[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

说明书

本申请提供了一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法和系统。该方法包括：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。籍此，以有效指导煤层群开采矿井采空区内的煤柱留设，保证煤层群的安全开采。

技术领域

本申请涉及煤矿开采技术领域，特别涉及一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法和系统。

背景技术

煤层群开采在大多数矿区普遍存在，煤层群开采相互扰动诱发冲击地压的情况发生频率较高，其中，上覆遗留煤柱集中应力诱发冲击地压的现象最为典型。近年来，随着开采深度的增加，煤层群开采上覆遗留煤柱集中应力诱发下伏煤层冲击地压发生的频次也随之增加，严重影响了矿井安全生产和煤炭能源供应。

在煤层群开采矿井采空区内如果留设煤柱时，煤层群开采矿井采空区内煤柱留设的尺寸是否合理，主要表现在两个方面：一是煤柱留设以后煤层发生冲击地压是否可控，二是煤柱留设以后对邻层影响是否可控。然而，目前已有的冲击地压危险性评价方法针对掘进工作面和回采工作面，对遗留煤柱进行防冲安全开采的论证尚未见成熟的方法，因此不能获得“能否保障安全开采”的结论。

为此，针对上述工程技术难题，需要提出一种有效的技术解决方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法，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。

优选的，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。

优选的，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，依次划分为所述破裂区域、所述塑性区域、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。

优选的，所述确定所述留设煤柱的安全尺寸包括：

按照：