CN103498680B - 提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法，从而克服现有综放工作面初采期间控制顶煤垮落技术不完善而导致的顶煤回收率低的缺陷，该方法包括在工作面初采前，在工作面高抽巷中施工水力压裂工艺巷，在水力压裂工艺巷内施工若干组钻孔，每组具体分为不同方向的四个钻孔，其中三个钻孔是布置在顶板岩层中，另外一个钻孔布置在顶煤中，每个钻孔中进行水力压裂。本发明利用顶煤、顶板中开楔形槽裂缝进行水力压裂实现了初采顶煤回收率的提高，工艺简单、具有可操作性、成本低、效益高、提高顶煤回收率、降低安全隐患，从而实现煤矿安全高效生产。

Description

提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法

技术领域

本发明涉及煤炭资源回收、提高回收率的一种方法，具体为提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法。

背景技术

目前，我国很多矿区存在特厚煤层的赋存特征，针对这种特征在开采技术上采用了特厚煤层综放开采的方式，然而，特厚煤层综放开采工作面初采60m范围顶煤不易垮落、初采期间顶煤回收率低一直以来是世界采矿界的技术难题，尤其是顶板强度100MPa、煤层强度30MPa以上的“两硬”特厚煤层（18m以上）综放工作面初采20m范围内顶煤基本难以垮落，从而造成顶煤回收率低，不仅浪费了大量煤炭资源，同时由于老塘的大量遗煤容易引起的发火和瓦斯绝对涌出量突然增大问题增加了煤矿的安全投入成本，给安全生产带来了极大的威胁。

一般情况下控制顶煤垮落的方法，包括煤体注水软化、提高液压支架初撑力、人工深孔爆破等，这些方法在实际生产中都取得了一定的成效，但是仍然存在一些问题：煤体注水软化实施后，软化效果需要很长时间，同时煤体中注水量的多少与煤体渗透系数有着很大的关系，对于渗透系数小、孔隙率低的煤体效果不是很好；提高液压支架初撑力，从而给支架上覆煤体与顶板岩体一定的压力，造成煤岩分界面的离层，从而使得顶煤容易垮落，然而这种方法对于煤层较硬的顶煤来说，效果不是很好；人工深孔爆破技术能够很好地实现煤体破碎，但是对于含瓦斯煤层采用这种方法会严重影响安全生产。

综合来看，在提高综放工作面初采期间顶煤回收率的问题上一直没有好的解决办法，因此，研究探索提高综放工作面初采期间顶煤回收率增加整个工作面回采期间回收率的方法便显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法，从而克服现有综放工作面初采期间控制顶煤垮落技术不完善而导致的顶煤回收率低的缺陷。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法，包括以下步骤，

（1）在工作面初采前，在工作面高抽巷（j）中施工水力压裂工艺巷，在水力压裂工艺巷内施工若干组钻孔，每组具体分为不同方向的四个钻孔，其中三个钻孔是布置在顶板岩层中，另外一个钻孔布置在顶煤中，在顶煤中的钻孔深度为煤层厚度减去采高，在钻孔中不需要开楔形槽；在顶板中的三个钻孔每个钻孔的孔深根据煤层据上覆坚硬老顶的距离确定，其中两个钻孔在孔内不同范围内施工2个楔形槽和孔底施工1个楔形槽，另外一个钻孔在孔底施工1个楔形槽；

（2）每个钻孔中进行水力压裂，压裂前进行水力压裂安装杆内接水力压裂封孔器，安装杆的长度略小于钻孔深度；

（3）当封孔器位置确定后，在水力压裂钻孔周围采用木楔进行固定并采用水泥浆封孔，然后连接水力压裂高压泵，开启控制箱，实施压裂；

（4）压裂过程实时同步观测压力、流量随时间的变化过程，技术判别定向裂缝的压裂情况，从而对液泵控制箱进行及时控制；

（5）在顶煤中布置应力、变形传感器、顶煤放出规律跟踪仪；

（6）初采顶煤垮落观测并电子秤计算初采出煤量。

作为一种优选的技术方案，步骤（1）中所述钻孔是采用普通液压或风动钻机施工，施工至开槽位置时候，再换上开楔形槽钻头进行切槽处理。

作为一种优选的技术方案，步骤（1）中所述若干组钻孔之间的距离为20m，钻孔孔径为φ60mm。

作为一种优选的技术方案，步骤（2）所述的水力压裂安装杆直径为φ40mm，封孔器φ50mm。

作为一种优选的技术方案，步骤（3）所述的高压泵额定压力为60MPa。

本发明提高综放工作面初采期间顶煤回收率的原理是：通过在顶煤中布置水力压裂孔软化顶煤来降低顶煤强度，从而增加其冒放性；通过在坚硬顶板中布置水力压裂孔进行高压弱化顶板强度，一是增加顶板岩石的垮落来促进顶煤的冒放性，二是通过顶板岩石垮落后落入采空区形成矸石墙，从而对顶煤冒放遗留采空区起到约束作用，这样不仅有利用顶煤冒放，同时能够使得冒放的顶煤更容易进入后溜，从而极大地增加了顶煤的回收率。

本发明利用顶煤、顶板中开楔形槽裂缝进行水力压裂实现了初采顶煤回收率的提高。综放工作面采用该方法后，初采期间20m范围内由原来的不垮落顶煤回收率为0%变为顶煤回收率85%，再推进40m范围内顶煤回收率由原来的60%提高为93%，极大的提高了经济收入。以塔山煤矿8212工作面例进行分析：8212工作面，平均煤厚18.17m，斜长230.5m，工作面初采距离60m，多出煤148073吨，按照每吨400元计算，可增加收入5922.9200万元。本发明工艺简单、具有可操作性、成本低、效益高、提高顶煤回收率、降低安全隐患，从而实现煤矿安全高效生产。

附图说明

图1为某工作面水力压裂钻孔剖面图；

图2为某工作面水力压裂钻孔布置平面图。

图中：a-1#钻孔，b-2#钻孔，c-3#钻孔，d-4#钻孔，e-水力压裂工艺巷，f-运输顺槽，g-切眼，h-工作面切眼巷，i-运输顺槽，j-高抽巷，k-皮带顺槽。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明，以下结合附图对本发明作进一步清楚、完整的说明。

如图1、图2所示，本发明所述的一种提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法，包括以下步骤：

（1）在工作面初采前，在工作面高抽巷j中距切眼g 25m施工一条向皮带顺槽k方向的水力压裂工艺巷e，在水力压裂工艺巷e内施工若干组钻孔，每组具体分为不同方向的四个钻孔a、b、c和d，其中三个钻孔a、b、c是布置在顶板岩层中，另外一个钻孔d布置在顶煤中，在顶煤中的钻孔d深度为煤层厚度减去采高，在钻孔中不需要开楔形槽；在顶板中的三个钻孔a、b、c，每个钻孔的孔深根据煤层据上覆坚硬老顶的距离确定，其中两个钻孔a、c在孔内不同范围内施工2个楔形槽和孔底施工1个楔形槽，另外一个钻孔b在孔底施工1个楔形槽。

所述钻孔（a、b、c）是采用普通液压或风动钻机施工，施工至开槽位置时候，再换上开楔形槽钻头进行切槽处理。

所述若干组钻孔之间的距离为20m，钻孔孔径为φ60mm。

（2）每个钻孔中进行水力压裂，压裂前进行水力压裂安装杆内接水力压裂封孔器，安装杆的长度略小于钻孔深度；所述的水力压裂安装杆直径为φ40mm，封孔器φ50mm。

（3）当封孔器位置确定后，在水力压裂钻孔周围采用木楔进行固定并采用水泥浆封孔，然后连接水力压裂高压泵，开启控制箱，实施压裂；高压泵额定压力为60MPa。

（4）压裂过程实时同步观测压力、流量随时间的变化过程，技术判别定向裂缝的压裂情况，从而对液泵控制箱进行及时控制；

（5）在顶煤中布置应力、变形传感器、顶煤放出规律跟踪仪；

（6）初采顶煤垮落观测并电子秤计算初采出煤量。

Claims (5)

1.一种提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法，其特征在于，包括以下步骤，

（1）在工作面初采前，在工作面高抽巷（j）中施工水力压裂工艺巷（e），在水力压裂工艺巷（e）内施工若干组钻孔，每组具体分为不同方向的四个钻孔（a、b、c、d），其中三个钻孔（a、b、c）是布置在顶板岩层中，另外一个钻孔（d）布置在顶煤中，在顶煤中的钻孔（d）深度为煤层厚度减去采高，在钻孔中不需要开楔形槽；在顶板中的三个钻孔（a、b、c），每个钻孔的孔深根据煤层距上覆坚硬老顶的距离确定，其中两个孔深相对于另外一个钻孔较大的钻孔（a、c）在孔内不同范围内施工2个楔形槽和孔底施工1个楔形槽，另外一个钻孔（b）在孔底施工1个楔形槽；

（2）每个钻孔中进行水力压裂，压裂前进行水力压裂安装杆内接水力压裂封孔器，安装杆的长度略小于钻孔深度；

（3）当封孔器位置确定后，在水力压裂钻孔周围采用木楔进行固定并采用水泥浆封孔，然后连接水力压裂高压泵，开启控制箱，实施压裂；

（4）压裂过程实时同步观测压力、流量随时间的变化过程，技术判别定向裂缝的压裂情况，从而对液泵控制箱进行及时控制；

（5）在顶煤中布置应力、变形传感器、顶煤放出规律跟踪仪；

（6）初采顶煤垮落观测并电子秤计算初采出煤量。

2.根据权利要求1所述的提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的顶板中的三个钻孔（a、b、c）是采用普通液压或风动钻机施工，施工至开槽位置时候，再换上开楔形槽钻头进行切槽处理。

3.根据权利要求1或2所述的提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法，其特征在于：步骤（1）中所述若干组钻孔之间的距离为20m，钻孔孔径为φ60mm。

4.根据权利要求1所述的提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法，其特征在于：步骤（2）所述的水力压裂安装杆直径为φ40mm，封孔器φ50mm。

5.根据权利要求1所述的提高综放工作面初采期间顶煤回收率的方法，其特征在于：步骤（3）所述的高压泵额定压力为60MPa。