煤层受火区影响程度划分方法

技术领域

本发明涉及煤炭开采领域，具体而言，涉及一种煤层受火区影响程度划分方法。

背景技术

煤田火区是影响煤炭安全开采的严重威胁之一，火区下煤层地质条件将不断发生变化，近距离煤层群开采且复杂灾变地质体条件下，覆岩受多次采动影响，裂隙带的严重，多重采空区之间相互沟通，甚至煤矿井下采空区与地表之间直接沟通，形成非常复杂的漏风，增大了采空区自燃危险性及隐蔽性；上部灾变地质体(老窑火、煤田火)未得到根本治理的情况下，灾变体内的有毒有害气体通过沟通裂隙将涌入下部开采煤层，威胁人员生命安全。

目前火区治理技术及火灾防治技术不断完善，但由于无法判断下部煤层受火区影响程度及类型，导致难以采取针对性的火灾防治措施。若火灾防治措施低估了下部煤层受火区的影响程度，则易因火灾防治投入不足造成火区蔓延，进而威胁煤层安全开采，导致后期更大的损失；若火灾防治措施高估了下部煤层受火区的影响程度，则易因过度投入导致资源浪费、火灾防治成本提高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种煤层受火区影响程度划分方法，以解决现有技术中的上部煤层的发火区域对开采煤层的威胁程度难以判断的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种煤层受火区影响程度划分方法，用于判定煤矿矿井下的发火区域对开采煤层的威胁程度，煤层受火区影响程度划分方法包括：确认开采煤层与发火区域之间的最小距离D；计算开采煤层的顶板的垮落带的高度H

进一步地，在确认开采煤层与发火区域之间的最小距离D之前，先判断发火区域的层位的延伸方向相对于水平方向的最大倾角的大小，若最大倾角大于35°，则禁止在发火区域的下方进行采掘。

进一步地，当开采煤层相对于水平方向的倾角的取值范围在0°至54°时，根据开采煤层的顶板的岩石的岩性对开采煤层的顶板的垮落带的高度H

进一步地，当开采煤层的顶板的岩石的抗压强度大于80MPa时，可利用如下计算公式计算开采煤层的顶板的垮落带的高度H

进一步地，当开采煤层的顶板的岩石的抗压强度不大于80MPa时，可利用如下计算公式计算开采煤层的顶板的垮落带的高度H

进一步地，当开采煤层需要分层开采，并且单层开采厚度的取值范围是1m至3m、累计开采厚度小于15m时，可利用如下计算方法计算开采煤层的顶板的垮落带的高度H

进一步地，当岩石的抗压强度的取值范围为40MPa至80MPa时，X＝2.1，Y＝16，Z＝2.5；和/或，当岩石的抗压强度的取值范围为20MPa至40MPa时，X＝4.7，Y＝19，Z＝2.2；和/或，当岩石的抗压强度的取值范围为10MPa至20MPa时，X＝6.2，Y＝32，Z＝1.5；和/或，当岩石的抗压强度小于10MPa时，X＝7，Y＝63，Z＝1.2。

进一步地，当开采煤层的单次开采厚度不大于3m，或者累积开采厚度小于15m时，可利用如下计算方法计算开采煤层的顶板的裂隙带的高度H

进一步地，当开采煤层的单次开采厚度大于3m时，可利用如下计算方法计算开采煤层的顶板的裂隙带的高度H

进一步地，开采煤层的煤岩柱的安全厚度T的计算方法为：T＝H

应用本发明的技术方案，煤层受火区影响程度划分方法能够准确地划分煤矿井下开采煤层受到的发火区域的威胁等级，还可以通过开采煤层的顶板裂隙发育情况和开采煤层与火区的垂直距离，得到开采煤层受火区威胁类型，从而有利于指导开采煤层采取相应的火灾防治措施，解决了现有技术中的上部煤层的发火区域对煤层的威胁程度难以判断的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的开采煤层的顶板的实施例的结构示意图；

图2示出了本发明的煤层受火区影响程度划分方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1、图2，本实施例的煤层受火区影响程度划分方法，用于判定煤矿矿井下的发火区域对开采煤层的威胁程度，煤层受火区影响程度划分方法包括：确认开采煤层与发火区域之间的最小距离D；计算开采煤层的顶板的垮落带的高度H

具体地，当开采煤层受到的发火区域的威胁等级为III级时，开采煤层处于安全状态。当开采煤层受到的发火区域的威胁等级为II级时，开采煤层有存在有毒有害气体的风险。当开采煤层受到的发火区域的威胁等级为I级时，开采煤层有存在有毒有害气体的风险，且有毒有害气体存在的风险较大。当开采煤层受到的发火区域的威胁等级为0级时，开采煤层内有可能产生明火。

在一些实施例中，当开采煤层条件发生重大变化时，重复上述步骤。

在本实施例的煤层受火区影响程度划分方法中，在确认开采煤层与发火区域之间的最小距离D之前，先判断发火区域的层位的延伸方向相对于水平方向的最大倾角的大小，若最大倾角大于35°，则禁止在发火区域的下方进行采掘。

在本实施例的煤层受火区影响程度划分方法中，当开采煤层相对于水平方向的倾角的取值范围在0°至54°时，根据开采煤层的顶板的岩石的岩性对开采煤层的顶板的垮落带的高度H

在本实施例的煤层受火区影响程度划分方法中，当开采煤层的顶板的岩石的抗压强度大于80MPa时，可利用如下计算公式计算开采煤层的顶板的垮落带的高度H

在本实施例的煤层受火区影响程度划分方法中，当开采煤层的顶板的岩石的抗压强度不大于80MPa时，可利用如下计算公式计算开采煤层的顶板的垮落带的高度H

在本实施例的煤层受火区影响程度划分方法中，当开采煤层需要分层开采，并且单层开采厚度的取值范围是1m至3m、累计开采厚度小于15m时，可利用如下计算方法计算开采煤层的顶板的垮落带的高度H

在本实施例的煤层受火区影响程度划分方法中，当岩石的抗压强度的取值范围为40MPa至80MPa时，X＝2.1，Y＝16，Z＝2.5；和/或，当岩石的抗压强度的取值范围为20MPa至40MPa时，X＝4.7，Y＝19，Z＝2.2；和/或，当岩石的抗压强度的取值范围为10MPa至20MPa时，X＝6.2，Y＝32，Z＝1.5；和/或，当岩石的抗压强度小于10MPa时，X＝7，Y＝63，Z＝1.2。

在本实施例的煤层受火区影响程度划分方法中，当开采煤层的单次开采厚度不大于3m，或者累积开采厚度小于15m时，可利用如下计算方法计算开采煤层的顶板的裂隙带的高度H

其中，M为开采煤层的煤层采厚。

在本实施例的煤层受火区影响程度划分方法中，当开采煤层的单次开采厚度大于3m时，可利用如下计算方法计算开采煤层的顶板的裂隙带的高度H

当岩石的抗压强度的取值范围为40MPa至80MPa时，H

当岩石的抗压强度的取值范围为20MPa至40MPa时，

当岩石的抗压强度小于10MPa时，

其中，M为开采煤层的煤层采厚。

10.根据权利要求1的层划分方法，开采煤层的煤岩柱的安全厚度T的计算方法为：

T＝H

其中，H

其中，A＝∑M/n；M为开采煤层的煤层采厚，n为煤的分层层数，B根据当前开采的煤层的岩石的抗压强度进行取值。

对本实施例的划分方法的说明如下：

参见表1

表1开采煤层受火区威胁等级划分标准

垮落带高度计算方法(倾角为0°～54°的煤层)：

(1)如果煤层顶板覆岩内有极坚硬岩层，采后能形成悬顶时，其下方的垮落带高度可采用下式计算：

式中：M为煤层采厚，m；

k为冒落岩石的碎胀系数；

α为煤层倾角。

(2)当煤层顶板岩层内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或互层时，开采单一煤层的垮落带最大高度可采用下式计算：

式中W—冒落过程中顶板下沉值。

(3)当煤层顶板岩层内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或互层时，厚煤层分层开采(单层采厚1～3m，累计采厚小于15m)的开采条件的垮落带最大高度可采用表A.1中公式计算：

表A.1厚煤层分层开采的垮落带计算公式表

注：∑M为累计采厚，m。

(4)对于一次开采煤层厚度超过3.0m及综放开采条件，采用如下方法确定：

煤层覆岩为中硬、软弱岩层时，开采时覆岩的垮落带最大高度可用表A.2中公式进行计算。

表A.2综放开采条件下垮落带计算公式表

覆岩煤岩柱安全厚度计算方法

B.1覆岩煤岩柱安全厚度应大于等于工作面采后覆岩裂隙带高度Hli加上保护层厚度H

T＝H

B.2对于一次开采煤层厚度不大于3.0m或分层开采累加采厚小于15m的开采条件，计算方法如下：

1)在倾角为0°～54°的煤层中：

煤层覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或互层时，厚煤层分层开采裂隙带最大高度可采用表B.1中公式计算：

表B.1厚煤层分层开采裂隙带高度计算公式表

B.3对于一次开采煤层厚度超过3.0m及综放的开采条件，开采时覆岩的裂隙带最大高度可用表B.3中公式进行计算，选择最大值作为覆岩裂隙带最大发育高度。

表B.3综放开采条件下裂隙带高度计算公式表

注：n—煤分层层数；h—采煤工作面小阶段垂高，m；mc—煤层厚度，m。

B.4在近距离煤层群开采时，裂隙带高度的计算应根据不同的情况进行计算：

1)当上、下两层煤的垂距h大于回采下层煤时所产生的冒落带高度时，可按上、下煤层的厚度分别选用表B.1、表B.2和表B.3中的公式计算各自的裂隙带高度，取其中最大标高值作为两层煤裂隙带高度。

2)下层煤垮落带接触到或完全进入上层煤范围时，上层煤的裂隙带高度采用本层煤采厚计算，下层煤裂隙带高度采用上、下层煤综合厚度来计算，取其中最大标高值作为两层煤开采的裂隙带最大高度。

上、下层煤的综合开采厚度可用下式计算：

式中：M1、M2－上、下层煤厚度；h1－2－上、下层煤法距；y2－下层煤垮落带高度与采厚之比。

如上、下层煤之间间距很小时，则综合开采厚度为累加厚度：

M

B.5保护层厚度的确定方法

对于倾角为0°～54°的煤层

(1)对于一次开采煤层厚度不大于3.0m或分层开采累加采厚小于15m的综采条件，可按表B.4中的数值进行选取。

表B.4安全煤岩柱保护层厚度(不适用于综放开采)

单位：m

注：A＝∑M/n，m。

对于一次开采煤层厚度超过3.0m及综放开采条件，覆岩岩性为中硬、软弱时，其保护层厚度取3A～4A；覆岩岩性为坚硬时，保护层厚度取5A。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

采用上述的煤层受火区影响程度划分方法，能够准确地划分煤矿井下开采煤层受到的发火区域的威胁等级，还可以通过开采煤层的顶板裂隙发育情况和开采煤层与火区的垂直距离，得到开采煤层受火区威胁类型，从而有利于指导开采煤层采取相应的火灾防治措施，解决了现有技术中的上部煤层的发火区域对开采煤层的威胁程度难以判断的问题。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。