扰动程度等特点，是目前实现矿山保水采煤的有效手段，同时可以处置矿山固废，避免地面排放、污染环境。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述技术问题，本发明提出一种巨厚土层下特厚煤层垮落与充填保水开采设计方法，能够实现最大限度开采特厚煤层厚度，提高煤炭资源采出率，同时实现矿山固废处置与水资源保护，丰富现有保水采煤技术体系的技术目的。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术手段：

3、一种巨厚土层下特厚煤层垮落与充填保水开采设计方法，包括以下步骤：

4、a、收集矿井水文与采矿地质资料，掌握含水层、巨厚土层、特厚煤层空间层位关系、厚度及岩性特征；

5、b、根据工程地质条件与煤岩体的物理力学参数，采用3dec三维离散元软件模拟计算导水裂隙带高度h发育到上覆巨厚土层底部时特厚煤层上分层最大限厚采高mmax；

6、c、采用综合机械化分层垮落采煤方法，开采特厚煤层上分层煤层，采高为最大限厚采高mmax，同时在采空区铺设人工假顶；

7、d、采用3dec三维离散元软件模拟研究不同采空区充实率时，特厚煤层下分层充填开采导水裂隙带发育高度h，根据模拟数据拟合结果，确定导水裂隙带发育至所述含水层底部时特厚煤层下分层采空区极限充实率φ极；

8、e、采用综合机械化固体充填采煤方法，开采特厚煤层下分层煤层，采空区充实率为φ；

9、f、重复步骤a～e，完成整个矿井区域的特厚煤层分层限厚与充填协同保水采煤。

10、所述巨厚土层，其厚度s满足如下条件：

11、50m≤s

12、所述特厚煤层下分层采空区充实率φ取值大于等于特厚煤层下分层采空区极限充实率φ极，同时考虑安全系数，满足如下条件：

13、0≤φ极≤φ≤90％。

14、有益效果：

15、本发明一种巨厚土层下特厚煤层垮落与充填保水开采设计方法，该方法充分利用巨厚土层自修复、裂隙易闭合等隔水性能，发挥垮落与充填采煤技术优势，避免了已有方法的繁琐工艺，具有显著的经济社会效益，应用前景广阔。

技术特征：

1.一种巨厚土层下特厚煤层垮落与充填保水开采设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述巨厚土层下特厚煤层垮落与充填保水开采设计方法，其特征在于，所述巨厚土层(2)，其厚度s满足如下条件：

3.根据权利要求1所述巨厚土层下特厚煤层垮落与充填保水开采设计方法，其特征在于，所述特厚煤层下分层(6)采空区充实率取值大于等于特厚煤层下分层(6)采空区极限充实率同时考虑安全系数，满足如下条件：

技术总结
本发明公开了一种巨厚土层下特厚煤层垮落与充填保水开采设计方法，首先收集矿井水文与采矿地质资料，掌握含水层、巨厚土层、特厚煤层空间层位关系、厚度及岩性特征；通过3DEC三维离散元软件模拟计算导水裂隙带高度H发育到上覆巨厚土层时特厚煤层上分层最大限厚采高M<subgt;max</subgt;；然后，进一步模拟研究特厚煤层下分层充填开采导水裂隙带发育高度及巨厚土层稳定性，确定特厚煤层下分层采空区极限充实率最终实现特厚煤层分层限厚与充填协同保水采煤。

技术研发人员：孙强,白如鸿,刘飞,马立强,李小龙,范立民,冯文昌
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14