一种工作面末段不等强充填开采方法发明专利

专利名称：一种工作面末段不等强充填开采方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410390425.1

专利申请（专利权）人：淮南师范学院
权利人地址：安徽省淮南市洞山西路

专利发明（设计）人：李峰辉,李冬,黄凯峰,窦礼同,毕尧山,詹可亮

专利摘要：本发明属于煤矿开采技术领域，具体为一种工作面末段不等强充填开采方法，包括如下步骤，S1,确定不等强充填段最短距离；确定开始充填位置至采煤工作面停采线的最短距离，距离过短时，充填体未完全成为应力拱的拱脚，未达到充填目的；S2，依据需求确定工作面设计充填距离；依据具体条件包括充填距离、工作面末段应力环境、处理矸石量、采掘接续、资源采出率，确定实际充填距离；通过改变工作面应力拱拱脚位置，使拱脚位置由工作面前方煤柱转移至不等强充填段，减小工作面前方应力集中程度；使不等强充填增加了应力拱拱脚的范围，降低了应力梯度，降低了对下层煤应力的影响，在上、下伏煤层之间减小了巷道护巷煤柱的尺寸、增加煤柱回收安全性。

主权利要求：
1.一种工作面末段不等强充填开采方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1,确定不等强充填段最短距离；确定开始充填位置至采煤工作面停采线的最短距离，距离过短时，充填体未完全成为应力拱的拱脚，未达到充填目的；
S2，依据需求确定工作面设计充填距离；依据具体条件包括充填距离、工作面末段应力环境、处理矸石量、采掘接续、资源采出率，确定实际充填距离；
S3，确定不等强充填梯度；确定单位充填距离的百分比，充实率为0％时，为未充填，持续充填至接近完全充实率即可；
S4，确定不等强充填参数与工作面实际的匹配性；改变工作面应力拱的拱脚位置，使拱脚位置由工作面前方煤柱转移至不等强充填段，减小工作面前方应力集中程度及影响范围。
2.根据权利要求1所述的一种工作面末段不等强充填开采方法，其特征在于：采煤工作面因开采形成空间，对架后空间进行抛矸，膏体充填，对顶板形成支撑，特点在于对顶板支撑作用的逐渐增强，使顶板垮落高度逐渐减小，直至不再垮落。
3.根据权利要求1所述的一种工作面末段不等强充填开采方法，其特征在于：充填距离为等于工作面的走向长度，充填宽度等于工作面宽度；不等强充填段的最短距离为工作面超前影响距离或单见方距离。 说明书 : 一种工作面末段不等强充填开采方法技术领域[0001] 本发明涉及煤矿开采技术领域，具体为一种工作面末段不等强充填开采方法。背景技术[0002] 煤矿开采过程中，上方岩石破碎、冒落，在开采区域周围形成高应力，在工作面前方形成超前应力，开采导致的岩层移动是导致矿井事故的主要原因之一；传统的开采方法是留设大巷煤柱，煤层开采时，开采煤层由上至下，大巷煤柱留设越来越宽，多造成资源浪费，矿井开采末期回收煤柱时，煤柱为孤岛区域，安全隐患大；且处理不当往往无法有效控制岩层移动，还会导致顶板坍塌、底板突水事故的发生；[0003] 现在很多煤矿的充填方法中，在采空区充填材料，可以有效地控制地表沉陷，减少对周边环境的影响，但是现有的充填方法还存在一些弊端；例如充填开采工作面推采速度低，完全充填与固废产生量不匹配，介于这个缺点我们提出了一种工作面末端不等强充填开采方法。发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种工作面末段不等强充填开采方法，以解决上述背景技术中提出的问题。[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工作面末段不等强充填开采方法，包括如下步骤：[0006] S1,确定不等强充填段最短距离；确定开始充填位置至采煤工作面停采线的最短距离，距离过短时，充填体未完全成为应力拱的拱脚，未达到充填目的；[0007] S2，依据需求确定工作面设计充填距离；依据具体条件包括充填距离、工作面末段应力环境、处理矸石量、采掘接续、资源采出率，确定实际充填距离；[0008] S3，确定不等强充填梯度；确定单位充填距离的百分比，充实率为0％时，为未充填，持续充填至接近完全充实率即可；[0009] S4，确定不等强充填参数与工作面实际的匹配性；改变工作面应力拱的拱脚位置，使拱脚位置由工作面前方煤柱转移至不等强充填段，减小工作面前方应力集中程度及影响范围；[0010] 优选的，采煤工作面因开采形成空间，对架后空间进行抛矸，膏体充填，对顶板形成支撑，特点在于对顶板支撑作用的逐渐增强，使顶板垮落高度逐渐减小，直至不再垮落。[0011] 优选的，充填距离为等于工作面的走向长度，充填宽度等于工作面宽度；不等强充填段的最短距离为工作面超前影响距离或单见方距离。[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0013] 通过降低本煤层煤柱宽度的原理：改变工作面应力拱的拱脚位置，开采后确定高应力影响范围，依据高应力影响范围确定最短距离，使拱脚位置由工作面前方煤柱转移至不等强充填段，减小工作面前方应力集中程度及影响范围；[0014] 通过降低下层煤柱宽度的原理：使不等强充填增加了应力拱拱脚的范围，降低了应力梯度，降低了对下层煤应力的影响，且下层煤末段也采用不等强充填开采，使得工作面可以推采过应力变化区域；[0015] 本方案可以在工作面内进行充填，减少大巷保护煤柱尺寸，提高资源回收率，使矸石产生、处置平衡，保护环境；减小本煤层、下伏煤层开拓或准备巷道护巷煤柱尺寸、增加煤柱回收安全性；煤柱回收工作面两侧为充填体，安全性高，回收后能及时充填，回收煤柱时更加安全。附图说明[0016] 图1为本发明实例中的工作面应力示意图；[0017] 图2为本发明实例中的末段不等强充填与传统垮落法对比图。具体实施方式[0018] 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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。[0019] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0020] 实施例：[0021] 请参阅图1‑2，本发明提供一种工作面末段不等强充填开采方法技术方案，包括如下步骤：[0022] S1,确定不等强充填段最短距离；确定开始充填位置至采煤工作面停采线的最短距离，距离过短时，充填体未完全成为应力拱的拱脚，导致未达到充填目的；[0023] S2，依据需求确定工作面设计充填距离；依据具体条件包括充填距离、工作面末段应力环境、处理矸石量、采掘接续、资源采出率，确定实际充填距离；[0024] S3，确定不等强充填梯度；确定单位充填距离的百分比，充实率为0％时，为未充填，而后充填率递增至接近饱和，当充填充实率变化接近100％时，为完全充填；[0025] S4，确定不等强充填参数与工作面实际的匹配性；改变工作面应力拱的拱脚位置，使拱脚位置由工作面前方煤柱转移至不等强充填段，减小工作面前方应力集中程度及影响范围；[0026] 采煤工作面因开采形成空间，对架后空间进行抛矸，膏体充填，对顶板形成支撑，特点在于对顶板支撑作用的逐渐增强，使顶板垮落高度逐渐减小，直至不再垮落；[0027] 充填距离为等于工作面的走向长度，充填宽度等于工作面宽度；不等强充填段的最短距离为工作面超前影响距离或单见方距离；[0028] 例如：工作面推采长度为2000m，工作面面长为240m，工作面矿压超前影响范围为180m，煤矸石与煤的比例为15％；[0029] 确定不等强充填段最短距离，依据工作面矿压观测，不等强充填段最短距离为工作面矿压超前影响范围(180m)或一个见方距离(240m)；[0030] 处理全部矸石所需的不等强充填距离为400m(预计)，不等强充填距离400m满足工作面末段应力环境、采掘接续、资源采出率等要求时，确定工作面不等强充填距离为400m；不等强充填距离400m不满足工作面末段应力环境、采掘接续、资源采出率等要求时，重新确定不等强充填距离；[0031] 确定不等强充填梯度，线性梯度或非线性梯度；根据梯度的计算公式：在向量微积分中，标量场的梯度是一个向量场；标量场中某一点上的梯度指向标量场增长最快的方向，梯度的长度是这个最大的变化率；更严格的说，从欧几里得空间Rn到R的函数的梯度是在Rn某一点最佳的线性近似；在这个意义上，梯度是雅可比矩阵的特殊情况；在单变量的实值函数的情况，梯度只是导数，或者，对于一个线性函数，也就是线的斜率；[0032] 确定不等强充填参数与工作面实际的匹配性，不等强充填梯度、充填距离、采掘接续、资源采出率、处理矸石量相匹配；按确定的不等强充填参数对工作面末段进行充填。[0033] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

专利地区：安徽

专利申请日期：2024-04-02

专利公开日期：2024-11-19

专利公告号：CN118088259B