CN101161990A - 利用磨料水射流实现矿井放顶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用磨料水射流实现矿井放顶的方法，利用水射流切割装置射出的磨料水射流切割矿井的支撑部位，实现矿井放顶。所述的支撑部位包括岩层、顶板、锚杆、锚索、锚网等对矿井起支撑作用的部位及构件。在利用磨料水射流切割矿井的支撑部位前，首先对支撑部位的不同材料进行磨料水射流切割试验，并根据试验的结果确定针对不同材料的最佳磨料水射流切割参数。还采用理论分析的方法分析矿井的支撑部位的关键受力区域及位置，并根据分析的结果确定磨料水射流的最佳切割位置和时间。是一种实用、安全、有效、效率高的矿井放顶技术，适用于各种矿井尤其适用于煤矿的安全放顶。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井安全放顶技术，尤其涉及一种利用磨料水射流进行矿井安全放顶的方法。
背景技术
放顶是矿井尤其煤矿生产的必要过程，不及时放顶，大面积悬空顶板垮落不但会引起采空区瓦斯大量涌出，易诱发瓦斯爆炸，而且还使支架承受压力增大而损坏。近年来巷道普遍采用了锚杆、锚索支护技术，造成上下隅角无法及时垮落，引起隅角瓦斯聚集，也容易诱发瓦斯爆炸。许多放顶煤工作面由于煤质坚硬而导致顶煤无法及时垮落。这些因素给煤矿开采带来了巨大隐患。
我国很多煤矿都存在着顶煤和顶板难放的问题，为了有效地解决此问题，国内外学者进行了大量的研究工作，目前我国强制放顶技术主要有注水软化、高压注水致裂和深(浅)孔爆破等方法。其具体方法如下：
注水软化技术主要是通过对坚硬顶板进行注水，软化诱发顶板垮落。而高压注水致裂法是通过对坚硬顶板注入高压水，致使顶板破裂达到放顶目的，这种方法可以人为定向对坚硬顶板分层，减小老顶分层垮落厚度，提高冒落顶板在采空区的碎胀系数，从而降低顶板来压强度。由于注水技术的封孔方法在顶板上难以实现、难度很大，而且放顶有效性、时效性较差，在现场应用较少。
深(浅)孔爆破放顶技术在煤矿中的应用上有两种方法：一种是超前深孔预裂爆破，另外一种是在工作面顶板爆破形成切槽进行放顶。前者就是超前工作面一定距离，在工作面上、下巷道打深孔，装药实施爆破，预先在不受采动影响的原岩内形成人工破碎区和裂隙区，使难冒顶板转化为可冒顶板，随着采面推进在采面应力场的作用下垮落；后者是通过爆破切槽改变顶板的力学条件，使其能够随采煤工作面的推进自然垮落。浅孔爆破放顶的方法由于条件及经济效益等因素的影响多应用在薄煤层中，深孔爆破主要应用在较厚坚硬顶板中。
爆破放顶方法解决放顶问题效果较好，但是由于放炮过程容易引起产生火化，引起瓦斯爆炸，造成人员伤亡和财产损失，正在征求意见准备修改的《安全规程》第68条规定对采用放顶煤开采的工作面，必须遵守“采用预裂爆破对坚硬顶板或坚硬顶煤进行弱化处理时，应在工作面未采动区进行，并制定专门的安全技术措施。严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理顶煤、顶板及卡住放煤口的大块煤(矸)”。而放顶工作面或坚硬顶板采煤工作面经常会遇到顶煤和顶板及时无法放下、大块煤(矸)卡住放煤口的情况，目前安全有效解决此问题的技术方法还没有。所以，如何找到一种能够解决坚硬顶板、顶煤和锚杆、锚索、锚网支护顶板的安全垮落方法，是目前煤矿亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种实用、安全、效果好的利用磨料水射流实现矿井放顶的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的利用磨料水射流实现矿井放顶的方法，利用水射流切割装置射出的磨料水射流切割矿井的支撑部位，实现矿井放顶。
所述的支撑部位包括以下至少一项：
岩层、顶板、锚杆、锚索、锚网。
在利用所述的磨料水射流切割矿井的支撑部位前，首先对支撑部位的不同材料进行磨料水射流切割试验，并根据试验的结果确定针对不同材料的最佳磨料水射流切割参数。
在利用所述的磨料水射流切割矿井的支撑部位前，首先分析矿井的支撑部位的关键受力区域及位置，并根据分析的结果确定磨料水射流的最佳切割位置和时间。
分析矿井的支撑部位的关键受力区域及位置时，采用理论分析的方法。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的利用磨料水射流实现矿井放顶的方法，由于利用水射流切割装置射出的磨料水射流切割矿井的支撑部位，实现矿井放顶，磨料水射流切割技术具有切割时不会诱发瓦斯爆炸和降尘作用，而且不会带来环境污染。利用高压磨料水射流进行强制放顶，能够解决坚硬顶板、顶煤和锚杆、锚索、锚网支护的顶板的安全垮落；同时，此技术也使综采速度加快，提高产量和效率。
又由于在利用磨料水射流切割矿井的支撑部位前，首先对支撑部位的不同材料进行磨料水射流切割试验，并根据试验的结果确定针对不同材料的最佳磨料水射流切割参数。还采用理论分析的方法分析矿井的支撑部位的关键受力区域及位置，并根据分析的结果确定磨料水射流的最佳切割位置和时间，提高了放顶的有效性及放顶效率。
适用于各种矿井尤其适用于煤矿的安全放顶。
具体实施方式
本发明较佳的具体实施方式是，利用水射流切割装置射出的磨料水射流切割矿井的支撑部位，实现矿井放顶。所述的支撑部位包括岩层、顶板、锚杆、锚索、锚网等，以及其它对矿井起支撑作用的部位及构件。
在利用所述的磨料水射流切割矿井的支撑部位前，首先对支撑部位的不同材料进行磨料水射流切割试验，并根据试验的结果确定针对不同材料的最佳磨料水射流切割参数。
在利用所述的磨料水射流切割矿井的支撑部位前，还要分析矿井的支撑部位的关键受力区域及位置，并根据分析的结果确定磨料水射流的最佳切割位置和时间。分析矿井的支撑部位的关键受力区域及位置时，采用理论分析的方法。
磨料水射流切割技术具有切割时不会诱发瓦斯爆炸和降尘作用，而且不会带来环境污染。利用高压磨料水射流进行强制放顶，能够解决坚硬顶板、顶煤和锚杆、锚索、锚网支护的顶板的安全垮落；同时，此技术也使综采速度加快，提高产量和效率。此项技术的推广应用可以使我国的强制放顶技术提高到一个新的水平。
目前，水射流技术发展迅速，已经被广泛应用在采矿、航空、建筑、化工、冶金、市政工程、纺织、金属切割、破岩和清洗等诸多领域。在切割方面，水射流切割是唯一的冷切割方式，具有工作介质(水、磨料)低廉，切割安全卫生等优点，而且不会带来环境污染。将水射流切割应用在矿井尤其是煤矿坚硬顶煤、顶板和锚杆、锚网、锚索支护顶板的安全强制放顶中，使其可以做到安全垮落。
磨料水射流切割不产生高温，这对于从根源上防止瓦斯爆炸，防止煤与瓦斯突出、冲击矿压等煤岩动力灾害的发生等煤矿多种灾害具有重要的实用价值和现实意义。
具体在煤矿中，通过以下方式完成磨料水射流切割强制放顶全过程：首先利用磨料水射流对煤、岩、锚杆、锚索等不同材料进行切割实验，优化水射流切割参数。然后用理论分析等方法研究实现工作面放顶的关键受力区域或位置及磨料水射流最佳切割位置和时间，利用水射流切割装置进行切割，完成强制放顶过程。
本发明属于矿井安全技术领域，适用于各种矿井尤其适用于煤矿的安全放顶。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种利用磨料水射流实现矿井放顶的方法，其特征在于，利用水射流切割装置射出的磨料水射流切割矿井的支撑部位，实现矿井放顶。
2.根据权利要求1所述的利用磨料水射流实现矿井放顶的方法，其特征在于，所述的支撑部位包括以下至少一项：
岩层、顶板、锚杆、锚索、锚网。
3.根据权利要求2所述的利用磨料水射流实现矿井放顶的方法，其特征在于，在利用所述的磨料水射流切割矿井的支撑部位前，首先对支撑部位的不同材料进行磨料水射流切割试验，并根据试验的结果确定针对不同材料的最佳磨料水射流切割参数。
4.根据权利要求1或2所述的利用磨料水射流实现矿井放顶的方法，其特征在于，在利用所述的磨料水射流切割矿井的支撑部位前，首先分析矿井的支撑部位的关键受力区域及位置，并根据分析的结果确定磨料水射流的最佳切割位置和时间。
5.根据权利要求4所述的利用磨料水射流实现矿井放顶的方法，其特征在于，分析矿井的支撑部位的关键受力区域及位置时，采用理论分析的方法。
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