[发明专利]基于低碳开采的覆岩渗流隔离带稳定性控制方法

权利要求书

1.一种基于低碳开采的覆岩渗流隔离带稳定性控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、构建基于渗透系数与空间层位的覆岩渗流隔离带分类体系，具体包括根据渗透系数与岩层组合划分的四类，根据渗流、层位划分的三类，总共12类覆岩渗流隔离带；

步骤二、根据当前的覆岩渗流隔离带类型，针对工作面实施基于采动覆岩渗流隔离带结构稳定性分类控制的壁式连采连充工作面布置法，包括两种布置法：先对工作面采用巷柱式跳采法开采并充填，再开采旺格维利块段的方式；或者采用旺格维利开采块段之间完全不留隔离煤柱的方式，并对开采块段进行跳采充填；

步骤三、根据步骤二中选择的壁式连采连充工作面布置法，选择符合支护要求的充填材料，或者调整充填材料配方；

步骤四、判断当前工作面的覆岩渗流隔离带在所选择的壁式连采连充工作面布置法施工下是否破断，若不破断则继续实施，实现水资源保护性开采，若破断则调整开采参数，若调整开采参数仍破断则更换工作面布置方式；

步骤一中，根据渗透系数与岩层组合可分为：①Ⅰ类渗流隔离带：单一软弱岩层，渗透系数小于10^-7m/s；②Ⅱ类渗流隔离带：单一硬岩层即结构关键层，单轴抗压强度大于60MPa，渗透系数小于10^-4m/s；③Ⅲ类渗流隔离带：软岩与硬岩组合岩层；④Ⅳ类渗流隔离带：渗透系数大于10^-1m/s，有侧限膨胀率大于40％，且厚度满足公式(1)，

其中，式中γ为水的比重；B_i为原生裂隙宽度；μ为水体的动力粘滞系数，在25°时μ＝0.839e^-3Pa·s；δ为有侧限膨胀率；J为水力梯度；θ为原生裂隙与渗流隔离带水平线夹角；d_s为裂隙间距；M_min为Ⅳ类渗流隔离带最小厚度；

以上四类渗流隔离带根据层位又可分为：①高位渗流隔离带：H_sH_f；②中位渗流隔离带：H_c≤H_s≤H_f；③低位渗流隔离带：H_sH_c；其中，H_s为渗流隔离带层位；H_c为长壁跨落带高度；H_f为长壁导水裂隙带高度；

根据渗透系数与岩层组合划分的四类覆岩渗流隔离带中，实现对上部含水体渗流隔离的能力为：Ⅲ类＞Ⅰ类＞Ⅱ类＞Ⅳ类；根据渗流根据层位划分的三类覆岩渗流隔离带中，实现对上部含水体渗流隔离的能力为：高位＞中位＞低位；

12类渗流隔离带划分为：4个强渗流隔离带，渗流隔离能力大于高层位Ⅳ类渗流隔离带；5个弱渗流隔离带，渗流隔离能力小于中层位Ⅳ类渗流隔离带；3个中等渗流隔离带，

步骤二中壁式连采连充工作面布置方式具体包括2类：①针对强渗流隔离带，改进原旺格维利开采方法，先将原有隔离煤柱，也即是保护块段，采用巷柱式跳采法开采并充填，再开采旺格维利块段，也即使是开采块段；且开采参数满足公式(2)；②针对中等与弱渗流隔离带，改进原旺格维利采煤法，旺格维利开采块段之间完全不留隔离煤柱，并对开采块段进行跳采充填，

Nd₂2lsinα+d₁ (2)

其中，N为保护块段支巷数，N≥1个，N为整数；d₂为保护块段支巷宽度；l为开采块段采硐长度；d₁为开采块段支巷长度；α为开采块段支巷与采硐夹角。

2.根据权利要求1所述的基于低碳开采的覆岩渗流隔离带稳定性控制方法，其特征在于，步骤三中：根据充填体受力特征获取其维持承载稳定性的临界强度，充填材料强度需要满足公式(3)，

其中，P_max为充填体最大载荷，MPa；H为煤层埋深，m；λ为安全系数；σ_c为实验室测得的充填体单轴抗压强度，MPa；M为煤层采高，m；W为壁式连采连充中充填体宽度，m。

3.根据权利要求1所述的基于低碳开采的覆岩渗流隔离带稳定性控制方法，其特征在于，步骤四中：采用公式(4)判断渗流隔离带是否破断，

式中，为渗流隔离带岩层最大拉应力；H_sh为渗流隔离带岩层厚度，为渗流隔离带岩层最大弯矩；为渗流隔离带岩层许用拉应力；

针对破断的强渗流隔离带，调整壁式连采连充开采参数：①增加保护块段支巷数N并降低保护块段支巷宽度d₂；②降低旺格维利开采块段采硐长度l与支巷宽度d₁；③直到Nd₂≥2lsinα+d₁时，采用中等渗流强度以下的工作面布置方式；

针对破断的中等及弱渗流隔离强度以下的渗流隔离带，不断提高充填体充填率，直到全采全充。