本申請(qǐng)涉及礦井開(kāi)采，尤其涉及一種深部高應(yīng)力急傾斜煤層群的協(xié)調(diào)開(kāi)采方法。

背景技術(shù)：

1、在我國(guó)的煤炭資源儲(chǔ)備中，煤層傾角超過(guò)45°的急傾斜煤層占據(jù)了顯著的比例，約為我國(guó)煤炭總儲(chǔ)量的15％至20％。此類煤層富含焦煤、無(wú)煙煤及一些珍稀煤種，這些資源對(duì)于推動(dòng)我國(guó)工業(yè)發(fā)展和區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有至關(guān)重要的戰(zhàn)略意義。然而，隨著易開(kāi)采的淺部煤層資源逐漸枯竭，開(kāi)采行業(yè)開(kāi)始聚焦于地質(zhì)條件更為錯(cuò)綜復(fù)雜、技術(shù)開(kāi)采難度更大的急傾斜煤層。因此，探索如何實(shí)現(xiàn)對(duì)此類煤層的高效、安全開(kāi)采技術(shù)，對(duì)于提升我國(guó)煤炭資源利用效率、確保國(guó)家能源安全，以及引領(lǐng)煤炭開(kāi)采行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。

2、然而，急傾斜煤層群的開(kāi)采技術(shù)面臨著一系列科學(xué)挑戰(zhàn)。特別是在深部高應(yīng)力環(huán)境下，近距離的煤層群開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致采掘工作面、頂板活動(dòng)、頂板垮落以及矸石移動(dòng)等多重因素的復(fù)雜交互影響。這種交互作用不僅加劇了開(kāi)采過(guò)程的復(fù)雜性，還顯著提升了安全風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的開(kāi)采技術(shù)在應(yīng)對(duì)這些科學(xué)難題時(shí)，往往顯得效率低下且安全隱患頻發(fā)。

3、此外，當(dāng)煤層埋深超過(guò)300米時(shí)，軟煤巷道的變形問(wèn)題變得尤為嚴(yán)重，維護(hù)工作異常艱難，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性造成了嚴(yán)重影響。這不僅提高了開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)成本，還對(duì)作業(yè)人員的生命安全構(gòu)成了潛在威脅。

4、鑒于此，針對(duì)深部高應(yīng)力急傾斜煤層群的開(kāi)采條件，迫切需要研發(fā)一種新型的開(kāi)采技術(shù)。該技術(shù)需能有效協(xié)調(diào)煤層群開(kāi)采中的多種復(fù)雜因素，旨在提升開(kāi)采效率的同時(shí)，確保作業(yè)安全，從而推動(dòng)我國(guó)煤炭開(kāi)采行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與可持續(xù)發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)實(shí)施例通過(guò)提供一種深部高應(yīng)力急傾斜煤層群的協(xié)調(diào)開(kāi)采方法，可以有效地協(xié)調(diào)各煤層的開(kāi)采活動(dòng)，減少開(kāi)采過(guò)程中的相互影響，提高開(kāi)采效率，同時(shí)確保作業(yè)的安全性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種深部高應(yīng)力急傾斜煤層群的協(xié)調(diào)開(kāi)采方法，應(yīng)用于急傾斜煤層群，所述急傾斜煤層群包括夾設(shè)于直接頂和底板之間的第一煤層、第一復(fù)合巖層、第二煤層、第二復(fù)合巖層、第三煤層，三層煤層均為傾角大于45°的厚煤層，該方法包括：將所述第一煤層、所述第二煤層及所述第三煤層均劃分為上、下兩個(gè)區(qū)段，區(qū)段兩端布置回采巷道，回采巷道均沿煤層走向布置，且每個(gè)區(qū)段的區(qū)段運(yùn)輸巷通過(guò)工作面與區(qū)段回風(fēng)巷連通；

4、根據(jù)煤層賦存情況，先開(kāi)采所述第一煤層上區(qū)段工作面，再開(kāi)采所述第三煤層上區(qū)段工作面，隨后開(kāi)采所述第一煤層下區(qū)段工作面；

5、在開(kāi)采所述第一煤層下區(qū)段工作面后期，開(kāi)掘所述第二煤層上區(qū)段工作面兩巷并進(jìn)行維護(hù)，待所述第一煤層兩工作面回采完畢后開(kāi)采所述第二煤層上區(qū)段工作面；

6、開(kāi)采所述第二煤層上區(qū)段工作面后，開(kāi)采所述第三煤層下區(qū)段工作面，最后開(kāi)采所述第二煤層下區(qū)段工作面。

7、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)所述第二煤層和所述第三煤層間距較大時(shí)，根據(jù)下層煤開(kāi)采時(shí)頂板破壞范圍不會(huì)波及上層煤層開(kāi)采范圍的急傾斜煤層開(kāi)采頂板運(yùn)移規(guī)律，增加工作面長(zhǎng)度或區(qū)段高度；增加工作面長(zhǎng)度或區(qū)段高度需要滿足以下原則：

8、h1·sin(90-α)≥d2；

9、其中，h1為第一煤層的上區(qū)段高度，d2為第二煤層和第三煤層的間距，α為煤層傾角；

10、當(dāng)所述第二煤層和所述第三煤層間距較小時(shí)，根據(jù)以上計(jì)算原則調(diào)整區(qū)段高度，并使長(zhǎng)壁工作面的長(zhǎng)度大于預(yù)設(shè)閾值，以保證開(kāi)采效率。

11、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在巷道布置過(guò)程中，采用柔性支護(hù)與剛性支護(hù)相結(jié)合的方式，確保巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，并避開(kāi)采空區(qū)的應(yīng)力集中區(qū)。

12、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在開(kāi)采過(guò)程中，布置巷道圍巖應(yīng)力傳感器和位移監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)巷道頂部壓力、位移和圍巖變形進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，用于實(shí)時(shí)掌握巷道圍巖的應(yīng)力分布及頂板的運(yùn)移規(guī)律。

13、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，采用錨桿支護(hù)與錨索支護(hù)相結(jié)合的方式，形成多重支護(hù)體系，并根據(jù)巷道圍巖的強(qiáng)度和應(yīng)力分布情況，調(diào)整錨索長(zhǎng)度和間距。

14、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在開(kāi)采過(guò)程中，根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行靈活調(diào)整，確保采掘作業(yè)的安全性。

15、本發(fā)明實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

16、本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)系統(tǒng)的工作面布置和采掘順序的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了煤層群的高效協(xié)調(diào)開(kāi)采。將煤層劃分為上、下區(qū)段，并有序布置回采巷道，采用特定的開(kāi)采順序，即先開(kāi)采第一煤層上區(qū)段，隨后開(kāi)采第三煤層上區(qū)段，再依次為第一煤層下區(qū)段、第二煤層上區(qū)段、第三煤層下區(qū)段，最后開(kāi)采第二煤層下區(qū)段，并根據(jù)煤層間距調(diào)整工作面長(zhǎng)度或區(qū)段高度，有效減少了開(kāi)采過(guò)程中的相互干擾，提高了作業(yè)安全性，同時(shí)優(yōu)化了巷道布置，改善巷道圍巖應(yīng)力環(huán)境，降低了開(kāi)采成本，提升了開(kāi)采效率，為解決急傾斜煤層群開(kāi)采中的技術(shù)難題提供了創(chuàng)新解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種深部高應(yīng)力急傾斜煤層群的協(xié)調(diào)開(kāi)采方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用于急傾斜煤層群，所述急傾斜煤層群包括夾設(shè)于直接頂和底板之間的第一煤層、第一復(fù)合巖層、第二煤層、第二復(fù)合巖層、第三煤層，三層煤層均為傾角大于45°的厚煤層，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述第二煤層和所述第三煤層間距較大時(shí)，根據(jù)下層煤開(kāi)采時(shí)頂板破壞范圍不會(huì)波及上層煤層開(kāi)采范圍的急傾斜煤層開(kāi)采頂板運(yùn)移規(guī)律，增加工作面長(zhǎng)度或區(qū)段高度；其中，增加工作面長(zhǎng)度或區(qū)段高度需要滿足的計(jì)算原則包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在巷道布置過(guò)程中，采用柔性支護(hù)與剛性支護(hù)相結(jié)合的方式，確保巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，并避開(kāi)采空區(qū)的應(yīng)力集中區(qū)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在開(kāi)采過(guò)程中，布置巷道圍巖應(yīng)力傳感器和位移監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)巷道頂部壓力、位移和圍巖變形進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，用于實(shí)時(shí)掌握巷道圍巖的應(yīng)力分布及頂板的運(yùn)移規(guī)律。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，采用錨桿支護(hù)與錨索支護(hù)相結(jié)合的方式，形成多重支護(hù)體系，并根據(jù)巷道圍巖的強(qiáng)度和應(yīng)力分布情況，調(diào)整錨索長(zhǎng)度和間距。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在開(kāi)采過(guò)程中，根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行靈活調(diào)整，確保采掘作業(yè)的安全性。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種深部高應(yīng)力急傾斜煤層群的協(xié)調(diào)開(kāi)采方法，通過(guò)系統(tǒng)的工作面布置和采掘順序的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了煤層群的高效協(xié)調(diào)開(kāi)采。將煤層劃分為上、下區(qū)段，并有序布置回采巷道，采用特定的開(kāi)采順序，即先開(kāi)采第一煤層上區(qū)段，隨后開(kāi)采第三煤層上區(qū)段，再依次為第一煤層下區(qū)段、第二煤層上區(qū)段、第三煤層下區(qū)段，最后開(kāi)采第二煤層下區(qū)段，并根據(jù)煤層間距調(diào)整工作面長(zhǎng)度或區(qū)段高度，有效減少了開(kāi)采過(guò)程中的相互干擾，提高了作業(yè)安全性，同時(shí)優(yōu)化了巷道布置，改善巷道圍巖應(yīng)力環(huán)境，降低了開(kāi)采成本，提升了開(kāi)采效率，為解決急傾斜煤層群開(kāi)采中的技術(shù)難題提供了創(chuàng)新解決方案。

技術(shù)研發(fā)人員：解盤石,張希,伍永平,王紅偉,易磊磊,徐輝,竇娟,張艷麗,張浩,胡博勝,黃寶發(fā),林偉典,張波,趙偉剛,李國(guó)欣,段思宇,王智
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8