[发明专利]一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法和系统

权利要求书

1.一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法，其特征在于，包括：

确定煤层群开采矿井采空区内需留设煤柱；

基于预设安全条件确定所述留设煤柱的安全尺寸；其中，所述预设安全条件包括：防止煤柱失稳安全条件、防止煤柱发生冲击地压安全条件、隔离采空区安全条件以及减小对相邻煤层影响的安全条件；

基于所述留设煤柱的安全尺寸，对所述留设煤柱在本煤层以及相邻煤层进行安全论证；

其中，所述基于预设安全条件确定所述留设煤柱的安全尺寸包括：将待留设煤柱区域从所述留设煤柱边缘至采空区深度方向，依次划分为破裂区域、塑性区域、弹性区域以及原岩应力区域；对预先建立的煤层群开采矿井模型进行开采数值模拟，得到所述煤层群开采矿井在工作面回采完成后采空区周围的应力分布，确定所述留设煤柱下方被原岩应力等值线包络的应力增大区域为煤柱应力扰动区；基于预设安全条件，根据划分的所述破裂区域、所述塑性区域、所述弹性区域、所述原岩应力区域以及所述煤柱应力扰动区，确定所述留设煤柱的安全尺寸；

所述确定所述留设煤柱的安全尺寸包括：按照

确定所述留设煤柱的安全尺寸；

式中，为所述防止煤柱失稳安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；为所述隔离采空区安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；为所述防止煤柱发生冲击地压安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；为所述减小对邻层影响的安全条件下所述留设煤柱的最大尺寸，；l为所述煤层群开采矿井中塑性区域的宽度；

按照：

确定所述防止煤柱失稳安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；

其中，为所述留设煤柱两侧工作面斜长；为所述煤层群开采矿井中的岩层移动角；为所述煤层群开采矿井中冒落带顶部到地表的距离；为所述煤层群开采矿井中上覆层岩的容重；为所述煤层群开采矿井中煤体的单轴抗压强度；

按照：

确定所述隔离采空区安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸；

其中，为所述煤层群开采矿井中的煤层厚度；为所述煤层群开采矿井中隔离采空区中水头压力；为所述煤层群开采矿井中煤的抗拉强度；

按照：

确定所述防止煤柱发生冲击地压安全条件下所述留设煤柱的最小尺寸。

2.根据权利要求1所述的煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法，其特征在于，所述确定煤层群开采矿井采空区内需留设煤柱包括：

基于预设留设指标，根据所述煤层群开采矿井的地质条件以及开采条件，确定煤层群开采矿井采空区内是否需留设煤柱；

其中，所述地质条件包括：采空区内待留设煤柱区域的煤层厚度、煤层倾角、冲击地压发生的历史数据、冲击倾向性数据、所述煤层群开采矿井的开采深度、所述煤层群开采矿井内钻孔柱状图及其地质构造；所述开采条件包括：待留设煤柱区域的四邻煤层的开采数据、待留设煤柱两侧工作面宽度以及周边巷道的留底煤厚度；

所述预设留设指标包括：是否需要隔离采空区涌水、是否需要隔离采空区有毒有害气体、是否可以完全回采煤柱。

3.根据权利要求1-2任一所述的煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法，其特征在于，所述基于所述留设煤柱的安全尺寸，对所述留设煤柱在本煤层以及相邻煤层进行安全论证，包括：

基于综合指数法，对所述留设煤柱影响下本煤层以及相邻煤层发生冲击地压的可控性进行评估，以确定本煤层以及相邻煤层发生冲击地压的危险等级。

4.根据权利要求3所述的煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法，其特征在于，按照：

确定本煤层以及相邻煤层发生冲击地压的危险等级；

其中，为预先确定的采矿地质因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数，表示采矿地质因素的序号，,表示采矿地质因素的数量，；为每一项采矿地质因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数的最大值；

表示预先确定的采矿技术因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数，表示采矿技术因素的数量，，表示采矿技术因素的数量，。