CN102777183A - 一种底板巷水力采煤工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明一种底板巷水力采煤工艺，包括有如下步骤：(1)布置底板岩巷；(2)布设高压供水管道、低压供水管道及水煤浆输送管道；(3)施工进水孔及排水孔；(4)布设高压及低压供水软管及排水软管；(5)安装高压水枪、大流量低压水枪及排水管，并密封进水孔和排水孔；(6)开动高压水枪及大流量低压水枪，排水管开始排出煤水浆，煤水浆由煤水浆输送管道向外输送；(7)通过提高水枪的喷射位置及喷射压力不断回采高处及远处煤体；(8)当顶板明显下沉或垮落时，撤出进水孔中的高压水枪及大流量低压水枪，封闭进水孔，但保留排水孔继续排煤水浆；(9)当排水孔中无水排出，或煤水中含煤量低时，撤出排水软管，封闭排水孔。(10)以相同方式用其他组钻孔回采相应区域构造软煤。本发明设备及工艺简单，经济合理；生产安全，可简化抽采程序，避免煤与瓦斯突出；煤炭回采率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种构造软煤的采出工艺，是一种通过底板岩巷钻孔用高压水枪落煤、用大流量低压水枪喷水将落煤混合为煤水浆，并由排水孔内排水软管排出的采煤方法。
背景技术
根据以国家煤炭安全监察网通报数据所做统计，从2009年到2011年，煤与瓦斯突出事故在瓦斯事故中所占的事故数量比例为32.8％、41.5％、46.0％，死亡人数比例为41.2％、52.0％、57.9％，而且绝大部分为重特大事故，造成了非常不利的社会影响，引起了党和政府的高度关注。因此，煤与瓦斯突出防治，对于保障从业人员生命安全、促进煤炭行业发展，改善煤炭行业形象，都具有重要意义。
煤与瓦斯突出多发生在构造煤发育的地方。构造煤即为煤体原始结构遭受构造作用破坏的煤，根据破坏程度不同，分为碎裂煤、碎粒煤和碎粉煤。构造煤空隙较多、镜面发育、层理紊乱、结构破碎，在高应力压密作用下渗透性极低，而在原岩应力区渗透性较高，为煤与瓦斯突出创造了有利条件。目前，主要采取开采解放层等区域防突措施及本煤层抽放等局部防突措施来预防煤与瓦斯突出，但由于构造煤钻孔困难、成孔成缝性差，煤层瓦斯抽放效果差、困难大、耗时耗力，严重制约采掘接替关系，本煤层抽放瓦斯易于诱发煤与瓦斯突出，造成人员伤亡。
在构造煤层中掘进煤巷，不仅遇到抽放瓦斯防治煤与瓦斯突出的困难，由于煤层软，也常遇到煤壁易于片帮、支护困难的问题；由于煤壁易于片帮，在煤层回采时也难以采用现代化综采工艺，常采用较为落后的炮采工艺或风镐、手镐方式落煤，生产水平低。由于煤体破碎，落煤运输等工艺中也存在煤尘浓度严重超标，重则引发瓦斯煤尘爆炸，轻则引起从业人员尘肺病等职业病。
发明内容
针对以上现有技术中存在的不足，本发明提出了一种针对构造软煤的底板岩巷钻孔水力采煤工艺。该工艺相对本煤层长壁回采工作面来说，设备及工艺简单、投入小、无煤与瓦斯突出危险和瓦斯煤尘爆炸危险、不用进行解放层开采及本煤层瓦斯抽采。
本发明提供一种构造软煤底板岩巷钻孔水力采煤工艺。先在煤层底板较近距离选择强度较高岩层，掘进岩巷，然后沿岩巷顶板向上打一组(至少两个)钻孔，一个或两个钻孔为进水孔，其他钻孔为排水孔。进水孔中安装高压水枪和大流量低压水枪，高压水枪通过水力切割落煤，大流量低压水枪喷水将落煤制成煤水浆；高压水枪和大流量低压水枪由不同压力管道供液，大流量低压水枪所用水源可根据需要加入掺料，提高煤体的悬浮能力，便于粉煤的搬运输出。在排水孔中安装排水软管，可以将煤水浆排出，引入专门的煤水浆输送管道。进水和排水两类钻孔都需要安装密封塞，避免正常施工时煤水直接进入巷道空间，污染巷道环境。高压及低压供水管道和煤水浆输送管道布置于巷道底板上，并根据进水孔和排水孔位置安装多个三通接头。高压水枪、大流量低压水枪及排水软管均无发火火源，不会引起工作面瓦斯爆炸事故的发生。
煤水浆输送管道中实际为粉煤、水和瓦斯的三相流体。排水管道中瓦斯气体，可在煤水浆输送管道接入专门瓦斯输送管道，由专门瓦斯输送管道排至地面。接入瓦斯输送管道的三通阀前后一定长度的管道直径要大于其他部分管道的直径，使煤水浆流速降低且为瓦斯气体从煤水中释放创造空间。在井下设置煤水分离处，筛分出的块煤由矿车或皮带运至井底车场，而后通过箕斗等设施提至地面；小颗粒煤水则由煤水泵提至地面，在地面进行煤水分离。
一组钻孔的采煤范围由高压水枪落煤范围及大流量低压水枪的运煤范围确定，市场上大流量低压水枪射程可达接近百米，意味着每一对钻孔可回采最大直径接近200米圆周范围内的构造软煤。考虑煤层具体赋存状态的改变及顶底板高度对水枪喷水抛物状迹线的限制，一对钻孔的回采范围将有所减少。但相对一组钻孔工程量来说，仍较为经济。对于赋存稳定煤层，各组钻孔可等间距设定，呈矩形分布，或以一组钻孔的进水孔为圆心，其他相邻各组钻孔的进水孔位于该圆周上。相邻各组钻孔间排距设置略大于单组钻孔的实际回采半径的两倍。
回采区域范围较大时，可能会出现顶板垮落下沉。因此应对水枪进行适当防护，使顶板垮落下沉对水枪造成的损坏较小。出现顶板明显下沉或垮落后，撤出水枪，封闭进水孔；但保留排水孔，可排出相邻进水孔的喷射水，进一步清洗散落粉煤；当煤水浆含煤量较少时，撤出排水管，封闭排水孔。通过合理设置回采顺序，保留未回采间隔煤柱可起到支撑顶板的作用，防止顶板大幅垮落下沉。各组钻孔可同时回采，也可顺序回采或跳采。主要工作面回采结束后，用同样方式进行间隔煤柱的回收。
附图说明
图1是实现本发明一种构造软煤底板岩巷钻孔水力采煤工艺竖向剖面示意图。
图2是实现本发明一种构造软煤底板岩巷钻孔水力采煤工艺煤层底板水平切面示意图。
图中：1为老顶；2为直接顶；3为构造软煤煤层；4为直接底；5为老底；6为底板岩巷；7为进水孔；8为高压进水软管；9为煤水浆输送管道；10为低压供水管道；11为高压供水管道；12为低压进水软管；13为煤水排出软管；14为排水孔；15为高压水枪；16为大流量低压水枪；17为工作面；18为钻孔密封塞；19为单组钻孔回采边界；20为间隔煤柱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作近一步详细的描述。
本发明提供了一种通过底板岩巷钻孔对构造软煤进行水力回采的工艺。
如图1所示，本发明的具体工艺如下：
(1)根据地质资料，在确定构造软煤3赋存特征及顶底板物理力学特性后，选择底板岩巷6位置，使岩巷6顶板距煤层3底板间有足够的防护岩柱厚度，同时又尽量减少该厚度，以减少钻孔工程量。依据各组钻孔间距确定岩巷的平面分布位置，并注意通风网络的设计，使底板岩巷有足够的新鲜风流。
(2)底板岩巷6施工完毕后，按照设计位置，打顶板钻孔，进水孔7要进入煤层3一定厚度，方便安装高压水枪15及大流量低压水枪16；排水孔14进入煤层3即可，与进水孔7距离要足够近，以便快速形成进排水回路，但是钻孔间距要足以保持钻孔壁稳定。
(3)在进水孔7安装高压水枪15及大流量低压水枪16，高压水枪15及大流量低压水枪16要有适当防护，可上下移动，高压水枪15及大流量低压水枪16喷头均自动向上及四周喷水，且自动旋转，尽量使破坏空间为圆柱形；高压水枪软管8和大流量低压水枪软管10与孔壁间安装密封塞19，避免煤水浆从进水孔7泄漏进底板岩巷6；在排水孔14安装排水软管13，并安装密封塞19。在进水孔7与排水孔14尚未导通时，可临时在进水孔7安装小直径排水软管13，由进水孔7小直径排水软管13排出煤水浆；当进水孔7与排水孔14在工作面17导通，退出进水孔7小直径排水软管13，由排水孔14排水软管13排水。当钻孔尺寸较小，不足以满足进水排水要求时，可施工多个进水孔7和排水孔14，将高压水枪15和大流量低压水枪16分别安装于不同进水孔7；需要一个以上排水孔14时，每个排水钻孔都要安装排水软管13，用密封塞19密封排水软管13与钻孔壁之间的空隙。
(4)顶板垮落或排除煤水中煤粉含量较低时，卸除高压水枪15及大流量低压水枪16，封闭进水孔7，排水孔14可辅助排除周围其他组进水孔喷射水体形成的煤水浆；当煤水浆中煤粉含量降低或排出量较低时，卸除排水软管13，封闭排水孔14。
(5)各组进水孔7和排水孔14可同时进行钻孔施工、水枪及软管安装、同时回采构造软煤3，可大量节省构造软煤回采时间。投入人员设备较少时，可用同一工作队对各组钻孔顺序施工。当相邻钻孔回采施工水体漏失量大，煤水浆中煤粉量少时，可跳采施工，保留一定的间隔煤柱20，保证先期回采钻孔的工作效率；后期进行间隔煤柱20的水采回收。
Claims (1)
1.一种底板巷水力采煤工艺，其特征在于，其包括有如下步骤：
(1)底板岩巷布置；(2)高压供水管道、低压供水管道及煤水浆输送管道布设；(3)施工进水孔及排水孔；(4)布设高压及低压供水软管及排水软管；(5)安装高压水枪、大流量低压水枪及排水管，并密封进水孔和排水孔；(6)开动高压水枪及大流量低压水枪，排水管开始排出煤水浆，煤水浆由煤水浆输送管道向外输送；(7)通过提高水枪的喷射位置及喷射压力不断回采高处及远处煤体；(8)当顶板明显下沉或垮落时，撤出进水孔中的高压水枪及大流量低压水枪，封闭进水孔，但保留排水孔继续排煤水浆；(9)当排水孔中无水排出，或煤水中含煤量低时，撤出排水软管，封闭排水孔；(10)采用上述(1)～(9)步骤，用其他组钻孔回采相应区域构造煤体。其中
(1)底板岩巷布置：底板岩巷布置于较稳定岩层、断面适中，并进行巷道支护，可保持较高稳定性；岩巷顶板至开采煤层底板间的岩柱要保持合理厚度，既能保持岩柱的稳定，又尽量减少厚度以减少钻孔工程量；
(2)高压供水管道、低压供水管道及煤水浆输送管道布设：按照各组钻孔的分布位置布设，软管长度足够时，可少铺设上述管道。
(3)施工进水孔及排水孔：进水孔施工时，要深入煤体一段距离，供水枪喷头进入；排水孔进入煤层即可；进水孔及排水孔距离要尽量近，但又不至于使后续钻孔施工破坏已形成钻孔。
(4)布设高压及低压供水软管及排水软管：布设高压及低压供水软管及排水软管均通过三通阀连接在较近的高压供水管道、低压供水管道及煤水浆输送管道。
(5)安装高压水枪、大流量低压水枪及排水管，并密封进水孔和排水孔：初始回采期间，即排水孔尚不在回采范围内时，进水管同时安装高压水枪、大流量低压水枪和小直径排水软管，由高压水枪和大流量低压水枪喷水落煤并形成煤水浆，由小直径排水软管排出煤水浆；当回采范围扩大到排水孔之后，卸除进水孔小直径排水软管，启动排水孔排水软管排煤水浆；进水孔和排水孔排水软管分别通过三通阀接入煤水浆输送管道，或将其中一个排水软管通过三通阀接入另一个排水软管。
(6)开动高压水枪及大流量低压水枪，排水管排出煤水浆，煤水浆由煤水浆输送管道向外输送：这是在正常水力回采情况下的回采模式。高压水枪水压按从小到大逐渐加压，不同压力水切割不同距离煤体；喷射水切割能力小于顶板抗切割能力，大于构造煤抗切割能力；大流量低压水枪喷射水体主要作用是将落煤混合为煤水浆，以便外运；通过添加掺料增大大流量低压水枪喷射水密度，增大煤水浆中煤体浮力，有利于长距离水力搬运。由利用三通阀接到煤水浆输送管道的瓦斯管道将煤水浆中瓦斯输送至地面，该分离瓦斯的三通阀前后一定长度的管道直径大于其余管道直径，使煤水浆流速降低且为瓦斯气体从煤水中释放创造空间。煤水浆则在筛分后，将块煤利用矿车或皮带输送至井底煤仓，煤水由煤水泵提升至地面。
(7)通过提高高压水枪及大流量低压水枪的喷口位置回采高处及远处不同位置煤体：高压水枪和大流量低压水枪能够向水平、斜向上、竖直向上多个方向喷水，根据水枪上方煤体的回采情况，逐步提高水枪高度，切割回采上方及周围煤体；水枪喷头自动沿竖轴旋转，均匀切割回采空间周围煤体。
(8)当顶板明显下沉或垮落时，撤出进水孔中的高压水枪及大流量低压水枪，封闭进水孔，但保留排水孔继续排煤水浆：当回采范围较大时，顶板将发生明显下沉或垮落，水采条件不再满足，该工作面回采工作结束。暂时留下排水孔，可继续排出周围其他组钻孔的喷射水体形成的煤水浆，进一步清洗排出工作面煤体。
(9)当排水孔中无水排出，或煤水中含煤量低时，撤出排水软管，封闭排水孔：排水孔封闭预示着本组钻孔水力回采工作结束。
(10)采用上述(1)～(9)步骤，用其他组钻孔回采相应区域构造煤体：在构造煤区域内，设计多组钻孔分别回采相应区域煤体；各区域回采面可同时回采、顺序回采或跳采。根据高压水枪和大流量低压水枪最大回采半径，使相邻各组钻孔中进水孔间距略大于上述最大回采半径的两倍，避免单组钻孔水力回采时喷射水漏失到周围已采区域，降低喷射水使用效率。各组钻孔进水孔位置可呈矩形分布或以一组钻孔的进水孔为圆心，其他组钻孔的进水孔位于同一圆周上；边角煤可单独设置一组钻孔进行水力回采。对各正规工作面间间隔煤柱，设置内切小圆周工作面用(1)～(9)步骤水力回收，提高采出率。
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