一种水源地中小煤矿用保水采煤方法 【技术领域】
本发明属于煤矿开采技术领域， 尤其是涉及一种水源地中小煤矿用保水采煤方法。 背景技术
陕北大煤田的 “保水采煤”问题， 从神府矿区开发之初， 就引起了各方面的关 2 注。陕北地区总面积 8.06×104km ， 约占陕西省总面积的 39.2 ％。其中含有水域面积 2 9.5×104hm ， 占全省水域面积的 24.5％。陕北地区的水资源总量仅为陕西省的 10.9％， 人 3 均水资源为 849m / 人， 是陕西省人均水资源量的 72％， 全国人均水平的 35％。由此可见， 陕北地区的水资源量较为贫乏。因而， 陕北大煤田的 “保水采煤” 问题的重要性， 多年来受 到各方面的重视。 针对陕北煤层埋藏浅， 地表存在沙漠型河流及耐旱植被的特点， 保水主要 是保证宝贵且对植被的生长条件有利的潜水资源， 阻止地表荒漠化的进一步发展。以往大 量的开采实践主要集中在大型、 特大型矿井的开采中， 由于工作面超长， 目前超长工作面已 超过 400m， 推进距离长达 3Km ～ 5Km， 且采用全部垮落法处理顶板， 长壁后退式推进， 因而造 成潜水资源大量流失， 其保水开采中结合煤层开采对覆岩破坏和阻水性变化情形， 工作面 留设一定高度防水煤柱， 并在煤层露头烧变岩带建立浅排水源地的 “保水采煤” 效果并不理 想。
条带开采是将要开采的煤层划分成比较正规的条带进行开采， 且实际开采时采一 条， 留一条， 并利用保留的煤柱支撑上覆岩层， 从而减少覆岩沉陷， 控制地表的移动和变形， 并达到地面保护目的的部分开采方法。从条带的布置形式及开采方法上包括水砂充填条 带、 矸石充填条带、 冒落条带、 分层冒落条带、 近距煤层群条带、 变采留比条带、 不规则条带 及古小窑老空区下条带等。 尽管条带开采采出率低、 资源损失严重， 但由于我国矿区村庄密 集， 搬迁费用巨大， 为解放村庄下压煤， 条带开采作为一种减少地表沉降的特殊采煤法， 近 几年各矿区都应用条带开采进行了建筑物下采煤实践。 发明内容 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足， 提供一种水源地中 小煤矿用保水采煤方法， 其设计合理、 实现方便、 可操作性强且使用效果好， 能有效解决现 有水源地中小煤矿开采时存在的易造成潜水资源大量流失、 保水采煤效果较差等多种实际 问题。
为解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案是 ： 一种水源地中小煤矿用保水采 煤方法， 所开采煤矿为位于水源地的煤矿， 其保水采煤开采方法包括以下步骤 ：
步骤一、 煤层位置确定 ： 按照煤矿开采过程中所用的常规钻探地质编录方法， 对 所开采煤矿进行钻探， 并获得所开采煤矿的钻孔柱状图之后， 根据所述钻孔柱状图， 确定所 开采煤矿中所存在煤层的厚度和埋藏深度， 所述煤层的顶板由多个岩层组成且多个所述岩 层由下至上逐层进行布设 ； 同时， 根据所述钻孔柱状图分别确定所述顶板中多个岩层的厚
度； 其中， 多个所述岩层的数量为 n 个， n 个所述岩层由下至上分别为第一个岩层、 第 二个岩层 ... 第 n 个岩层， 且 n 个所述岩层的厚度由下至上分别为 h1、 h2...hn ；
步骤二、 开采参数确定， 其确定过程如下 ：
201、 顶板岩梁承受载荷确定， 其确定过程包括以下步骤 ：
2011、 顶板各岩层的岩石力学性质测试 ： 按照常规的岩石力学性质测试方法， 分别 对步骤一中多个所述岩层的岩石力学性质参数进行测试， 测试得出的各岩层的岩石力学性 质参数， 所述岩石力学性质参数包括容重、 抗拉强度和弹性模量 ； 其中， 测试得出的 n 个所 述岩层的容重由下至上分别为 γ1、 γ2… γn， n 个所述岩层的弹性模量分别为 E1、 E2...En， n 个所述岩层的抗拉强度 ；
2012、 顶板岩梁所承受载荷计算 ：
根据公式计算自第一个岩层起由下至上布设的i 个岩层对第一个岩层进行综合影响所形成的载荷， 式中 i ＝ 1、 2...n ；
且计算 i 个岩层对第一个岩层进行综合影响所形成载荷的同时， 对所述自第一个 岩层起由下至上布设的 i+1 个岩层对第一个岩层所形成的载荷 (qi+1)1 与 i 个岩层对第一个 岩层所形成的载荷 (qi)1 进行差值比较 ： 当差值比较得出 (qi+1)1 ＜ (qi)1 时， 说明第 i+1 个 岩层与其下部的第 i 个岩层发生离层， 此时 i ＝ m， 且 (qm)1 为所述煤层的顶板岩梁所承受 载荷， m 为正整数且 m ＜ n ；
202、 开采条带的宽度上限值确定， 其确定过程包括以下步骤 ：
2021、 将所述顶板岩梁简化为简支梁进行分析 ： 且所述简支梁为均布荷载作用下 的简支梁 ； 所述简支梁上任一点 A 处的正应力为 式中 Mx 为所述简支梁上 A 处所在横截面上的弯矩， y 为 A 处到所述简支梁中性轴的距离， t 为所述简支梁的厚度且 t ＝ 自第一个岩层起由下至上布设的 m 个岩层的厚度之和 ；
2022、 最大压正应力和最大拉正应力换算 ： 所述简支梁的最大弯矩 Mmax ＝ qL2/8， 式 中 L 为所述简支梁的横向长度 ； 所述简支梁中部上侧外边缘处所承受的压正应力为最大压 正应力， 所述简支梁中部下侧外边缘处所承受的拉正应力为最大拉正应力， 所述简支梁中 部的下侧外边缘处和上侧边缘处到所述简支梁中性轴的距离 y 均等于 t/2， 且所述最大压 正应力和最大拉正应力的数值相等且二者均等于
2023、 顶板岩梁实际承受正应力计算 ： 所述顶板岩梁实际承受的正应力式中 F 为安全系数且 F ＝ 2 ～ 4， Rl 为所述顶板岩梁的抗拉强度， 所述顶板岩梁由 j 个岩层 组成且 j ≥ 1 ： 当 j ＝ 1 时， 说明所述顶板岩梁为一个岩层且 Rl 为该岩层的抗拉强度 ； 当j ＞ 1 时， Rl 为组成所述顶板岩梁的 j 个岩层的抗拉强度平均值 ；
2024、 宽度上限值换算 ： 将步骤 2023 中计算得出的 σe 代入步骤 2022 中的公式 换算得出开采条带的宽度上限值 的 (qm)1 ；6式中 q 为步骤 201 中计算得出CN 102505943 A
说明书3/17 页203、 煤柱宽度下限值确定， 其确定过程如下 ： 2031、 煤柱屈服区宽度计算 ：
根据公式计算得出煤柱屈服区宽度 rp，式中 M 为煤柱高度且 M ＝所述煤层的平均高度， d 为开采扰动因子且 d ＝ 1.2 ～ 3.0， β为 煤柱屈服区与弹性核区间分界面处的侧压系数且 β ＝ 0.25 ～ 0.40， C 为煤层与顶板接触 σzl 为煤柱极限强度， Px 煤壁的侧向约束力其 面的粘聚力， 为煤层与顶板接触面的摩擦角， 中 M 的单位为 m， C、 σzl 和 Px 的单位均为 MPa ； i 为影响系数且 i ＝ 3 ～ 1.5 ； 随着 M 的不断 增大， i 不断减小 ；
2032、 煤柱宽度下限值确定 ： 根据步骤 2031 中计算得出的煤柱屈服区宽度 rp， 确 定煤柱的宽度下限值 Dmin ＝ 2rp+r0， 其中 r0 为煤柱弹性核区宽度的最小值且 r0 ＝ 0.1m ～ 1m ；
步骤三、 开采方案确定 ： 根据步骤 2024 中计算得出的 Lmax 和步骤 2032 中计算得 出的 Dmin， 确定条带法开采过程中的采留尺度， 其中条带法开采过程中所开采条带的宽度 L0 ≤ Lmax 且所留煤柱的宽度 D0 ≥ Dmin ；
步骤四、 开采 ： 按照常规条带开采方法对所述煤层进行开采， 且实际开采过程中， 每开采一个宽度为 L0 的条带， 留设一个宽度为 D0 的煤柱。
上述一种水源地中小煤矿用保水采煤方法， 其特征是 ： 步骤四中所述的按照常规 条带开采方法对所述煤层进行开采后， 形成多个宽度为 L0 的条带采空区， 且相邻两个所述 条带采空区之间留设有一个宽度为 D0 的条带煤柱 ； 且按照常规条带开采方法对所述煤层进 行开采后， 还需由前至后用填充料对多个所述条带采空区分别进行密实填充， 并相应形成 多个已填充区 ； 对多个所述条带采空区分别进行密实填充过程中， 由前至后对相邻两个所 述已填充区之间的条带煤柱进行开采。
上述一种水源地中小煤矿用保水采煤方法， 其特征是 ： 步骤四中所述的按照常规 条带开采方法对所述煤层进行开采过程中， 在所述煤层上布置多个采煤区段或多个采煤工 作面， 相邻两个采煤区段或相邻两个采煤工作面之间通过留设有一个隔离煤柱 ； 且开采结 束后， 每个采煤区段或每个采煤工作面内均形成多个宽度为 L0 的区内条带采空区， 相邻两 个所述区内条带采空区之间留设有一个宽度为 D0 的区内条带煤柱 ；
步骤三中所述确定条带法开采过程中的采留尺度时， 还需对所述隔离煤柱的宽度 最小值进行确定， 所述隔离煤柱包括中间隔水带和两个分别布设在所述中间隔水带两侧的 已开采工作面屈服区和现开采工作面屈服区， 且所述隔离煤柱的宽度最小值确定过程如 下：
步骤 I、 中间隔水带宽度 L20 计算 ： 分别根据侧向静水压力煤柱宽度计算公式 或经验公式 计算得出中间隔水带宽度 L21 和中间隔水带宽度 L22， 式中 K 为安全系数且 K ＝ 2 ～ 5， M 为所述煤层的平均高度且其单位为 m， P 为测试得 2 出的中间隔水带所承受的水头压力且其单位为 kgf/cm ， KP 为所述煤层中煤体的抗张强度且其单位为 kgf/cm2， Ts 为测试计算得出的突水系数 ；
之后， 对计算得出的中间隔水带宽度 L21 和中间隔水带宽度 L22 进行差值比较 ： 当 L21 ≥ L22 时， 中间隔水带宽度 L20 ＝ L21 ； 否则， 中间隔水带宽度 L20 ＝ L22 ；
步骤 II、 隔离煤柱宽度最小值 Lmin 计算 ：
根据公式 Lmin ＝ L1+L20+L3， 计算得出所述隔离煤柱的宽度最小值， 式中 L1 和 L3 分 别为已开采工作面屈服区宽度和现开采工作面屈服区宽度， 且 L1 ＝ L3 ＝步骤 2032 中计算 得出的煤柱屈服区宽度 rp ；
步骤四中按照常规条带开采方法对所述煤层进行开采过程中， 相邻两个采煤区段 或相邻两个采煤工作面之间所留设隔离煤柱的宽度 Li0 ≥ Lmin。
上述一种水源地中小煤矿用保水采煤方法， 其特征是 ： 步骤 2012 中所述的 m ＝ 1， 且所述煤层的顶板岩梁为第一个岩层 ； 步骤 2021 中 t 为第一个岩层的厚度 ； 步骤 2022 中 L 为第一个岩层的横向长度 ； 步骤 2023 中所述顶板岩梁为第一个岩层且 Rl 为第一个岩层的 抗拉强度。
上述一种水源地中小煤矿用保水采煤方法， 其特征是 ： 步骤四中所述的按照常规 条带开采方法对所述煤层进行开采之前， 还需按照常规煤柱稳定性分析方法， 对采用步骤 三中所确定的开采方案进行条带开采过程中所留设煤柱的稳定性进行分析。 上述一种水源地中小煤矿用保水采煤方法， 其特征是 ： 所述常规煤柱稳定性分析 方法为相似材料模拟实验。
上述一种水源地中小煤矿用保水采煤方法， 其特征是 ： 步骤 2031 中 M ＝ 3m ～ 8m。
上述一种水源地中小煤矿用保水采煤方法， 其特征是 ： 步骤 2032 中随着所述煤层 的顶板稳定性逐渐减弱， r0 逐渐增大。
上述一种水源地中小煤矿用保水采煤方法， 其特征是 ： 步骤二中开采参数确定之 前， 还需按常规煤层安全回采上限的确定方法， 对所述煤层的安全回采上限 Mx 进行计算， 并 根据计算结果判断是否能采用条带开采方法对所述煤层进行开采 ： 当所述煤层的平均高度 M 大于计算得出的安全回采上限时， 则进入步骤二且按条带开采方法对所述煤层进行开采 ； 否则， 按长壁开采方法对所述煤层进行开采。
上述一种水源地中小煤矿用保水采煤方法， 其特征是 ： 对所述煤层的安全回采上
限 Mx 进行计算时， 根据公式式中 5.1 为修正系数， nx 为所述煤层的分层层数， H0 为测试得出的所述煤层上方基岩的平均高度。
本发明与现有技术相比具有以下优点 ：
1、 方法步骤简单、 实现方便且易于掌握。
2、 设计合理， 本发明在确保煤层上覆富含水层不受破坏的原则上， 按照材料力学 简支梁理论计算开采条带的最大宽度 ； 在保证煤柱长期稳定性原则基础上， 按照弹性力学 中的极限平衡理论计算条带煤柱的最小尺寸 ； 按照弹性力学中的极限平衡理论计盘区间隔 离煤柱的屈服区宽度， 根据侧向静水压力计算公式及经验校核式计算盘区间隔离煤柱的中 间隔水带宽度， 最终确定盘区间隔离煤柱的合理宽度 ； 通过计算最大开采条带宽度和最小 煤柱尺寸， 将 “围岩 - 煤柱群” 作为一个整体进行相似材料模拟分析， 确定模拟实验中各岩 层的配比， 分析 “围岩 - 煤柱群” 系统的稳定性， 最终确定所提开采参数的合理性。3、 使用效果好且实用价值高， 最终确定的开采方案合理， “保水采煤” 效果好， 开采 过程中不会造成潜水资源大量流失， 且采出率较高。
综上所述， 本发明方法步骤简单、 设计合理、 实现方便且可操作性强、 使用效果好， 所确定开采方案的保水采煤效果好， 能有效解决现有水源地中小煤矿开采时存在的易造成 潜水资源大量流失、 保水采煤效果较差等多种实际问题。
下面通过附图和实施例， 对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 附图说明 图 1 为本发明进行保水采煤时的方法流程框图。
图 2 为本发明第一具体实施方式中所开采中小型煤矿的钻孔柱状图。
图 3 为本发明第一具体实施方式中采用相似材料模拟实验对所选择条带开采方 案进行分析得出的煤层底板支承压力变化情况示意图。
图 4 为本发明第一具体实施方式中进行保水采煤所采用的条带开采状态示意图。
图 5 为本发明第二具体实施方式中所开采中小型煤矿的钻孔柱状图。
附图标记说明 ：
1- 条带煤柱 ； 2- 采空区域 ； 3- 采煤工作面 ； 4- 未开采区域。具体实施方式
如图 1 所示的一种水源地中小煤矿用保水采煤方法， 所开采煤矿为位于水源地的 煤矿， 且其保水采煤开采方法包括以下步骤 ：
步骤一、 煤层位置确定 ： 按照煤矿开采过程中所用的常规钻探地质编录方法， 对所 开采煤矿进行钻探， 并获得所开采煤矿的钻孔柱状图之后， 根据所述钻孔柱状图， 确定所开 采煤矿中所存在煤层的厚度和埋藏深度， 所述煤层的顶板由多个岩层组成且多个所述岩层 由下至上逐层进行布设 ； 同时， 根据所述钻孔柱状图分别确定所述顶板中多个岩层的厚度。
其中， 多个所述岩层的数量为 n 个， n 个所述岩层由下至上分别为第一个岩层、 第 二个岩层 ... 第 n 个岩层， 且 n 个所述岩层的厚度由下至上分别为 h1、 h2...hn。
实际进行开采时， 所开采煤矿为产量 30 万吨 / 年～ 90 万吨 / 年的中小型煤矿。
步骤二、 开采参数确定， 其确定过程如下 ：
201、 顶板岩梁承受载荷确定， 其确定过程包括以下步骤 ：
2011、 顶板各岩层的岩石力学性质测试 ： 按照常规的岩石力学性质测试方法， 分别 对步骤一中多个所述岩层的岩石力学性质参数进行测试， 测试得出的各岩层的岩石力学性 质参数， 所述岩石力学性质参数包括容重、 抗拉强度和弹性模量 ； 其中， 测试得出的 n 个所 述岩层的容重由下至上分别为 γ1、 γ2… γn， n 个所述岩层的弹性模量分别为 E1、 E2...En， n 个所述岩层的抗拉强度。
2012、 顶板岩梁所承受载荷计算 ：
根据公式计算自第一个岩层起由下至上布设的i 个岩层对第一个岩层进行综合影响所形成的载荷， 式中 i ＝ 1、 2...n ；且计算 i 个岩层对第一个岩层进行综合影响所形成载荷的同时， 对所述自第一个 岩层起由下至上布设的 i+1 个岩层对第一个岩层所形成的载荷 (qi+1)1 与 i 个岩层对第一个 岩层所形成的载荷 (qi)1 进行差值比较 ： 当差值比较得出 (qi+1)1 ＜ (qi)1 时， 说明第 i+1 个 岩层与其下部的第 i 个岩层发生离层， 此时 i ＝ m， 且 (qm)1 为所述煤层的顶板岩梁所承受 载荷， m 为正整数且 m ＜ n。
202、 开采条带的宽度上限值确定， 其确定过程包括以下步骤 ：
2021、 将所述顶板岩梁简化为简支梁进行分析 ： 且所述简支梁为均布荷载作用下 的简支梁 ； 所述简支梁上任一点 A 处的正应力为 式中 Mx 为所述简支梁上 A 处所在横截面上的弯矩， y 为 A 处到所述简支梁中性轴的距离， t 为所述简支梁的厚度且 t ＝ 自第一个岩层起由下至上布设的 m 个岩层的厚度之和。
2022、 最大压正应力和最大拉正应力换算 ： 所述简支梁的最大弯矩 Mmax ＝ qL2/8， 式 中 L 为所述简支梁的横向长度 ； 所述简支梁中部上侧外边缘处所承受的压正应力为最大压 正应力， 所述简支梁中部下侧外边缘处所承受的拉正应力为最大拉正应力， 所述简支梁中 部的下侧外边缘处和上侧边缘处到所述简支梁中性轴的距离 y 均等于 t/2， 且所述最大压 正应力和最大拉正应力的数值相等且二者均等于
2023、 顶板岩梁实际承受正应力计算 ： 所述顶板岩梁实际承受的正应力式中 F 为安全系数且 F ＝ 2 ～ 4， Rl 为所述顶板岩梁的抗拉强度， 所述顶板岩梁由 j 个岩层 组成且 j ≥ 1 ： 当 j ＝ 1 时， 说明所述顶板岩梁为一个岩层且 Rl 为该岩层的抗拉强度 ； 当j ＞ 1 时， Rl 为组成所述顶板岩梁的 j 个岩层的抗拉强度平均值。
2024、 宽度上限值换算 ： 将步骤 2023 中计算得出的 σe 代入步骤 2022 中的公式 换算得出开采条带的宽度上限值
式中 q 为步骤 201 中计算得出的 (qm)1。 203、 煤柱宽度下限值确定， 其确定过程如下 ： 2031、 煤柱屈服区宽度计算 ：
根据公式计算得出煤柱屈服区宽度 rp，式中 M 为煤柱高度且 M ＝所述煤层的平均高度， d 为开采扰动因子且 d ＝ 1.2 ～ 3.0， β为 煤柱屈服区与弹性核区间分界面处的侧压系数且 β ＝ 0.25 ～ 0.40， C 为煤层与顶板接触 面的粘聚力， 为煤层与顶板接触面的摩擦角， σzl 为煤柱极限强度， Px 煤壁的侧向约束力其 中 M 的单位为 m， C、 σzl 和 Px 的单位均为 MPa ； i 为影响系数且 i ＝ 3 ～ 1.5 ； 随着 M 的不断 增大， i 不断减小。
2032、 煤柱宽度下限值确定 ： 根据步骤 2031 中计算得出的煤柱屈服区宽度 rp， 确 定煤柱的宽度下限值 Dmin ＝ 2rp+r0， 其中 r0 为煤柱弹性核区宽度的最小值且 r0 ＝ 0.1m ～ 1m。步骤三、 开采方案确定 ： 根据步骤 2024 中计算得出的 Lmax 和步骤 2032 中计算得 出的 Dmin， 确定条带法开采过程中的采留尺度， 其中条带法开采过程中所开采条带的宽度 L0 ≤ Lmax 且所留煤柱的宽度 D0 ≥ Dmin。
步骤四、 开采 ： 按照常规条带开采方法对所述煤层进行开采， 且实际开采过程中， 每开采一个宽度为 L0 的条带， 留设一个宽度为 D0 的煤柱。
另外， 步骤四中所述的按照常规条带开采方法对所述煤层进行开采之前， 还需按 照常规煤柱稳定性分析方法， 对采用步骤三中所确定的开采方案进行条带开采过程中所留 设煤柱的稳定性进行分析。
实施例 1
如图 2 所示， 本实施例中， 所开采的煤矿为位于水源地 ( 也称水源保护地 ) 的榆卜 界煤矿。榆卜界煤矿地处榆林市城北 11km 的榆卜界村， 位于国家规划的榆神矿区西南边 缘地带， 行政区划隶属榆阳区牛家梁镇所辖， 1993 年初建时设计生产能力 0.06Mt/a( 英文 Million ton/annual， 即百万吨 / 年 )， 2008 年技改后矿井生产能力提升为 0.30Mt/a。 榆卜 界煤矿区地处陕北黄土高原北缘与毛乌素沙漠接壤地带， 矿区内大部分为典型的风成沙丘 及风沙滩地貌， 沙漠覆盖率在 80％以上， 以固定沙及半固定沙为主， 植被覆盖较好。井田范 围内无基岩出露， 井田地层由下至上为三迭系上统永坪组、 侏罗系中统延安组、 侏罗系中统 直罗组、 第三系上统组、 第四系中更新统离石组、 第四系上更新统萨拉乌素组和全新统。2-2 煤层 ( 即第 2 层地层中的第 2 采区 ) 是井田内唯一的主要可采煤层。2-2 煤层的煤层厚度 在 4.35m ～ 5.57m 范围内， 则 2-2 煤层的煤层平均厚度为 5.23m， 煤层的埋藏深度为 99m ～ -2 168m。其中， 2 煤层顶板中伪顶为厚度小于 0.5m 的泥岩或炭质泥岩薄层 ； 直接顶为厚度 2.4m ～ 6.67m 的粉砂岩， 个别地段基本顶直接赋存于煤层之上， 基本顶厚度大于 20m。 2-2 煤 层底板为厚度不等的泥岩、 粉砂岩与细砂岩， 较稳定。伪顶是指直接覆盖在工业煤层之上、 力学强度低且不易形成应力拱的部分顶板岩层， 在煤炭采出后极易垮落。直接顶也称冒落 带， 该部分岩层在老塘已经垮落， 在采场由支架暂时支撑， 在推进方向上不能始终保持传递 水平力的联系。
榆卜界煤矿属于 “保水采煤” 区域， 区内广泛分布第四系松散沉积物， 其中主要为 中更新统离石组黄褐色黄土， 是地下水储存和运移的良好空间。黄土层之上的现代流动沙 丘， 为大气降水下渗提供了良好条件。下伏的 “七星镇砂岩” ( 侏罗系中统直罗组 J 2Z 砂 -2 岩 )、 真武洞砂岩 (2 煤层顶板 ) 均为厚 - 巨厚层的中粗 - 细粒砂岩， 分布较稳定， 连续性 好。两层砂岩除局部有泥岩隔水外， 多是同一含水体， 岩层裂隙较为发育， 为地下水赋存提 -2 供了一定条件。井田南侧由于 2 煤层自燃使顶板垮落， 造成一定厚度的冒落带和裂隙带， 而其上方无隔水层存在， 与第四系松散岩类含水层沟通， 为地下水提供了良好的条件。 井田 含水岩组划分为两类， 一是第四系松散岩类及基岩风化带孔隙、 裂隙潜水含水层组， 包括全 新统河谷冲积层孔隙潜水、 上更新统冲湖层孔隙潜水及中更新统黄土裂隙孔洞潜水 ； 二是 侏罗系中细砂岩孔隙、 裂隙层间承压含水岩组。
本实施例中， 进行保水采煤开采时， 其开采过程如下 ：
步骤一、 煤层位置确定 ： 按照煤矿开采过程中所用的常规钻探地质编录方法， 对 所开采煤矿进行钻探， 并获得所开采煤矿的钻孔柱状图， 详见图 2 之后， 根据所述钻孔柱状 图， 确定所开采煤矿中所存在煤层的厚度和埋藏深度， 所述煤层的顶板由多个岩层组成且多个所述岩层由下至上逐层进行布设 ； 同时， 根据所述钻孔柱状图分别确定所述顶板中多 个岩层的厚度。其中， 多个所述岩层的数量为 n 个， n 个所述岩层由下至上分别为第一个岩 层、 第二个岩层 ... 第 n 个岩层， 且 n 个所述岩层的厚度由下至上分别为 h1、 h2...hn。 -2
本实施例中， 所述煤层为 2 煤层且其平均高度为 5.2m， 且所述煤层的埋藏深度为 99m ～ 168m。
另外， 需注意的是 ： 步骤二中开采参数确定之前， 还需按常规煤层安全回采上限的 确定方法， 对所述煤层的安全回采上限 Mx 进行计算， 并根据计算结果判断是否能采用条带 开采方法对所述煤层进行开采 ： 当所述煤层的平均高度 M 大于计算得出的安全回采上限 时， 则进入步骤二且按条带开采方法对所述煤层进行开采 ； 否则， 按长壁开采方法对所述煤 层进行开采。
对所述煤层的安全回采上限 Mx 进行计算时， 根据公式式中 5.1 为修正系数， nx 为所述煤层的分层层数， H0 为测试得出的所述煤层上方基岩的平 均高度。
本实施例中， 根据地质钻孔的岩石力学性质试验测试结果， 2-2 煤层上覆岩层属于 中硬型， 因而选用中硬型覆岩破坏移动计算公式进行导水裂隙带高度预计。 根据 《矿井水文 地质规程》 确定导水裂隙带高度计算公式 ： 全高计算 )， 计算得出
式中 nx ＝ 1( 即按一次性采为了保证工作面的安全开采， 需要留设一定的安全煤岩层保护层厚度。 按照 《建筑 物、 水体、 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》 附表 6-4 规定中选取 6A(A ＝∑ M/n，
∑ M- 累计采厚 ； n- 分层层数 ) 作为计算保护层厚度为 ： 由于防水安全煤岩柱是由导水裂隙带和保护层厚度共同组成， 其垂高为 ：
Hsh ＝ Hli+Hb ＝ 78.3+31.2 ＝ 109.5m。
根据 《建 筑 物、 水 体、 铁 路 及 主 要 井 巷 煤 柱 与 压 煤 开 采 规 程》上 三 带 发 育 规 律， 若 要 保 证 顶 板 水 不 透 入 到 工 作 面 内， 需满足下列关系式： Hsh ≤ H0 ； 则
可得出安全开采上限为 Mx ≤ 1.8m。 因此， 当采用 《建筑物、 水体、 铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程》 计算回采上限 -2 时， 榆卜界主采 2 煤层的开采厚度必须小于 1.8m， 才可采用长壁开采方法， 进而实现 “保水 -2 采煤” 。因而， 需采用同条带开采方式实现 2 煤层全厚开采及采出率的提高目的。
综上， 榆卜界煤矿主采 2-2 煤层开采厚度小于 1.8m 时才可采用长壁开采方法， 以 保证冒裂带不发展到松散含水层下的隔水层， 从而实现 “保水采煤” 目的， 但同时造成至少 66％的煤炭损失。 而条带开采可作为一种提高采出率， 保护生态水位， 并在基岩稳定条件下 后期充填开采置换遗留煤柱的有效开采方式。
步骤二、 开采参数确定， 其确定过程如下 ：
201、 顶板岩梁承受载荷确定， 其确定过程包括以下步骤 ：
2011、 顶板各岩层的岩石力学性质测试 ： 按照常规的岩石力学性质测试方法， 分别 对步骤一中多个所述岩层的岩石力学性质参数进行测试， 测试得出的各岩层的岩石力学性 质参数， 所述岩石力学性质参数包括容重、 抗拉强度和弹性模量 ； 其中， 测试得出的 n 个所 述岩层的容重由下至上分别为 γ1、 γ2...γn， n 个所述岩层的弹性模量分别为 E1、 E2...En， n 个所述岩层的抗拉强度。
本实施例中， 对所述煤层以上 6 个岩层和所述煤层以下一个岩层的岩石力学性质 参数进行测试 ( 具体是试验 300 工作面开采煤层顶板部分岩层的岩石力学性质 )， 并根据测 试结果得到岩层物理力学性质参数一览表，
详见表 1 ：
表1 岩层物理力学性质参数一览表
2012、 顶板岩梁所承受载荷计算 ： 根据公式 计算自第一个岩层起由下至上布设的i 个岩层对第一个岩层进行综合影响所形成的载荷， 式中 i ＝ 1、 2...n ；
且计算 i 个岩层对第一个岩层进行综合影响所形成载荷的同时， 对所述自第一个 岩层起由下至上布设的 i+1 个岩层对第一个岩层所形成的载荷 (qi+1)1 与 i 个岩层对第一个 岩层所形成的载荷 (qi)1 进行差值比较 ： 当差值比较得出 (qi+1)1 ＜ (qi)1 时， 说明第 i+1 个 岩层与其下部的第 i 个岩层发生离层， 此时 i ＝ m， 且 (qm)1 为所述煤层的顶板岩梁所承受 载荷， m 为正整数且 m ＜ n。
本实施例中， 第 1 个岩层本身的载荷 (q1)1 ＝ γ1h1 ＝ 27.2×2.4 ＝ 65.28KPa。
第 2 个岩层对第 1 个岩层进行综合影响所形成的载荷
由于 (q2)1 ＜ (q1)1， 则此时 m ＝ 1， 且此时所述煤层的顶板岩梁为第一个岩层。也 就是说， 所述煤层的顶板中第二个岩层与其下部的岩层发生离层， 则第一个岩层只承受自 2 重， 此时顶板岩梁上的载荷值为 (q1)1 ＝ 0.65kg/cm 。
实际开采过程中， m 也可大于 1， 则此时由下至上布设的第 m 个岩层与其上部岩层 发生离层， 则由下至上布设的 m 个岩层组成所述煤层的顶板岩梁。
202、 开采条带的宽度上限值确定， 其确定过程包括以下步骤 ：
2021、 将所述顶板岩梁简化为简支梁进行分析 ： 且所述简支梁为均布荷载作用下
的简支梁 ； 所述简支梁上任一点 A 处的正应力为 式中 Mx 为所述简支梁上 A 处所在横截面上的弯矩， y 为 A 处到所述简支梁中性轴 的距离， t 为所述简支梁的厚度且 t ＝自第一个岩层起由下至上布设的 m 个岩层的厚度之 和。
本实施例中， t 为第一个岩层的厚度， 且根据表 1， t ＝ 2.4m ＝ 240cm。
2022、 最大压正应力和最大拉正应力换算 ： 所述简支梁的最大弯矩 Mmax ＝ qL2/8， 式 中 L 为所述简支梁的横向长度 ； 所述简支梁中部上侧外边缘处所承受的压正应力为最大压 正应力， 所述简支梁中部下侧外边缘处所承受的拉正应力为最大拉正应力， 所述简支梁中 部的下侧外边缘处和上侧边缘处到所述简支梁中性轴的距离 y 均等于 t/2， 且所述最大压
正应力和最大拉正应力的数值相等且二者均等于
本实施例中， L 为第一个岩层的横向长度。 2023、 顶板岩梁实际承受正应力计算 ： 所述顶板岩梁实际承受的正应力式中 F 为安全系数且 F ＝ 2 ～ 4， Rl 为所述顶板岩梁的抗拉强度， 所述顶板岩梁由 j 个岩层 组成且 j ≥ 1 ： 当 j ＝ 1 时， 说明所述顶板岩梁为一个岩层且 Rl 为该岩层的抗拉强度 ； 当j ＞ 1 时， Rl 为组成所述顶板岩梁的 j 个岩层的抗拉强度平均值。
本实施例中， 所述顶板岩梁为第一个岩层且 Rl 为第一个岩层的抗拉强度， 且根据 2 表 1， Rl ＝ 3.4MPa ＝ 34.0kg/cm 。
本实施例中， F ＝ 2.5， 所述顶板岩梁实际承受的正应力2024、 宽度上限值换算 ： 将步骤 2023 中计算得出的 σe 代入步骤 2022 中的公式 换算得出开采条带的宽度上限值 式中 q 为
步骤 201 中计算得出的 (qm)1 ＝ (q1)1 ＝ 0.65kg/cm2。 实际计算时， 用步骤 2023 中计算得出的 σe 代替式中的 σmax， 得极限跨距即开采条带的宽度上限值
203、 煤柱宽度下限值确定， 其确定过程如下 ： 2031、 煤柱屈服区宽度计算 ：
根据公式计算得出煤柱屈服区宽度 rp，式中 M 为煤柱高度且 M ＝所述煤层的平均高度， d 为开采扰动因子且 d ＝ 1.2 ～ 3.0， β为 煤柱屈服区与弹性核区间分界面处的侧压系数且 β ＝ 0.25 ～ 0.40， C 为煤层与顶板接触 σzl 为煤柱极限强度， Px 煤壁的侧向约束力其 面的粘聚力， 为煤层与顶板接触面的摩擦角， 中 M 的单位为 m， C、 σzl 和 Px 的单位均为 MPa ； i 为影响系数且 i ＝ 3 ～ 1.5 ； 随着 M 的不断 增大， i 不断减小。
实际进行开采时， 步骤 2031 中 M ＝ 3m ～ 8m ； 且随着 M 的不断增大， i 不断减小。公式根据极限平衡理论分析得出， 式中煤柱极限其中 η 为煤岩流变系数， σc 为测试得出的煤 强度 σzl 根据公式 σzl ＝ δησc 计算得出， 岩试块的单轴抗压强度且其单位为 MPa。
本 实 施 例 中， η ＝ 0.4 且 σc ＝ 38.2MPa， 煤 柱 极 限 强 度 σzl ＝ δησc ＝ 2.729(ησc)0.729 ＝ 19.9MPa。同时， M ＝ 5.2m， d ＝ 1.8， β ＝ 0.252， C ＝ 3.0MPa，
因而，2032、 煤柱宽度下限值确定 ： 根据步骤 2031 中计算得出的煤柱屈服区宽度 rp， 确 定煤柱的宽度下限值 Dmin ＝ 2rp+r0， 其中 r0 为煤柱弹性核区宽度的最小值且 r0 ＝ 0.1m ～ 1m。
实际对煤柱宽度下限值进行确定时， 步骤 2032 中随着所述煤层的顶板稳定性逐 渐减弱， r0 逐渐增大。
本实施例中， 根据步骤 2031 中煤柱屈服区的宽度计算结果， 有核区煤柱宽度要大 于 2rp ＝ 5.8m， 建议现场煤柱留设宽度不低于 6.0m， 此时煤柱弹性核区宽度 r0 ＝ 0.2m。若 顶板条件较差， 建议有效的煤柱弹性核区宽度 r0 ＝ 1.0m， 即煤柱弹性核区宽度 r0 的最小值 为 1.0m， 此时所留设煤柱宽度不小于 6.8m。
也就是说， 当顶板条件较好时， Dmin ＝ 6.0m ； 而当顶板条件较差时， Dmin ＝ 6.8m。
步骤三、 开采方案确定 ： 根据步骤 2024 中计算得出的 Lmax 和步骤 2032 中计算得 出的 Dmin， 确定条带法开采过程中的采留尺度， 其中条带法开采过程中所开采条带的宽度 L0 ≤ Lmax 且所留煤柱的宽度 D0 ≥ Dmin。
步骤四、 开采 ： 按照常规条带开采方法对所述煤层进行开采， 且实际开采过程中， 每开采一个宽度为 L0 的条带， 留设一个宽度为 D0 的煤柱。实际开采过程中， 步骤四中所述的按照常规条带开采方法对所述煤层进行开采 后， 形成多个宽度为 L0 的条带采空区， 且相邻两个所述条带采空区之间留设有一个宽度为 D0 的条带煤柱 ； 且按照常规条带开采方法对所述煤层进行开采后， 还需由前至后用填充料 对多个所述条带采空区分别进行密实填充， 并相应形成多个已填充区 ； 对多个所述条带采 空区分别进行密实填充过程中， 由前至后对相邻两个所述已填充区之间的条带煤柱进行开 采。
另外， 步骤四中所述的按照常规条带开采方法对所述煤层进行开采过程中， 在所 述煤层上布置多个采煤区段或多个采煤工作面 3， 相邻两个采煤区段或相邻两个采煤工作 面 3 之间通过留设有一个隔离煤柱 ； 且开采结束后， 每个采煤区段或每个采煤工作面 3 内均 形成多个宽度为 L0 的区内条带采空区， 相邻两个所述区内条带采空区之间留设有一个宽度 为 D0 的区内条带煤柱。
相应地， 步骤三中所述确定条带法开采过程中的采留尺度时， 还需对所述隔离煤 柱的宽度最小值进行确定， 所述隔离煤柱包括中间隔水带和两个分别布设在所述中间隔水 带两侧的已开采工作面屈服区和现开采工作面屈服区， 且所述隔离煤柱的宽度最小值确定 过程如下 ：
步骤 I、 中间隔水带宽度 L20 计算 ： 分别根据侧向静水压力煤柱宽度计算公式 或经验公式 计算得出中间隔水带宽度 L21 和中间隔水带宽度 L22， 式中 K 为安全系数且 K ＝ 2 ～ 5， M 为所述煤层的平均高度且其单位为 m， P 为测试得 2 出的中间隔水带所承受的水头压力且其单位为 kgf/cm ， KP 为所述煤层中煤体的抗张强度 2 且其单位为 kgf/cm ， Ts 为测试计算得出的突水系数。
之后， 对计算得出的中间隔水带宽度 L21 和中间隔水带宽度 L22 进行差值比较 ： 当 L21 ≥ L22 时， 中间隔水带宽度 L20 ＝ L21 ； 否则， 中间隔水带宽度 L20 ＝ L22。
步骤 II、 隔离煤柱宽度最小值 Lmin 计算 ：
根据公式 Lmin ＝ L1+L20+L3， 计算得出所述隔离煤柱的宽度最小值， 式中 L1 和 L3 分 别为已开采工作面屈服区宽度和现开采工作面屈服区宽度， 且 L1 ＝ L3 ＝步骤 2032 中计算 得出的煤柱屈服区宽度 rp ；
步骤四中按照常规条带开采方法对所述煤层进行开采过程中， 相邻两个采煤区段 或相邻两个采煤工作面 3 之间所留设隔离煤柱的宽度 Li0 ≥ Lmin。
实际对隔离煤柱的宽度进行计算时， 应考虑采动对煤柱破坏和影响作用， 煤柱靠 近采场一侧， 由于支承压力作用， 煤层片帮会产生裂隙， 形成屈服带， 成为强渗透区， 该部分 煤体基本上已丧失隔水能力， 成为具有极低阻水能力的煤柱残余储备带， 真正起隔水作用 的是煤柱的中间部分即煤柱弹性核区。 因此， 工作面间煤柱即隔离煤柱由三部分组成， 已开 采工作面屈服区宽度 L1、 现开采工作面屈服区宽度 L3 和中间隔水带宽度 L20， 即隔离煤柱由 由煤柱两端的屈服区和中间的弹性核区组成。
本 实 施 例 中， 先 根 据 侧 向 静 水 压 力 对 煤 柱 宽 度 进 行 计 算， 且采用由材料 力学简支梁原理导出的公式 进 行 计 算， 考虑到本矿区水文地质条件 比 较 清 楚， 而 且 没 有 什 么 构 造， 安 全 系 数 K ＝ 2.5 ； 煤 层 抗 拉 强 度 Kp ＝ 13.2kg/cm2 ； 采 空 区 内 的 积 水 标 高 按 照 3 倍 采 高 计 算， 由此得出中间隔水带所承受的水头 2 压 力 p ＝ 1.6kg/cm ， M ＝ 5.2m ； 则根据侧向静水压力计算得出的中间隔水带宽度 而根据经验公式 进行计算时， 水头压力 p ＝ 1.6kg/cm2， 突水系数为所述中间隔水带承受的最大静水压力 ( 或压强 ) 与其厚度的比值且本实施例中， 突水系数 Ts ＝ 0.7， 则根据经验公式计算得出的中间隔水带 宽度 对 L21 和 L22 进行差值比较， 且取最大值， 即 L20 ＝ L22 ＝ 12.3m。
因而， 隔离煤柱宽度最小值 Lmin ＝ L1+L20+L3 ＝ 2.9+12.3+2.9 ＝ 18.1m， 因而实际 开采过程中， 只要已开采工作面与现开采工作面之间留设宽度不小于 18.1m 的隔离煤柱， 就可以满足隔离采空区防治水的要求， 建议现场留设隔离煤柱的宽度不低于 20m。
综上， 开采条带的最大宽度为 12.7m ； 按照煤柱载荷和稳定性计算， 特别是考虑到 条带开采的 “连续梁” 特征， 条带煤柱的宽度不得小于 6.0m， 若是顶板条件较差， 条带煤柱宽 度不小于 6.8m， 以保证煤柱有一定宽度的弹性核区， 实现煤柱的长期稳定性 ； 盘区间隔离 煤柱的宽度不应小于 20.0m。
由此确定现阶段榆卜界煤矿 “保水采煤” 采用的方法为长壁系统条带采煤方法 ： 即 开采系统采用长壁布置， 工作面系统内采用条带开采， 留设条带煤柱支撑顶板及上覆盖层， 保护含水层。结合图 4， 条带开采时采用 “采 12 留 8” 方案， 即每开采 12m 宽度的条带采空 区 ( 相应形成 12m 宽的采空区域 2)， 留设 8m 的隔离煤柱 ( 此煤柱为条带煤柱 1， 即处于一 个采煤区段或一个采煤工作面 3 内的煤柱 )， 附图标记 4 所指区域为未开采区域 4。
另外， 步骤四中所述的按照常规条带开采方法对所述煤层进行开采之前， 还需按 照常规煤柱稳定性分析方法， 对采用步骤三中所确定的开采方案进行条带开采过程中所留 设煤柱的稳定性进行分析。
本实施例中， 所述常规煤柱稳定性分析方法为相似材料模拟实验。实际开采过程 中， 还可采用东北大学的岩石破裂过程数值试验的 RFPA2D 程序对上述开采方案进行分析 计算。
本实施例中， 采用相似材料模拟实验方法， 对条带开采中煤柱的稳定性进行模拟 分析时， 先制作一个相似材料模型， 具体是一个长度 3m、 高 2m 且宽 20cm 的平面应力架模 型， 模型几何相似比例取 1 ∶ 100， 该模型可以模拟埋深 200m 且长度 300m 的开采范围。所 采用模型的几何相似常数 αL ＝ 100， 密度相似常数 αY ＝ 1.57， 应力相似常数 α ＝ αLαY ＝ 100×1.57 ＝ 157。实际对平面应力架模型进行制作时， 所用的模型材料以石英沙作为 骨料， 石膏、 碳酸钙作为胶结材料且与水按一定比例配制而成， 分层铺设于模型架中， 层与 层之间撒入云母粉模拟层面。模型填装尺寸、 顺序及材料配比如表 2 所示。配比中泥岩取 828， 即表示石英沙占 8/9 ； 石膏、 碳酸钙共占 1/9， 其中石膏占 2/10， 碳酸钙占 8/10。
表 2 榆卜界煤矿平面应力架模型材料装填配比及分层厚度
结合图 3， 通过所述平面应力架模型对 “采 12 留 8” 条带开采过程进行模拟试验得 出， 所留设煤柱 ( 具体指区内煤柱 ) 的弹核区率保持在 60％以上， 覆岩保持稳定， 且煤柱中 部最大支承压力 6.38MPa， 远低于强度极限， 因而本实施例中所采用的开采方案可实现 “保 水开采” 的目的。
实施例 2
如图 5 所示， 本实施例中， 所开采的煤矿为二墩煤矿， 其位于陕西省榆林市城区东 北 21km 处， 隶属于榆阳区麻黄梁镇管辖， 属于在规划的地方煤矿开采区的一处地方煤矿。
二墩煤矿地处陕北黄土高原北缘与毛乌素沙漠接壤地带。 井田范围内全部被第四系松散层 覆盖， 南部为成片的黄土分布， 沿柳巷河两侧分布有冲、 湖积粉砂及亚沙土。区内地形黄土 裸露处较为平坦， 南部高， 北、 中部低， 海拔标高在 +1200 ～ +1305 之间。井田范围内全被第 四系风积沙和黄土覆盖， 无基岩出露。 井田地层由下至上为侏罗系中统延安组、 侏罗系中统 直罗组、 第四系中更新统离石组、 第四系上更新统萨拉乌素组和全新统。 主要含煤地层为侏 罗系中统延安组， 其中可采煤层 2 层， 3 号煤层是区内最上一层可采煤层， 厚度大而且稳定， 全区可采， 厚度稳定在 7.50m ～ 8.73m， 平均 8.43m。煤层由南西向北东逐渐增厚， 变化规律 明显， 属于稳定性的厚 - 特厚煤层。煤层埋藏稳定， 埋藏深度 136.81m ～ 196.58m。二墩煤 矿 3 号煤层的钻孔柱状图见图 5。3 号煤层顶板中有一层厚度 30.00 ～ 38.68m 的灰白色厚 层状细 - 中粒长石砂岩， 即区域上标志层 “真武洞砂岩” ； 3 号煤层底板为泥岩与粉细砂岩互 层， 煤层与顶、 底板呈现明显的接触关系。
二墩煤矿属于 “保水采煤” 区域， 所处的矿区位于毛乌素沙漠与陕北黄土高原北缘 接壤地带， 井田范围内地形较为平坦， 相对高差 105m。属于大陆性气候， 历年平均降雨量为 410.01mm， 且集中在 7 ～ 9 月份。年平均蒸发量为 1907.2mm 是降雨量的 4.65 倍。因而， 属 于生态环境十分脆弱的区域， 因此， 保护沙漠下的潜水层和地下含水层， 对于这个区域的生 态和可持续发展， 具有极其重要的意义。
本实施例中， 进行保水采煤开采时， 其开采过程与实施例 1 不同的是 ：
步骤一进行煤层位置确定时， 结合图 5， 所开采的煤层为 3 号煤层且其平均高度为 8.43m， 且所述煤层的埋藏深度为 136.81m ～ 196.58m ；
步骤 2011 中进行顶板各岩层 ( 物理性质相近的岩层， 简化为单一岩层 ) 的岩石力 学性质测试时， 对 3 号煤层以上 6 个岩层和 3 号煤层以下一个岩层的岩石力学性质参数进 行测试， 并根据测试结果得到岩层物理力学性质参数一览表， 详见表 3 ：
表 1 岩层物理力学性质参数一览表
序号 岩石名称 层厚 m 1 2 3 4 5 6 长石砂岩 粉砂岩 泥岩 砂岩 粉砂岩 细粒长石砂岩 0.8 7.8 0.8 4.3 6.5 7.6 容重 kg/m3 2300 2400 2360 2680 2638 2720 抗压强度 MPa 40.6 63.2 65.4 74.8 76.3 81.39 抗拉强度 MPa 1.2 1.4 1.8 1.9 3.0 2.4 弹性模量 MPa 1.0 0.3 0.6 6.6 9.0 6.519CN 102505943 A 9 10
3 号煤 粉砂岩 8.4 18.6说明书29.2 55.3 1.3 2.8 0.4 1.216/17 页1420 2610步骤 2012 中进行顶板岩梁所承受载荷计算时， 第 1 个岩层本身的载荷 (q1)1 ＝ γ1h1 ＝ 27.2×7.6 ＝ 206.72KPa ； 第 2 个岩层对第 1 个岩层进行综合影响所形成的载荷 ：
由于 (q2)1 ＜ (q1)1， 则此时 m ＝ 1， 且此时 3 号煤层的顶板岩梁为第一个岩层。 也就 是说， 3 号煤层的顶板中第二个岩层与其下部的岩层发生离层， 则第一个岩层只承受自重， 2 此时顶板岩梁上的载荷值取 (q1)1 ＝ 2.07kg/cm ；
步骤 2021 中将所述顶板岩梁简化为简支梁进行分析时， 根据表 3， 简支梁的厚度 t 为第一个岩层的厚度， 且 t ＝ 7.6m ＝ 760cm ；
步骤 2022 中进行最大压正应力和最大拉正应力换算时， 所述简支梁中部上侧外 边缘处所承受的压正应力为最大压正应力， 所述简支梁中部下侧外边缘处所承受的拉正应 力为最大拉正应力， 所述简支梁中部的下侧外边缘处和上侧边缘处到所述简支梁中性轴的 距离 y 均等于 t/2 ＝ 380cm， 所述最大压正应力和最大拉正应力的数值相等且二者均等于
L 为第一个岩层的横向长度 ； 步骤 2023 中进行顶板岩梁实际承受正应力计算时， 所述顶板岩梁为第一个岩层 且 Rl 为第一个岩层的抗拉强度， 且根据表 3， Rl ＝ 2.4MPa ＝ 24.0kg/cm2， F ＝ 3， 所述顶板
岩梁实际承受的正应力
步骤 2024 中进行宽度上限值换算时， 将步骤 2023 中计算得出的 σe 代入步骤 换算得出开采条带的宽度上限值 式中 q ＝ (q1)1 ＝2022 中的公式2.07kg/cm2 ； 实际计算时， 用步骤 2023 中计算得出的 σe 代替式中的 σmax， 得极限跨距即开 采条带的宽度上限值 则开采条带顶板的极限跨度 Lmax 为 16.0m， 考虑到地质、 采动影响因素， 建议现场条带采宽不超过 12.0m，
步 骤 2031 中 进 行 煤 柱 屈 服 区 宽 度 计 算 时， η ＝ 0.4 且 σc ＝ 38.2MPa， 0.729 煤 柱 极 限 强 度 σzl ＝ δησc ＝ 2.729(ησc) ＝ 19.9MPa。 同 时， M ＝ 8.4m， d ＝ 2， β ＝ 0.252， C ＝ 3.0MPa， 计算得出煤柱屈服区宽度步骤 2032 中进行煤柱宽度下限值确定时， 根据步骤 2031 中计算得出的煤柱屈服 区宽度 rp， 确定煤柱的宽度下限值 Dmin ＝ 2rp+r0， 其中 r0 为煤柱弹性核区宽度的最小值且 r0 ＝ 0.1m ～ 1m， 则煤柱宽度要大于 8.6m， 建议现场煤柱留设宽度不低于 9.0m ； 要是顶板条件
较差， 煤柱有效弹性核区宽度不小于 1.0m， 建议现场煤柱留设不小于 9.6m。
步骤三中开采方案确定时， 根据步骤 2024 中计算得出的 Lmax 和步骤 2032 中计算得 出的 Dmin， 确定条带法开采过程中的采留尺度， 计算最终确定二墩煤矿条带开采参数为 “采 12 留 10” ， 即每开采 12m 宽度的条带， 留 10m 宽度区内煤柱。
步骤四中进行开采时， 按照常规条带开采方法对所述煤层进行开采， 且实际开采 过程中， 每开采一个宽度为 12m 的条带， 留设一个宽度为 10m 的煤柱。
以上所述， 仅是本发明的较佳实施例， 并非对本发明作任何限制， 凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 变更以及等效结构变化， 均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。