阅读说明：本技术 一种用于确定倾斜厚煤层保护层开采卸压范围的方法 (Method for determining mining pressure relief range of protective layer of inclined thick coal seam ) 是由 何江 吴江湖 杨文连 葛庆 邵嗣华 袁弘誉 苗伟东 牛勤平 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：一种用于确定倾斜厚煤层保护层开采卸压范围的方法,通过收集保护层及被保护层的位置、开采边界、煤层厚度、煤层倾角和煤层间距信息,结合煤层倾角判断煤层的最大有效保护垂距,若被保护层在最大有效保护垂距范围内,计算被保护层顶板巷及底板巷理论相对卸压高差,并在理论相对卸压高差内布置被保护层与保护层的顶板巷及底板巷,在保护层及被保护层的顶板巷与底板巷范围内分别布置多个压力传感器,分别将传感器记录的被保护层和保护层各巷道压力的最大应力分别取平均值确定各巷平均应力峰值,根据平均应力峰值验证被保护层是否达到卸压效果。本发明实现对被保护层与保护层间层位关系的清晰描述以及确定矿井保护层的卸压范围和实际卸压效果的验证。(A method for determining mining pressure relief range of a protective layer of an inclined thick coal seam includes the steps of collecting positions of a protective layer and a protected layer, mining boundaries, coal seam thickness, coal seam inclination angles and coal seam spacing information, judging the maximum effective protection vertical distance of the coal seam by combining the coal seam inclination angles, calculating theoretical relative pressure relief height differences of a top plate roadway and a bottom plate roadway of the protected layer if the protected layer is within the maximum effective protection vertical distance range, arranging the top plate roadway and the bottom plate roadway of the protected layer and the protective layer within the theoretical relative pressure relief height differences, arranging a plurality of pressure sensors within the top plate roadway and the bottom plate roadway of the protective layer and the protected layer respectively, averaging the maximum stresses of the roadway pressures of the protected layer and the protective layer recorded by the sensors respectively to determine average stress peak values, and verifying whether the protected layer achieves pressure relief effect or not according to the average stress peak values. The invention realizes the clear description of the horizon relation between the protected layer and the protective layer and the verification of the pressure relief range and the actual pressure relief effect of the mine protective layer.)

一种用于确定倾斜厚煤层保护层开采卸压范围的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定倾斜厚煤层保护层开采卸压范围的方法，属于煤矿开采

技术领域

。

背景技术

保护层是为消除或减弱相邻煤层冲击地压危险而先开采的煤层，开采保护层能使临近被保护层的煤层岩体应力得到一定程度的卸载，对防止煤矿冲击地压灾害具有重要意义。

煤矿进行保护层开采后，采空区顶板岩体的垮落，引起地层应力向周围的实体煤岩转移，并在采空区上下岩层内出现卸压作用，使该岩层内岩体的应力状态及位移状态均发生较大程度的变化，应力降低，变形增大，煤岩体的完整性遭到破坏，由此削弱了冲击地压发生的地质条件，降低了诱发冲击地压等动力灾害的可能性及危险性。

对于倾斜厚煤层，由于被保护层的煤层较厚，现有的保护层开采卸压范围的判断方法无法准确确定被保护层和保护层的相对卸压高差，无法客观地得到保护层的卸压范围，无法实现对实际卸压效果的验证。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于确定倾斜厚煤层保护层开采卸压范围的方法，该方法能够清晰描述倾斜厚煤层被保护层和保护层之间的层位关系，准确确定保护层的卸压范围，并实现对实际卸压效果的验证。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于确定倾斜厚煤层保护层开采卸压范围的方法，包括如下步骤：

1)收集保护层及被保护层的位置、开采边界、煤层厚度、煤层倾角和煤层间距信息，其中，被保护层位于保护层下方位置；

2)根据步骤1)中收集到的信息，结合煤层倾角判断煤层的最大有效保护垂距，具体的判断过程为：

a.若保护层和被保护层的煤层倾角皆大于45度，则煤层最大有效保护垂距为60m；b.若保护层和被保护层的煤层倾角皆小于45度，则煤层最大有效保护垂距为50m；

3)根据步骤2)判断得出的最大有效保护垂距，若被保护层在最大有效保护垂距范围内，计算被保护层顶板巷理论相对卸压高差H_顶及底板巷理论相对卸压高差H_底，并在被保护层理论相对卸压高差范围内布置被保护层顶板巷及被保护层底板巷，其中，被保护层顶板巷理论相对卸压高差H_顶及底板巷理论相对卸压高差H_底的计算公式分别如下：

式中，α₁为保护层煤层倾角，α₂为被保护层煤层倾角，H₁为保护层的煤层厚度，H₂为被保护层的煤层厚度，H_1-2为保护层与被保护层之间的岩层厚度；δ₃为保护层卸压角；

4)根据步骤3)的计算结果，在被保护层的顶板巷与底板巷范围及保护层内均布置多个压力传感器，分别将传感器记录的被保护层和保护层各巷道压力的最大应力分别取平均值确定各巷平均应力峰值，根据被保护层与保护层平均应力峰值的比值验证被保护层顶板巷与底板巷是否在保护范围内，具体的验证过程为：当被保护层与保护层的平均应力峰值的比值小于20％时，表示开采保护层达到卸压效果。

进一步地，所述的多个压力传感器的埋设深度为15m，相邻压力传感器之间的间距为20-40m，各压力传感器均垂直于其所在的保护层或被保护层的顶板巷与底板巷巷帮布置。

本发明通过收集保护层及被保护层的位置、开采边界、煤层厚度、煤层倾角和煤层间距信息，结合煤层倾角判断煤层的最大有效保护垂距，若被保护层在最大有效保护垂距范围内，计算被保护层顶板巷及底板巷理论相对卸压高差，并在理论相对卸压高差内布置被保护层与保护层的顶板巷及底板巷，在保护层及被保护层的顶板巷与底板巷范围内分别布置多个压力传感器，分别将传感器记录的被保护层和保护层各巷道压力的最大应力分别取平均值确定各巷平均应力峰值，根据平均应力峰值验证被保护层是否达到卸压效果。本发明通过计算被保护层与保护层的相对高差，实现了对被保护层与保护层之间的层位关系的清晰描述，并通过平均应力峰值验证被保护层是否达到卸压效果，实现了准确确定矿井保护层的卸压范围和实际卸压效果的验证。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明中倾斜厚煤层的结构示意图。

图中：1、保护层，2、被保护层，3、顶板巷理论相对卸压高差H_顶，4、底板巷理论相对卸压高差H_底，5、保护层煤层倾角，6、被保护层煤层倾角，7、保护层的煤层厚度，8、被保护层的煤层厚度，9、保护层与被保护层之间的岩层厚度，10、保护层卸压角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，一种用于确定倾斜厚煤层保护层开采卸压范围的方法，包括如下步骤：

1)收集保护层1及被保护层2的位置、开采边界、煤层厚度、煤层倾角和煤层间距信息，其中，被保护层2位于保护层1下方位置，且被保护层2平行于保护层1；

2)根据步骤1)中收集到的信息，结合煤层倾角判断煤层的最大有效保护垂距，具体的判断过程为：

a.若保护层1和被保护层2的煤层倾角大于45度，则煤层最大有效保护垂距为60m；

b.若保护层1和被保护层2的煤层倾角小于45度，则煤层最大有效保护垂距为50m；

3)根据步骤2)判断得出的最大有效保护垂距，若被保护层在最大有效保护垂距范围内，计算被保护层2顶板巷理论相对卸压高差H_顶3及底板巷理论相对卸压高差H_底4，并在被保护层理论相对卸压高差范围内布置被保护层顶板巷及被保护层底板巷，其中，被保护层顶板巷理论相对卸压高差H_顶3及底板巷理论相对卸压高差H_底4的计算公式分别如下：

式中，α₁为保护层煤层倾角5，α₂为被保护层煤层倾角6，H₁为保护层的煤层厚度7，H₂为被保护层的煤层厚度8，H_1-2为保护层与被保护层之间的岩层厚度9；δ₃为保护层卸压角10；

4)根据步骤3)的计算结果，在被保护层的顶板巷与底板巷范围及保护层内均布置多个压力传感器，分别将传感器记录的被保护层2和保护层1各巷道压力的最大应力分别取平均值确定各巷平均应力峰值，根据被保护层2与保护层1平均应力峰值的比值验证被保护层顶板巷与底板巷是否在保护范围内，具体的验证过程为：当被保护层2与保护层1的平均应力峰值的比值小于20％时，表示开采保护层达到卸压效果。

优选地，所述的多个压力传感器的埋设深度为15m，相邻压力传感器之间的间距为20-40m，各压力传感器均垂直于其所在的保护层1或被保护层2的顶板巷与底板巷巷帮布置。