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专利号: 2024104754938
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种煤层顶板含水层保水采煤分区方法,其特征在于,对煤矿进行煤层顶板含水层保水采煤分区,该方法包括以下步骤:S1、选择典型保水采煤工作面进行试开采,并根据矿井涌水量Qz与涌水量阈值Qmax的比较结果进行第一次分区,具体包括,若Qz<Qmax,该煤矿所在区域判定为保水采煤Ⅰ型分区,否则,继续步骤S2;

S2、在该工作面地面从上向下实施采空区钻孔,记录第一个水位消失的含水层,并根据第一个水位消失的含水层之上有无未消失的含水层进行第二次分区,具体包括,若第一个水位消失的含水层之上无未消失的含水层,该煤矿所在区域判定为保水采煤Ⅲ型分区,否则,继续步骤S3;

S3、对所述第一个水位未消失的含水层的采空区钻孔中,进行采空区上方完整井抽水试验以获得采煤区含水层富水系数qb,并根据采煤区含水层富水系数qb与采煤未影响区富水系数qy的比较结果进行第三次分区,具体包括,若qb<0.5qy,该煤矿所在区域判定为保水采煤Ⅲ型分区,否则,继续步骤S4;

S4、根据采空区上方植被根系鲜重样品方差S1及未采煤区优势植被根系鲜重方差S2的比较结果进行第四次分区,具体包括,若S1>1.5 S2,该煤矿所在区域判定为保水采煤Ⅲ型分区,否则,判定为保水采煤Ⅱ型分区;

步骤S1中,所述典型保水采煤工作面满足:

a.采用的采煤方法为本煤矿采煤方法中形成垮落带高度最大的工作面类型,和/或b.该典型保水采煤工作面地面的优势植被类型为最多覆盖面积的植被类型,和/或c.采煤工作面的平均首采煤层厚度与埋藏深度的比值较其他采煤工作面最大;

步骤S4中,所述采空区上方植被根系鲜重样品方差S1的测试方法包括:选择在采煤工作面煤柱区的3株优势植被,开切眼附近5米范围内的3株优势植被,采空区中线位置且距离开切眼和收作线50米以上范围内的3株优势植被,取以上3个区域的9个样品测定植被根系鲜重,计算出典型保水采煤工作面的采空区上方植被根系鲜重方差样品S1;

步骤S4中,所述未采煤区植被根系鲜重样品方差S2的测试方法包括:在距离该典型保水采煤工作面以外水平距离w以上的位置,取样9株优势植被样品测定植被根系鲜重,计算出未采煤区植被根系鲜重方差样品S2,其中 ,α为典型保水采煤工作面的裂隙角,D为首采煤层的埋深。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述优势植被类型是指覆盖面积占第一步采煤工作面地表50%以上的植被类型。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S1中,所述的测试方法包括:记录该工作面的涌水量Q和开采面积F,采用数据拟合构建涌水量Q与开采面积F的线性方程,将煤矿总面积Fz代入所述线性方程,预测评估整个煤矿开采完成时的矿井涌水量Qz。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤S1中,在开采过程中每一次矿山来压时,记录该工作面的涌水量Q和开采面积F。

3

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S1中,所述涌水量阈值Qmax=180 m/h。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S2中,所述采空区钻孔距离典型保水采煤工作面的运输巷和轨道巷的水平距离不少于20米,且距离开切眼和收作线的水平距离不少于50米。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S2中,记录第一个水位消失的含水层,并对第一个水位消失的含水层以下钻孔段进行封孔。

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤S2中,若第一个水位消失的含水层之上有未消失的含水层,则保留第一个水位消失的含水层之上的第一个水位未消失的含水层,其他层段全部封孔。

9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S3中,所述采煤未影响区富水系数qy的测试方法包括:在该工作面外实施一个钻孔,进行完整井抽水试验以获得采煤未影响区富水系数qy。

10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述在该工作面外实施一个钻孔是指,在典型保水采煤工作面外水平距离2R以上位置实施一个钻孔,其中, ,S为所述第一个水位消失的含水层的水位高度,K为第一个水位未消失的含水层的渗透系数。

11.根据权利要求1或9所述的方法,其特征在于,所述抽水试验过程中,最大一次水位降深大于抽水试验含水层厚度的0.8倍。

12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,选择在采空区中线位置且距离开切眼和收作线50~100米范围内的3株优势植被。

13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在距离该典型保水采煤工作面以外水平距离w~2w的位置取样。

14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据不同的保水采煤分区进行采煤方法的调整选择,具体包括:(ⅰ)若为保水采煤Ⅰ型分区,正常开采,不需要采取保水采煤技术;

(ⅱ)若为保水采煤Ⅱ型分区,为煤炭开采生态环境一般扰动,需降低煤炭开采强度,和/或降低煤层开采高度,和/或提升开采速度,和/或分层开采;

(ⅲ)若为保水采煤Ⅲ型分区,为煤炭开采生态环境严重扰动,需改变采煤方法,并继续进行二次评估分区,直至降低到保水采煤Ⅰ型分区或保水采煤Ⅱ型分区。