[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

说明书

本发明公开一种基于低碳开采的覆岩渗流隔离带稳定性控制方法，涉及煤矿开采技术领域。首先构建基于渗流隔离带渗透性及空间层位的覆岩渗流隔离带分类体系；然后提出基于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方式与开采参数；选择不同工作面布置方式及开采参数条件下能够保持承载稳定的充填材料；最后判断渗流隔离带是否破断，若破断则调整壁式连采连充开采参数或工作面布置方式。该方法可实现生态脆弱矿区上覆含水体的原位保护，有利于生态矿山与绿色矿山建设。

技术领域

本发明涉及一种覆岩渗流隔离带稳定性控制方法，尤其适用于覆岩渗流隔离带区域使用的一种基于低碳开采的覆岩渗流隔离带稳定性控制方法。

背景技术

我国地表水体及地下含水层下的压煤量巨大，如何实现煤炭资源安全高效开采与珍贵水资源保护之间的协调发展是当前亟需解决的问题。当前，研究人员大都将导水裂隙带是否发育到上覆含水体作为能否实现保水采煤的主要判据和准则，而忽略了不同覆岩岩性及其空间层位对上覆含水体的渗流隔离作用。为实现薄弱渗流隔离带对上覆含水体的渗流隔离，相关专家提出并实践了协调开采、覆岩离层注浆、部分开采、采空区充填开采等采煤方法，其中采空区充填采煤法是实现薄弱渗流隔离带对上覆含水体渗流隔离，进而实现保水采煤的最有效途径。采空区充填开采主要分为长壁式充填开采和巷柱式充填开采。然而，长壁充填开采面临充填时间与空间不足，采充相互限制的问题，而巷柱式充填开采面临开采效率低等问题。矿井现代化开采要求保水采煤技术必须同时实现安全高效开采以及上覆含水体的原位保护。

发明内容

针对现有技术的之处，提供一种步骤简单，结合巷柱式跳采与旺格维利开采的优点，实现了连续采煤，连续充填，最大程度地采出煤炭资源的基于低碳开采的覆岩渗流隔离带稳定性控制方法。

为实现上述技术目的，本发明的基于低碳开采的覆岩渗流隔离带稳定性控制方法，其包括如下步骤：

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，根据渗流根据层位划分的三类，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；