CN101196123A - 采煤工作面顶板离层水体防治方法 - Google Patents
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Abstract
一种采煤工作面顶板离层水体防治方法，适用于开采前顶板已形成离层积水的煤层。在工作面开采前，预先在工作面下顺槽(轨道巷、机巷)分别向上山方向、下山方向施工钻孔组，进行采前井下简易疏放水；在工作面开采时，通过工作面采动影响范围外的下山方向钻孔进行开采“全过程”疏放水作业，切断顶板离层积水水源；通过上山方向完全超出待采煤层预计导水裂隙带发育高度并穿越顶板离层积水预计层位的钻孔进行顶板离层积水的水动态监测与疏放。通过离层积水水动态监测，及采前、开采全过程疏放离层积水水源，实现采场无水作业环境，避免顶板离层积水水害事故的发生，保障工作面安全高效开采。其方法简便，易于实施，具有良好的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿采煤工作面顶板离层水体防治方法，尤其适用于开采前顶板已形成离层积水的煤层。
背景技术
突水是煤矿四大灾害之一。科技人员虽然对煤矿突水条件、机理及防治方法进行了长期的研究，取得了卓有成效的成果；但是，由于地质条件的复杂性，具体地点防治水研究的投入不足，以及一些技术还未得到解决等，我国煤矿突水事故时有发生。近年来，随着全国煤炭产量增加、开采深度加大、一些特殊条件下开采增多等原因，煤矿突水事故、特别是重大事故有增加趋势，使煤矿安全生产形势严峻。
例如淮北矿业集团公司海孜煤矿一水平84采区7煤745工作面，2005年5月21日12时13分，发生了瞬时最大流量达3887m3/h的顶板特大突(溃)水事故，造成了人员死亡、瞬间淹没工作面和附近巷道。突水事故发生前无明显征兆；持续时间很短，仅3.5小时衰减了97％；最大突水瞬间，伴有较大量的碎石、泥突出。
该突水事故原因经调查鉴定为：745面上覆巨厚坚硬火成岩，由于煤系地层与火成岩在岩体结构、强度、变形性能方面存在明显差异，下部10煤层开采中，火成岩下部地层产生明显离层，并被地下水充填，形成封闭的离层水体；上部7煤745工作面开采时，其导水裂隙带未达到该离层水体位置，而离层继续扩大，当其发展达到一定空间规模后，火成岩产生突然失稳，对下部岩体突然加载，使导水裂隙带以上的隔水岩层破坏，产生上部工作面瞬间突水。
根据煤矿突水灾害发生层位位于煤层的顶板或底板，可以将煤矿突水分为两大类，一类为在我国煤矿中非常突出、非常普遍的底板水害问题；另一类则为煤矿顶板突水问题，上述5.21突水类型从大的方面可归结为顶板水害问题。
关于顶板水害的水源方面，目前国内外已有报道水源类型可以分为：地表水、煤层顶板含水层水和老塘水这三种类型；而5.21突水的突水水源，经鉴定为一种以前未曾报道过的煤层顶板离层水体，对于这种由于下部煤层先行开采形成的顶板离层积水造成上部煤层开采过程中的工作面突水灾害事故，国内外还未有先例报道研究。
关于顶板水害的防治技术方法方面，目前国内外已采用的防治技术方法主要有：1)留设防水煤、岩柱；2)改变采煤方法；3)注浆堵水；4)地面防、治水方法(如河流改道、地面防渗堵漏、填洼排水等)；5)超前疏干，常用的疏干措施有：地面井群疏干、开凿专门疏干平巷、多井联合疏干、利用采煤准备巷道超前疏干。其中“利用采煤准备巷道超前疏干”方法适用于采区工作面的疏干，其疏干钻孔布置在采煤工作面内，而随着工作面推进至钻孔，使其失去疏放水作用，由此影响工作面的正常推进，甚至引起工作面水害事故；同时，这类疏干钻孔的孔深仅在待采煤层的导水裂隙带范围以内，而5.21突水中的突水水源——离层水体的发育高度则远远超过导水裂隙带范围，因此疏干钻孔达不到疏放离层积水的目的。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中的不足之处，提供一种避免离层水害事故发生，易于实施，有效疏放顶板水、离层积水的采煤工作面顶板离层水体防治方法。
本发明所采用的工作面顶板离层水体防治方法：
a、预先在采煤工作面的下顺槽内间隔施工多个由上疏水孔和下疏水孔、或由多个下疏水孔组成的疏水孔组，上疏水孔沿上山方向采煤工作面内钻孔；下疏水孔沿下山方向采煤工作面外钻孔；
b、对所有钻孔全程下设置花管，管口处安装压力表；
c、在采煤工作面开采前，通过井下已施工的上疏水孔和下疏水孔进行采前疏放水工作，并观测水压、水量等水情动态；
d、当疏放水水量达到工作面预计涌水量的70～80％时，对采煤工作面进行开采工作；
e、在采煤工作面开采过程中，仍需通过下山方向的采煤工作面以外的下疏水孔进行全过程疏放水作业，疏放离层积水水源；同时通过上山方向的工作面内的上疏水孔进行顶板离层积水的动态监测和疏放，直至采煤工作面开采完毕。
所述沿上山方向采煤工作面内施工上疏水孔的终孔层位应完全超出待采煤层导水裂隙带发育高度并穿越顶板离层积水预计层位，达到上覆坚硬岩层内5～10m终止；所述的疏水孔组为2个上疏水孔和1个下疏水孔组成，或为1个上疏水孔和2个下疏水孔组成，或为3个上疏水孔组成，或为3个下疏水孔组成，或为1个上疏水孔和1个下疏水孔组成；所述上疏水孔钻孔与水平线的仰角α为30°～50°；下疏水孔钻孔与水平线的仰角β为30～35°；所述由上疏水孔和下疏水孔组成的疏水孔组的方位角在360°范围内均匀分布，由多个上或下疏水孔组成的疏水孔组在以下顺槽为界的180°范围内均匀分布；所述的每组疏水孔之间的间隔距离为50～60m。
本发明采煤工作面顶板离层水体防治方法，由于采用在采煤工作面的下顺槽内间隔施工多个由上疏水孔和下疏水孔、或由多个下疏水孔组成的疏水孔组，疏水钻孔的孔深在待采煤层经过导水裂隙带穿出离层积水范围以外，可以有效的疏放顶板水，疏放离层积水水源，实现采煤工作面无水作业环境，保障采煤工作面安全高效开采，避免离层水害事故的发生，其方法简便，易于实施，具有良好的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明采煤工作面顶板离层水体防治方法钻孔布置平面示意图。
图2是图1的A-A剖面示意图。
图中：1-待采745工作面；2-工作面下顺槽(轨道巷、机巷)；3-上疏水孔；4-下疏水孔；5、6、7、8、9-疏水孔组；10-工作面切眼；a-相邻钻孔组的水平距离；11-待采工作面预计导水裂隙带范围；12-预计离层带范围；13-坚硬岩层；14-煤层；15-中硬或软弱煤系地层；α-上疏水孔3与水平线的仰角；β-下疏水孔4与水平线的仰角。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
首先在采煤工作面1的下顺槽2(轨道巷、机巷)内间隔施工由上疏水孔3(上山方向工作面内钻孔)和下疏水孔4(下山方向工作面外钻孔)组成的疏水孔组(井下钻窝)5、6、8、9和由下疏水孔4组成的疏水孔组7，依次施工钻孔组，其布置形式取决于现场钻孔有无出水或根据出水量大小情况确定，出水量大，钻孔数量就多，反之，钻孔数量就少，每组疏水孔一般不超出3个，下山方向钻孔的应多于上山方向的数目。由上疏水孔和下疏水孔组成的疏水孔组的方位角(以正北方向N为0°，顺时针方向旋转至目标方向线的水平夹角)在360°范围内均匀分布，由多个上疏水孔或下疏水孔组成的疏水孔组在以下顺槽为界的180°范围内均匀分布。
钻孔组的施工顺序从采煤工作面1切眼10方向开始依次施工，疏水孔组5为2个上疏水孔3和1个下疏水孔4组成；疏水孔组6为1个上疏水孔3和2个下疏水孔4组成；疏水孔组7为3个下疏水孔4组成；疏水孔组8和9为1个上疏水孔3和1个下疏水孔4组成，相邻钻孔组间的水平距离a为50～60m，图1所示。所有上疏水孔3沿上山方向采煤工作面内钻孔，施工上疏水孔3该钻孔必须保证完全超出待采煤层预计导水裂隙带发育高度范围11，并穿越顶板离层积水预计层位12，达到其上覆坚硬岩层13内5～10m终止，钻孔与水平线所形成的仰角α为30°～50°，以保证井下钻孔的顺利施工且尽量减少钻进深度。下疏水孔4沿下山方向采煤工作面1外钻孔，下疏水孔4钻孔与水平线的仰角β为30～35°，有利于钻孔的快速施工，该钻孔孔深以达到并进入上覆坚硬岩层13内5～10m为宜，图2所示。
在井下施工钻孔组时，钻孔内全程下设花管，并在管孔口安装压力表。在采煤工作面开采前，通过井下已施工的上疏水孔3和下疏水孔4进行采前疏放水工作，并观测水压、水量等水情动态，并进行详细记录分析。当疏放水水量达到工作面预计涌水量的70～80％时，可对采煤工作面1进行开采工作。
在工作面开采过程中，通过下山方向的下疏水孔4进行煤层开采全过程疏放水作业，记录其放水量；由于该钻孔位于工作面采动影响范围外，不会被采动破坏而失去疏放水作用，能有效切断离层积水水源。同时，通过上山方向钻孔组的上疏水孔3在回采过程中进行顶板离层积水的水动态监测，观测水压、水量等水情动态，并进行详细记录，直至采煤工作面开采完毕。
Claims (6)
1.一种采煤工作面顶板离层水体防治方法，其特征在于：
a、预先在采煤工作面(1)的下顺槽(2)内间隔施工多个由上疏水孔(3)和下疏水孔(4)、或由多个下疏水孔(4)组成的疏水孔组，上疏水孔(3)为沿上山方向采煤工作面内钻孔；下疏水孔(4)为沿下山方向采煤工作面外钻孔；
b、对所有钻孔全程下设置花管，管口处安装压力表；
c、在采煤工作面(1)开采前，通过井下已施工的上疏水孔(3)和下疏水孔(4)进行采前疏放水工作，并观测水压、水量等水情动态；
d、当疏放水水量达到工作面预计涌水量的70～80％时，对采煤工作面(1)进行开采工作；
e、在采煤工作面(1)开采过程中，仍需通过下山方向的采煤工作面(1)以外的下疏水孔(4)进行全过程疏放水作业，疏放离层积水水源；同时通过上山方向的工作面内的上疏水孔(3)进行顶板离层积水的动态监测和疏放，直至采煤工作面(1)开采完毕。
2.根据权利要求1所述的采煤工作面顶板离层水体防治方法，其特征在于：所述沿上山方向采煤工作面(1)内施工上疏水孔(3)的终孔层位应完全超出待采煤层导水裂隙带发育高度(11)并穿越顶板离层积水预计层位(12)，达到上覆坚硬岩层(13)内的5～10m终止。
3.根据权利要求1所述的采煤工作面顶板离层水体防治方法，其特征在于：所述的疏水孔组为2个上疏水孔(3)和1个下疏水孔(4)组成，或为1个上疏水孔(3)和2个下疏水孔(4)组成，或为3个上疏水孔(3)组成，或为3个下疏水孔(4)组成，或为1个上疏水孔(3)和1个下疏水孔(4)组成。
4.根据权利要求1或3所述的采煤工作面顶板离层水体防治方法，其特征在于：所述上疏水孔(3)钻孔与水平线的仰角α为30°～50°；下疏水孔(4)钻孔与水平线的仰角β为30～35°。
5.根据权利要求1或3所述的采煤工作面顶板离层水体防治方法，其特征在于：所述由上疏水孔和下疏水孔组成的疏水孔组的方位角在360°范围内均匀分布，由多个上或下疏水孔组成的疏水孔组在以下顺槽为界的180°范围内均匀分布。
6.根据权利要求1所述的采煤工作面顶板离层水体防治方法，其特征在于：所述的每组疏水孔之间的间隔距离a为50～60m。
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Assignee: Huaibei Mining Industry Co., Ltd. Assignor: China University of Mining and Technology|Huaibei mining (Group) Co., Ltd. Contract record no.: 2011320001007 Denomination of invention: Aquifer preventing and controlling method for coal face roof plate separation layer Granted publication date: 20091118 License type: Exclusive License Open date: 20080611 Record date: 20110718 |
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