阅读说明：本技术 一种近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法 (Method for determining short-distance thick coal seam mining comprehensive mining ratio and cracking mining ratio ) 是由 李江华 吴作启 李宏杰 李文 黎灵 李健 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法,涉及煤矿水害防治技术领域。本方法步骤如下：步骤一、岩层强度类型划分；步骤二、判断下组煤垮落带高度和煤层间距的关系；步骤三、根据条件确定：步骤31、若下组煤垮落带高度K<Sub>2</Sub>≥煤层间距h<Sub>1-2</Sub>,则进行如下步骤：步骤311、确定近距离厚煤层开采综合采厚M<Sub>z</Sub>；步骤312、确定综合垮落带及综合导水裂隙带高度；步骤313、确定综合垮采比及综合裂采比；步骤32、若下组煤垮落带高度K<Sub>2</Sub><煤层间距h<Sub>1-2</Sub>,则进行如下步骤：步骤321、确定综合导水裂隙带高度；步骤322、确定综合裂采比。本发明的有益效果：应用于近距离厚煤层开采,可以准确确定其综合垮采比和综合裂采比,以准确预计采动岩层破坏高度。(The invention provides a method for determining a close-range thick coal seam mining comprehensive mining ratio and a cracking mining ratio, and relates to the technical field of coal mine water damage prevention and control. The method comprises the following steps: step one, dividing rock stratum strength types; step two, judging the relation between the height of a coal caving zone of the lower group and the coal seam spacing; step three, determining according to conditions: step 31, if the height K of the coal caving zone of the next group 2 Not less than coal seam spacing h 1‑2 Then, the following steps are carried out: step 311, determining the comprehensive mining thickness M of the close-range thick coal seam mining z (ii) a Step 312, determining the heights of the comprehensive caving zone and the comprehensive water flowing fractured zone; 313, determining a comprehensive mining ratio and a comprehensive fracturing ratio; step 32, if the height K of the coal caving zone of the next group 2 <Coal seam spacing h 1‑2 Then, the following steps are carried out: step 321, determining the height of the comprehensive water flowing fractured zone; and 322, determining the comprehensive fracturing-mining ratio. The invention has the beneficial effects that: the method is applied to the short-distance thick coal seam mining, and can accurately determine the comprehensive mining ratio and the comprehensive fracturing ratio so as to accurately predict the damage height of the mining rock stratum.)

一种近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法

技术领域

本发明涉及煤矿水害防治技术领域，特别是涉及一种近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法。

背景技术

我国矿井水文地质条件复杂，水体下呆滞煤炭储量多。覆岩破坏裂隙发育高度是矿井水害防治和地下水资源保护的基础依据，尤其对于我国西部矿区，由于水资源缺乏，水资源和生态环境保护尤为重要。覆岩破坏裂隙发育高度受覆岩强度类型和开采方法的影响。近年来，随着资源逐渐向深部转移，近距离厚煤层开采工作面增多，高强度采动形成的强导水通道沟通上部含水层极易发生突水事故，甚至造成人员伤亡，同时引起地下水资源损失和生态环境破坏。因此，对近距离厚煤层开采导致的采动岩层破坏高度预计极其重要，而体现该高度的直接指标就是综合垮采比和综合裂采比。目前，现有技术中还没有一种有效的综合垮采比和综合裂采比的确定方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法，实现对近距离厚煤层开采准确确定综合垮采比和综合裂采比。

本发明提供一种近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法，包括如下步骤：

步骤一、岩层强度类型划分

将煤层组间岩层和煤层组上覆岩层按强度类型划分为坚硬岩层、中硬岩层或软弱岩层；

步骤二、判断下组煤垮落带高度和煤层间距的关系

步骤21、确定下组煤垮落带高度K₂

若煤层组间岩层为坚硬岩层，则K₂为7M₂+5；

若煤层组间岩层为中硬岩层，则K₂为6M₂+5；

若煤层组间岩层为软弱岩层，则K₂为5M₂+5；

其中，

M₂为下组煤开采厚度；

步骤22、比较下组煤垮落带高度K₂和煤层间距h_1-2的关系；

步骤三、根据条件确定

步骤31、若下组煤垮落带高度K₂≥煤层间距h_1-2，则进行如下步骤：

步骤311、确定近距离厚煤层开采综合采厚M_z

其中，

M₁为上组煤开采厚度；

步骤312、确定综合垮落带及综合导水裂隙带高度

若煤层组上覆岩层为坚硬岩层，则上组煤垮落带高度K₁为7M₁+5；自下组煤顶板垮落带高度为7M_z+5；下组煤顶板至上组煤垮落带顶点的距离为H_a1，下组煤顶板至下组煤顶板垮落带顶点的距离为H_a2；取H_a1和H_a2中数值大者为综合垮落带高度Kz；

若煤层组上覆岩层为中硬岩层，则上组煤垮落带高度K₁为6M₁+5；自下组煤顶板垮落带高度为6M_z+5；下组煤顶板至上组煤垮落带顶点的距离为H_a1，下组煤顶板至下组煤顶板垮落带顶点的距离为H_a2；取H_a1和H_a2中数值大者为综合垮落带高度Kz；

若煤层组上覆岩层为软弱岩层，则上组煤垮落带高度K₁为5M₁+5；自下组煤顶板垮落带高度为5M_z+5；下组煤顶板至上组煤垮落带顶点的距离为H_a1，下组煤顶板至下组煤顶板垮落带顶点的距离为H_a2；取H_a1和H_a2中数值大者为综合垮落带高度Kz；

若煤层组上覆岩层为坚硬岩层，则上组煤导水裂隙带高度L₁为

自下组煤顶板导水裂隙带高度为下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_b1，下组煤顶板至下组煤顶板导水裂隙带顶点的距离为H_b2；取H_b1和H_b2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

若煤层组上覆岩层为中硬岩层，则上组煤导水裂隙带高度L₁为自下组煤顶板导水裂隙带高度为

下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_b1，下组煤顶板至下组煤顶板导水裂隙带顶点的距离为H_b2；取H_b1和H_b2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

若煤层组上覆岩层为软弱岩层，则上组煤导水裂隙带高度L₁为自下组煤顶板导水裂隙带高度为下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_b1，下组煤顶板至下组煤顶板导水裂隙带顶点的距离为H_b2；取H_b1和H_b2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

步骤313、确定综合垮采比及综合裂采比

综合垮采比为综合垮落带高度Kz与综合采厚M_z的比值；

综合裂采比为综合导水裂隙带高度L_Z与综合采厚M_z的比值；

步骤32、若下组煤垮落带高度K₂<煤层间距h_1-2，则进行如下步骤：

步骤321、确定综合导水裂隙带高度L_Z

若煤层组上覆岩层为坚硬岩层，上组煤导水裂隙带高度L₁为

下组煤导水裂隙带高度L₂为

下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c1，下组煤顶板至下组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c2；取H_c1和H_c2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

若煤层组上覆岩层为中硬岩层，上组煤导水裂隙带高度L₁为

下组煤导水裂隙带高度L₂为下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c1，下组煤顶板至下组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c2；取H_c1和H_c2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

若煤层组上覆岩层为软弱岩层，上组煤导水裂隙带高度L₁为下组煤导水裂隙带高度L₂为

下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c1，下组煤顶板至下组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c2；取H_c1和H_c2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

步骤322、确定综合裂采比

综合裂采比为综合导水裂隙带高度L_Z与下组煤开采厚度M₂的比值。

进一步的，步骤一中，

岩石综合抗压强度＞40MP_a，则对应岩层按强度类型划分为坚硬岩层；

20MP_a≤岩石综合抗压强度≤40MP_a，则对应岩层按强度类型划分为中硬岩层；

岩石综合抗压强度＜20MP_a，则对应岩层按强度类型划分为软弱岩层。

进一步的，步骤一中，通过如下方式确定煤层组间岩层的岩石综合抗压强度，假设煤层组间有y₁至y_i个岩层，各岩层岩石力单轴抗压强度分别为C₁、C₂、C₃…C_i，各岩层厚度分别为T₁、T₂、T₃…T_i，则煤层组间岩层的岩石综合抗压强度计算如下：

步骤一中，通过如下方式确定煤层组上覆岩层的岩石综合抗压强度，

假设自上组煤顶板向上有y₁′至y_i′个岩层，各岩层岩石力单轴抗压强度分别为C′₁、C′₂、C′₃…C′_i,各岩层厚度分别为T′₁、T′₂、T′₃…T′_i,则煤层组上覆岩层的岩石综合抗压强度计算如下：

与现有技术相比，本发明的一种近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法具有以下特点和优点：

本发明的一种近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法，实施简单，推算精度高，应用于近距离厚煤层开采，可以准确确定其综合垮采比和综合裂采比，以准确预计采动岩层破坏高度，实现对矿井水害防治及水资源保护的前期防控，对我国西部矿区近距离厚煤层开采煤矿的高效、安全生产具有重要的理论意义和现实意义。

结合附图阅读本发明的

具体实施方式

后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法的流程图；

图2为煤层组间岩层和煤层组上覆岩层岩层划分示意图；

图3为下组煤垮落带高度K₂≥煤层间距h_1-2时综合垮落带及综合导水裂隙带高度LZ求取示意图；

图4为下组煤垮落带高度K₂<煤层间距h_1-2时综合导水裂隙带高度LZ求取示意图。

具体实施方式

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文的本发明的近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法，将以较佳实施例，配合所附相关附图，作详细说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“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。

如图1至图4所示，本实施例提供一种近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法，具体步骤如下：

步骤一、岩层强度类型划分

岩石综合抗压强度＞40MP_a，则对应岩层按强度类型划分为坚硬岩层；

20MP_a≤岩石综合抗压强度≤40MP_a，则对应岩层按强度类型划分为中硬岩层；

岩石综合抗压强度＜20MP_a，则对应岩层按强度类型划分为软弱岩层；

如图2所示，通过如下方式确定煤层组间岩层的岩石综合抗压强度：

假设煤层组间有y₁至y_i个岩层，根据岩石力学测试结果得到各岩层岩石力单轴抗压强度分别为C₁、C₂、C₃…C_i，根据钻孔地质数据得到各岩层厚度分别为T₁、T₂、T₃…T_i，则煤层组间岩层的岩石综合抗压强度计算如下：

如图2所示，通过如下方式确定煤层组上覆岩层的岩石综合抗压强度：

假设自上组煤顶板向上有y₁′至y_i′个岩层，根据岩石力学测试结果得到各岩层岩石力单轴抗压强度分别为C′₁、C′₂、C′₃…C′_i,根据钻孔地质数据得到各岩层厚度分别为T′₁、T′₂、T′₃…T′_i,则煤层组上覆岩层的岩石综合抗压强度计算如下：

煤层组间岩层和煤层组上覆岩层的数据统计见表1。

表1岩层特性和岩石强度统计表

经计算，煤层组间岩层的岩石综合抗压强度为52.30Mpa，煤层组上覆岩层的岩石综合抗压强度为57.83MPa。

本实施例中，煤层组间岩层和煤层组上覆岩层按强度类型均划分为坚硬岩层。

步骤二、判断下组煤垮落带高度和煤层间距的关系

步骤21、确定下组煤垮落带高度K₂

若煤层组间岩层为坚硬岩层，则K₂为7M₂+5；

若煤层组间岩层为中硬岩层，则K₂为6M₂+5；

若煤层组间岩层为软弱岩层，则K₂为5M₂+5；

其中，

M₂为下组煤开采厚度；

步骤22、比较下组煤垮落带高度K₂和煤层间距h_1-2的关系。

步骤三、根据条件确定

如图3所示：

步骤31、若下组煤垮落带高度K₂≥煤层间距h_1-2，则进行如下步骤：

步骤311、确定近距离厚煤层开采综合采厚M_z

其中，

M₁为上组煤开采厚度；

图3所示的情形下，煤层组间岩层和煤层组上覆岩层按强度类型均划分为坚硬岩层，上组煤开采厚度M₁为3.5m，下组煤开采厚度M₂为9.7m，综合采厚M_z为9.97m。

步骤312、确定综合垮落带及综合导水裂隙带高度

若煤层组上覆岩层为坚硬岩层，则上组煤垮落带高度K₁为7M₁+5；自下组煤顶板垮落带高度为7M_z+5；下组煤顶板至上组煤垮落带顶点的距离为H_a1，下组煤顶板至下组煤顶板垮落带顶点的距离为H_a2；取H_a1和H_a2中数值大者为综合垮落带高度Kz；

若煤层组上覆岩层为中硬岩层，则上组煤垮落带高度K₁为6M₁+5；自下组煤顶板垮落带高度为6M_z+5；下组煤顶板至上组煤垮落带顶点的距离为H_a1，下组煤顶板至下组煤顶板垮落带顶点的距离为H_a2；取H_a1和H_a2中数值大者为综合垮落带高度Kz；

若煤层组上覆岩层为软弱岩层，则上组煤垮落带高度K₁为5M₁+5；自下组煤顶板垮落带高度为5M_z+5；下组煤顶板至上组煤垮落带顶点的距离为H_a1，下组煤顶板至下组煤顶板垮落带顶点的距离为H_a2；取H_a1和H_a2中数值大者为综合垮落带高度Kz；

本实施例，在图3所示的情形下，综合垮落带高度Kz为93.50m。

若煤层组上覆岩层为坚硬岩层，则上组煤导水裂隙带高度L₁为自下组煤顶板导水裂隙带高度为下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_b1，下组煤顶板至下组煤顶板导水裂隙带顶点的距离为H_b2；取H_b1和H_b2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

若煤层组上覆岩层为中硬岩层，则上组煤导水裂隙带高度L₁为自下组煤顶板导水裂隙带高度为下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_b1，下组煤顶板至下组煤顶板导水裂隙带顶点的距离为H_b2；取H_b1和H_b2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

若煤层组上覆岩层为软弱岩层，则上组煤导水裂隙带高度L₁为自下组煤顶板导水裂隙带高度为下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_b1，下组煤顶板至下组煤顶板导水裂隙带顶点的距离为H_b2；取H_b1和H_b2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

本实施例，在图3所示的情形下，综合导水裂隙带高度L_Z为159.50m。

步骤313、确定综合垮采比及综合裂采比

综合垮采比为综合垮落带高度Kz与综合采厚M_z的比值；

综合裂采比为综合导水裂隙带高度L_Z与综合采厚M_z的比值；

本实施例，在图3所示的情形下，综合垮采比为9.38，综合裂采比为16.00。

如图4所示：

步骤32、若下组煤垮落带高度K₂<煤层间距h_1-2，则进行如下步骤：

步骤321、确定综合导水裂隙带高度L_Z

若煤层组上覆岩层为坚硬岩层，上组煤导水裂隙带高度L₁为下组煤导水裂隙带高度L₂按照煤层组上覆岩层为中硬岩层计算，则下组煤导水裂隙带高度L₂为下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c1，下组煤顶板至下组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c2；取H_c1和H_c2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

若煤层组上覆岩层为中硬岩层，上组煤导水裂隙带高度L₁为下组煤导水裂隙带高度L₂按照煤层组上覆岩层为软弱岩层计算，则下组煤导水裂隙带高度L₂为

下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c1，下组煤顶板至下组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c2；取H_c1和H_c2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

若煤层组上覆岩层为软弱岩层，上组煤导水裂隙带高度L₁为下组煤导水裂隙带高度L₂仍按照煤层组上覆岩层为软弱岩层计算，下组煤导水裂隙带高度L₂为下组煤顶板至上组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c1，下组煤顶板至下组煤导水裂隙带顶点的距离为H_c2；取H_c1和H_c2中数值大者为综合导水裂隙带高度L_Z；

图4所示的情形下，煤层组间岩层和煤层组上覆岩层按强度类型均划分为坚硬岩层，上组煤开采厚度M₁为3.5m，下组煤开采厚度M₂为5.5m，上组煤导水裂隙带高度L₁为107.2m，下组煤导水裂隙带高度L₂为85.1m，综合导水裂隙带高度L_Z为173.7m。

步骤322、确定综合裂采比

综合裂采比为综合导水裂隙带高度L_Z与下组煤开采厚度M₂的比值。

本实施例，在图4所示的情形下，综合裂采比为31.58。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本实施例的一种近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法有了清楚的认识。本实施例的一种近距离厚煤层采动综合垮采比及裂采比确定方法，实施简单，推算精度高，应用于近距离厚煤层开采，可以准确确定其综合垮采比和综合裂采比，以准确预计采动岩层破坏高度，实现对矿井水害防治及水资源保护的前期防控，对我国西部矿区近距离厚煤层开采煤矿的高效、安全生产具有重要的理论意义和现实意义。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。