采空区顶板垮落岩体碎胀调控减损开采方法

本发明属于煤炭开采，尤其涉及采空区顶板垮落岩体碎胀调控减损开采方法。

背景技术：

1、降低煤炭资源开采过程中工作面的顶板灾害及控制地表变形、保护生态环境是当前面临的关键科学技术难题之一，提高开采过程中采空区顶板碎胀对于实现这一目标具有关键作用。基于切顶碎胀充填的110/n00工法采用顶板切缝技术，充分运用岩体的非连续性和各向异性，使采空区顶板在矿山压力作用下充分垮落碎胀，减弱了集中应力，顶板稳定性得到了极大的提高，切缝处地表变形达到可控范围。

2、然而上述方法仍然存在一定局限，该方法仅在切缝处碎胀效果较好，而工作面中部碎胀程度逐渐减弱，导致对顶板控制及地表保护达不到更高的要求。在此背景下，扩大工作面顶板碎胀范围成为研究攻关的重中之重，因此亟需采空区顶板垮落岩体碎胀调控减损开采方法的出现。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了采空区顶板垮落岩体碎胀调控减损开采方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了采空区顶板垮落岩体碎胀调控减损开采方法，包括：

3、根据矿井的基础采矿资料，仿真模拟得到最优调控方案，其中最优调控方案包括液压支架的加载强度、加载次数及加载应力路径，最优调控方案的条件为顶板垮落岩体碎胀高度最大化及地表下沉量最小化；

4、根据最优调控方案在工作面推进过程中对液压支架进行调控；

5、对工作面推进过程中的监测数据进行监测，其中监测数据包括地表变形曲线、垮落岩体碎胀高度及液压支架的立柱压力及位移变化曲线；

6、对监测数据进行整合分析，基于整合分析结果，对最优调控方案选择进行继续执行或者调整。

7、可选的，在获取所述液压支架的加载强度前，根据基础采矿资料，计算所述液压支架平均工作阻力和额外工作阻力，根据平均工作阻力和额外工作阻力，计算得到支架选型阻力作为液压支架的加载强度的最大限制。

8、可选的，最优调控方案的获取过程包括：

9、根据矿井的基础采矿资料，基于离散元模型构建计算模型，其中计算模型包括采空区的仿真数值模型和基于数值模拟或理论计算的数学计算模型；

10、通过数学计算模型对所述仿真数值模型进行不同加载强度、加载次数及加载应力路径的模拟计算，得到顶板碎胀高度及地表下沉量，以顶板碎胀高度最大和地表下沉量最小时的加载强度、加载次数及加载应力路径作为优化调控方案。

11、可选的，工作面推进过程中通过工作面回采调控工艺进行采煤，其中工作面回采调控工艺包括：割煤、移综采液压支架、移前部刮板输送机，其中移综采液压支架根据最优调控方案进行加载强度、加载次数及加载应力路径的移动。

12、可选的，对工作面推进过程中的监测数据进行监测的过程包括：

13、地表变形、碎胀高度及液压支架的立柱压力及位移变化

14、在工作面中部地表设置地表变形监测点，获取地表变形监测点的地表变形曲线；

15、从工作面后侧采空区两巷区向工作面中部打倾斜钻孔进行窥视，得到工作面顶板的碎胀高度；

16、在液压支架的立柱和千斤顶内设置压力传感器及位移传感器，通过压力传感器及位移传感器采集得到立柱压力曲线和及位移变化曲线。

17、可选的，对监测数据进行整合分析的过程包括：

18、判断所述监测数据是否符合控制要求，其中，对监测数据进行阈值判断，根据阈值判断结果确定是否符合控制要求。

19、可选的，对最优调控方案选择进行继续执行或者调整的过程包括：

20、当地表变形曲线及碎胀高度符合控制要求时，则继续执行最优调控方案；

21、当地表变形曲线及碎胀高度不符合控制要求时，则判断立柱压力及位移变化曲线是否符合控制要求；

22、当立柱压力及位移变化曲线不符合控制要求时，则对最优调控方案的执行和液压支架进行检查；

23、当立柱压力及位移变化曲线符合控制要求时，则对最优调控方案进行调整或重新设计。

24、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

25、1、利用支架阻力调控可以有效促进一定范围内的顶板岩体预破碎，从而进一步提高采空区垮落岩体碎胀程度，减少上覆岩层破断后的下沉空间；

26、2、降低工作面推进方向基本顶下沉量，减弱高位顶板离层现象，减缓上覆岩层最大主应力变化幅度，减小基本顶应力集中系数，保障工作面安全生产；

27、3、支架-顶板动态调控可以扩大碎胀范围，减轻地表沉降，保护地表建筑，降低生态损伤，实现矿区生态损伤源头防治。

技术特征：

1.采空区顶板垮落岩体碎胀调控减损开采方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了采空区顶板垮落岩体碎胀调控减损开采方法，属于煤炭开采技术领域，包括：根据矿井的基础采矿资料，仿真模拟得到最优调控方案，其中最优调控方案包括液压支架的加载强度、加载次数及加载应力路径，最优方案的条件为顶板垮落岩体碎胀高度最大化及地表下沉量最小化；根据最优调控方案在工作面推进过程中对液压支架进行调控；对工作面推进过程中的监测数据进行监测，对监测数据进行整合分析，基于整合分析结果，对最优调控方案选择进行继续执行或者调整。通过上述技术方案，本发明有效增大了碎胀程度及扩大了碎胀范围。

技术研发人员：王亚军,杨峰,何满潮,张俊,朱淳,朱斯陶,杜付康
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10