CN104358585B - 一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，包括以下步骤：步骤一、在竖直方向上将急倾斜特厚煤层划分为多个采煤层；步骤二、先在顶部采煤层上设置进风巷和回风巷以及切眼；步骤三、对所述顶部采煤层的煤体进行第一次浸泡；步骤四、对所述顶部采煤层的煤体进行爆破；步骤五、对顶部采煤层的煤体进行第二次浸泡；步骤六、在对顶部采煤层的煤体进行第二次浸泡的同时开始回采；步骤七、按照步骤二至步骤五所述方法对下一个采煤层进行卸压处理；多次重复步骤六，直至完成所有采煤层的煤体卸压。该煤体卸压方法采用先注液体浸泡、再爆破，最后再注入液体浸泡的方式，保证了开采率且确保了开采安全。
Description
技术领域
本发明属于采煤技术领域，具体涉及一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法。
背景技术
乌鲁木齐矿区急倾斜(倾角为45°～87°)特厚煤层高阶段(15.0m～30.0m)水平分段综放工作面短，煤体含有大量瓦斯和硫化氢，易自燃。提高顶煤冒放性是实现急倾斜特厚煤层安全高效开采的关键技术之一。急倾斜特厚煤层深部开采扰动区岩移规律复杂，深部水平分段综放面始终处于“三顶(顶空、顶水和顶火与瓦斯)”开采条件，深部煤岩动力学灾害控制是重大工程难题。顶煤弱化难点在于受煤层节理与裂隙倾角影响，传统注水方法，无法较好地实现煤层保水压裂，润湿性难改善，破碎与弱化区域范围控制难度较大，影响顶煤冒放性与安全高效开采。此外，针对急倾斜特厚煤层高阶段放顶自身特点，国内现有装药技术与设备存在严重不足，需对设备性能进行大幅度改进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法。该煤体卸压方法采用先注液浸泡、再爆破，最后再注液浸泡的方式，能够适应急倾斜特厚煤层的特点，彻底吸收酸性气体，快速释放瓦斯，减少瓦斯积聚，确保了对煤体的有效开采，并提高了开采率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在竖直方向上将急倾斜特厚煤层划分为多个采煤层；
步骤二、先在顶部采煤层上设置进风巷和回风巷，以及用于连接所述进风巷和回风巷的切眼；
步骤三、在所述进风巷内和回风巷内向所述顶部采煤层的煤体打第一注液孔眼，然后向所述第一注液孔眼内注入碱性介质溶液并对所述顶部采煤层的煤体进行第一次浸泡；
步骤四、在所述进风巷内和回风巷内向所述顶部采煤层煤体开设爆破孔，在所述爆破孔内装入炸药并对所述顶部采煤层的煤体进行爆破；
步骤五、再在所述进风巷内和回风巷内向所述顶部采煤层的煤体开设第二注液孔眼，向所述第二注液孔眼内注入碱性介质溶液并对所述顶部采煤层的煤体进行第二次浸泡；在对所述顶部采煤层的煤体进行第二次浸泡的同时开始回采；
步骤六、按照步骤二至步骤五所述方法对下一个采煤层进行卸压处理；
步骤七、多次重复步骤六，直至完成所有采煤层的煤体卸压。
上述的一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于：在步骤五的回采作业中，向所述顶部采煤层局部未破碎的煤块内装入炸药，进行局部爆破。
上述的一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于：在步骤三中，对所述顶部采煤层煤体浸泡的时间为半年到一年。
上述的一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于：在步骤三中，所述第一注液孔眼从进风巷和回风巷斜向上延伸至所述顶部采煤层的煤体上部，并在所述顶部采煤层煤体上部呈水平布设；在步骤五中，所述第二注液孔眼从进风巷和回风巷斜向上延伸至所述顶部采煤层的煤体上部，并在所述顶部采煤层煤体上部呈水平布设。
上述的一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于：所述碱性介质溶液由氧化钙、水和表面活性剂混合制成。
上述的一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于：所述氧化钙、水和表面活性剂的质量比为6:3:1。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明采用先注液浸泡、再爆破，最后再注液浸泡的方式，能够适应急倾斜特厚煤层的特点，保证了开采率且确保了开采安全。如果单独注液浸泡，由于急倾斜特厚煤层的煤体厚度较大，且开采后的采场围岩关系异于缓倾斜煤层开采后所形成的常见采场空间关系，其工作面上部为采空区、顶底板岩层均发生断裂这样的空间特征决定其无法实现溶液的保压，进而无法通过注入溶液就能实现煤体破碎的目的；如果单独进行爆破，会因为煤体内压力不均匀，进而造成局部破碎效果过大，进而会造成回风巷和进风巷的破坏，增加了巷道维护的工作量；严重地，需重新掘进回风巷和进风巷，经济损失严重。通过先注液浸泡、再爆破，最后再注液浸泡这种结合方式，能够先弱化煤体强度、确保爆破时煤体破碎的均匀性，起到有效的传递煤体压力，最后再通过注液浸泡的方式，彻底吸收酸性气体，快速释放瓦斯，减少瓦斯积聚，确保了对煤体的有效开采，并提高了开采率。
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为本发明的流程框图。
图2为本发明顶部采煤层煤体爆破前第一注液孔眼的布设结构示意图。
图3为图2中的A-A剖视图。
图4为本发明顶部采煤层煤体爆破后第二注液孔眼的布设结构示意图。附图标记说明:
1—悬空顶板；2—进风巷；3—第一注液孔眼；
4—煤层顶板；5—顶部采煤层；6—回风巷；
7—煤层底板；8—切眼；9—第二注液孔眼。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4所示的一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在竖直方向上将急倾斜特厚煤层划分为多个采煤层，每个采煤层的厚度约为20m～30m。
步骤二、先在顶部采煤层5上设置进风巷2和回风巷6，以及用于连接所述进风巷2和回风巷6的切眼8；
步骤三、在所述进风巷2内和回风巷6内向所述顶部采煤层5的煤体打第一注液孔眼3，然后向所述第一注液孔眼3内注入碱性介质溶液并对所述顶部采煤层5的煤体进行第一次浸泡；
步骤四、在所述进风巷2内和回风巷6内向所述顶部采煤层5煤体开设爆破孔，在所述爆破孔内装入炸药并对所述顶部采煤层5的煤体进行爆破；本实施例中，所述炸药采用乳化炸药。
步骤五、再在所述进风巷2内和回风巷6内向所述顶部采煤层5的煤体开设第二注液孔眼9，向所述第二注液孔眼9内注入碱性介质溶液并对所述顶部采煤层5的煤体进行第二次浸泡；在对所述顶部采煤层5的煤体进行第二次浸泡的同时开始回采；
步骤六、按照步骤二至步骤五所述方法对下一个采煤层进行卸压处理；
步骤七、多次重复步骤六，直至完成所有采煤层的煤体卸压。
本实施例中，采用第一次注液浸泡、超前预爆破和第二次注液浸泡结合的方式，达到煤体耦合强化致裂效果。通过第一次对煤体注液浸泡，其目的是弱化煤体压力以达到劣化煤体的力学强度，达到弱化煤体、增加煤体裂隙发育程度并有效吸收煤体中处于游离状态下的SO2、H2S等酸性有毒气体、并降低煤体中硫份的含量达到优化煤质的作用；并且碱性介质溶液可以更好的传递爆轰波，达到传递煤体压力的作用。通过爆破，可以对经浸泡后的煤体进行破碎。由于所述顶部采煤层一侧悬空顶板、另一侧煤层底板、上方煤层顶板和下方煤体对所述采煤层内的煤体所施加的保持作用，虽然所述顶部采煤层5的煤体经爆破后达到破碎，但破碎后的煤体保持整体形状不发生变化，进而不会对进风巷2、回风巷6和采煤工作面造成较为严重的破坏，保证工作面的正常回采。并且由于第一次注液浸泡时所起到的传递煤体压力、弱化煤体压力的作用，使得煤体破碎的更加均匀。
本实施例中，通过对爆破后的煤体再次注入碱性介质溶液，即第二次注液浸泡，可以进一步帮助煤体裂隙的发育、并有效的吸附原为吸附状态但经爆破被进一步释放的SO2、H2S。并且，煤体经爆破后，使裂隙壁面与原始完整煤层接触面积最大化，为第二次注液时碱性介质溶液能从任意方向的煤层基质向裂缝的渗流距离最短，极大地提高急倾斜特厚煤层整体破碎性和渗透率，实现原始煤层三维方向的“立体改造”，为连续回采、增产与改造创造条件。而且在两次注液浸泡的过程中，都能有效预防煤体自然发火现象，对降低煤尘作用甚益，同时能够在注入碱性介质溶液时快速释放瓦斯，减少瓦斯积聚。
本实施例中，在步骤五的回采作业中，向所述顶部采煤层5局部未破碎的煤块内装入炸药，进行局部爆破。通过这种局部化的爆破改造主要是能将未能充分破碎的大块煤体进行专门的处理使其能顺利放出，保证生产的连续性开展。
本实施例中，在步骤三中，对所述顶部采煤层5煤体浸泡的时间为半年到一年。这样能够达到对煤体的充分浸泡，使传递煤体压力、弱化煤体压力以达到劣化煤体的力学强度的效果达到最佳。在长时间的碱性介质溶液浸润作用下软化煤体，满足顶煤冒放要求，提高顶煤放出率，实现安全开采与增产提效。
本实施例中，在步骤三中，所述第一注液孔眼3从进风巷2和回风巷6斜向上延伸至所述顶部采煤层5的煤体上部，并在所述顶部采煤层5煤体上部呈水平布设；在步骤五中，所述第二注液孔眼9从进风巷2和回风巷6斜向上延伸至所述顶部采煤层5的煤体上部，并在所述顶部采煤层5煤体上部呈水平布设。这样能够使得注入煤体内的碱性介质溶液能够从上向下进行渗透，使碱性介质溶液能够充分实现对煤体的浸泡。
本实施例中，所述碱性介质溶液由氧化钙、水和表面活性剂混合制成。通过所述碱性介质溶液对煤体内的酸性气体进行中和，避免煤体内的酸性气体泄漏进而对采煤作业环境造成污染。
本实施例中，所述碱性介质溶液在一定时间内产生较大膨胀压力并向外传递，使煤岩体内部开裂与破碎，其破碎效应主要来源于CaO的水化反应(如下式1和式2)。水分子会向石灰粒子内部运移扩散，形成膨胀效应，产生大量预裂隙。表面活性剂与碱性CaO及水形成减阻溶液，大幅降低水界面张力，使原来呈约束状态的碱性CaO及水通过裂隙扩展，提高煤岩湿润性与力学强度劣化，在后续水力压裂与爆破作用下导致煤岩体充分碎裂。
CaO+H2O＝Ca(OH)2+E(能量)(式1)
Ca(OH)2+H2S＝CaS↓+2H2O(式2)
本实施例中，所述氧化钙、水和表面活性剂的质量比为6:3:1。本实施例中，所述氧化钙、水和表面活性剂的质量比为6:3:1的原因是：在室内岩石力学实验中，将不同配比的碱性基质溶液注入煤岩样中，通过预埋的声发射传感器监测岩样的微观损伤信号及在预留钻孔中采用钻孔窥视直观地观测孔内裂隙的变形及扩展演化过程，发现当氧化钙、水和表面活性剂的质量比为6:3:1时，岩样孔壁内裂隙发育最为显著，能够有效的起到静态致裂煤体的功效，且氧化钙和水的质量比为2:1时能够保证氧化钙的充分反应、放热，对酸性气体的吸收效果也达到最佳。本实施例中，所述表面活性剂可采用如N-酰基肌氨酸钠、N-酰基谷氨酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠或雷米邦A等高级脂肪酸盐。
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换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在竖直方向上将急倾斜特厚煤层划分为多个采煤层；
步骤二、先在顶部采煤层(5)上设置进风巷(2)和回风巷(6)，以及用于连接所述进风巷(2)和回风巷(6)的切眼(8)；
步骤三、在所述进风巷(2)内和回风巷(6)内向所述顶部采煤层(5)的煤体打第一注液孔眼(3)，然后向所述第一注液孔眼(3)内注入碱性介质溶液并对所述顶部采煤层(5)的煤体进行第一次浸泡；
步骤四、在所述进风巷(2)内和回风巷(6)内向所述顶部采煤层(5)煤体开设爆破孔，在所述爆破孔内装入炸药并对所述顶部采煤层(5)的煤体进行爆破；
步骤五、再在所述进风巷(2)内和回风巷(6)内向所述顶部采煤层(5)的煤体开设第二注液孔眼(9)，向所述第二注液孔眼(9)内注入碱性介质溶液并对所述顶部采煤层(5)的煤体进行第二次浸泡；在对所述顶部采煤层(5)的煤体进行第二次浸泡的同时开始回采；
步骤六、按照步骤二至步骤五所述方法对下一个采煤层进行卸压处理；
步骤七、多次重复步骤六，直至完成所有采煤层的煤体卸压；
在步骤三中，所述第一注液孔眼(3)从进风巷(2)和回风巷(6)斜向上延伸至所述顶部采煤层(5)的煤体上部，并在所述顶部采煤层(5)煤体上部呈水平布设；在步骤五中，所述第二注液孔眼(9)从进风巷(2)和回风巷(6)斜向上延伸至所述顶部采煤层(5)的煤体上部，并在所述顶部采煤层(5)煤体上部呈水平布设。
2.根据权利要求1所述的一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于：在步骤五的回采作业中，向所述顶部采煤层(5)局部未破碎的煤块内装入炸药，进行局部爆破。
3.根据权利要求1所述的一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于：在步骤三中，对所述顶部采煤层(5)煤体浸泡的时间为半年到一年。
4.根据权利要求1所述的一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于：所述碱性介质溶液由氧化钙、水和表面活性剂混合制成。
5.根据权利要求4所述的一种急倾斜特厚煤层的煤体卸压方法，其特征在于：所述氧化钙、水和表面活性剂的质量比为6:3:1。
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