CN104747232A - 降低特厚煤层工作面远场坚硬顶板冲击性来压强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤炭开采领域，具体为降低特厚煤层工作面远场坚硬顶板冲击性来压强度的方法，解决特厚煤层工作面远场坚硬顶板来压强度大的问题，方案为：1）、在切眼对应的地面或工作面走向前方对应的地面打L型孔，水平孔距工作面160到200m；2）、水平孔实施后停止钻进，撤出钻具；3）、连接注水管、封孔器，沿钻孔送下，封堵L型孔转弯部位；4）、安装注水系统并与注水管连接，启动注水系统，对孔内进行高压注水。本发明优点：1）、无需利用工作面开采系统；2）、可处理距离开采煤层远的坚硬顶板主关键层；3）、从根本上解决特厚煤层综放工作面远场坚硬顶板主关键层破断失稳造成的工作面冲击性强矿压问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿厚层坚硬顶板的处理技术，具体为降低特厚煤层工作面远场坚硬顶板冲击性来压强度的方法。
背景技术
随着14～20m特厚煤层综放开采实践的不断深入进行，出现了许多前所未有的矿山压力问题。14～20m特厚煤层综放一次采全厚开采后，采空区冒落空间大，工作面上覆岩层垮落带高度达60m以上，裂隙带高度达120m以上，工作面上覆岩层活动范围远远大于一般的综采、综放工作面，工作面基本顶初次来压及周期来压强度较一般综采、放工作面增大，在工作面区域内，通过采用人工强制放顶及水压致裂对近场顶板处理后，近场基本顶来压可得到控制。但最为特殊的情况是，特厚煤层综放工作面开采每间隔400～500m，往往会经受一次极强的顶板来压，矿压显现极其强烈并伴有一定的冲击性，工作面开采设备虽已属国内甚至世界一流水平，但工作面压死支架事故仍偶有出现。通过研究特厚煤层综放开采强矿压发生机理，发现在距离煤层较远的上覆高位岩层中，存在着厚层坚硬顶板（f＞10），此类坚硬顶板整体性强，其为顶板主关键层，它的破断失稳会引起工作面上覆岩层大范围活动，经过多层顶板动压力传载后造成工作面顶板来压强度大，引起工作面极强的矿压显现，严重的还会引发冲击地压，给矿井安全生产带来严重威胁，单纯依靠工作面液压支架支护及处理工作面近场顶板而不采取特殊的顶板控制措施的话，压死支架在所难免。在工作面区域内采取的人工强制放顶及水力致裂等措施，只处理了坚硬的直接顶，对强烈的远场坚硬顶板主关键层带来的强矿压仅仅起到轻微的缓解作用，无法从根本上解决远场坚硬顶板带来的冲击性来压问题。目前尚无有效的方法能够降低远场坚硬顶板造成的冲击性顶板来压强度。因此，研究一种降低特厚煤层综放工作面远场坚硬顶板冲击性来压强度的方法是十分有必要的。
发明内容
本发明解决目前煤矿特厚煤层综放工作面远场坚硬顶板来压强度大的问题，提供一种降低特厚煤层工作面远场坚硬顶板冲击性来压强度的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：降低特厚煤层工作面远场坚硬顶板冲击性来压强度的方法，包括以下步骤：1）、在特厚煤层工作面开采前，沿工作面倾向（工作面所在方向为倾向，工作面前移方向为走向）中部，在工作面切眼对应的地面或在工作面推进方向前方一定距离对应的地面用钻机打L型孔，L型孔的水平孔距离综放工作面垂直距离为160到200m范围；2）、水平孔实施一定长度后停止钻进，撤出钻具；L型孔的位置及水平孔实施长度根据工作面的推进长度确定；3）、从地面连接注水管、封孔器，沿钻孔送下，封孔器封堵住竖直孔开始转弯的部位；4）、安装地面高压注水系统并与注水管连接，启动地面高压注水系统，对水平孔内进行高压注水。通过微地震监测等现场观测、实验室模拟实验等研究得出，坚硬顶板主关键层距离综放工作面煤层顶部160 m到200 m范围的坚硬顶板主关键层破断失稳对综放工作面的顶板来压影响最大，如能对此层坚硬顶板进行弱化改性，即可极大程度地降低其给综放工作面带来的冲击性强矿压。而L型孔竖直孔穿透顶板主关键层的上覆岩层，在接近顶板主关键层深度时开始逐步转为水平孔。如L型孔的竖直孔位于工作面切眼对应地面位置，则水平孔延伸方向为工作面推进方向，如竖直孔位于工作面推进方向前方一定距离，则水平孔延伸方向为工作面推进方向的相反方向。水平孔位于顶板主关键层中部，可最大程度的保证通过高压水作用，使坚硬顶板主关键层岩体的新生裂隙与原生裂隙处于张开状态，采用先高压水压裂，后稳定渗流，再压裂，再渗透，在高压水反复作用下，来改造坚硬顶板主关键层的结构和物理力学特性。这样，高压水可获得更好的注水效果，增加水的流动性，更好的弱化、致裂坚硬顶板主关键层。
现有处理特厚煤层综放工作面坚硬顶板的技术，均需利用工作面的开采系统进行，如深孔倾斜爆破、工作面水压致裂等，而且只能处理直接顶坚硬顶板，处理的均为距离工作面煤层较近的近场顶板，处理不到距离开采煤层较远的远场坚硬顶板主关键层，因此由于坚硬顶板主关键层破断失稳引起的周期性、大强度、带有冲击性的顶板来压问题并不能得到解决。本发明优点在于彻底解决了上述问题，通过从地面实施L型钻孔，高压注水来致裂弱化远场坚硬顶板主关键层，并且通过研究得出致裂、弱化距离综放工作面160 m到200 m范围内的坚硬顶板主关键层对于降低远场坚硬顶板冲击性强矿压问题有显著效果。本发明彻底解决了距离特厚煤层工作面较远的厚层坚硬顶板主关键层的破断失稳给工作面带来的冲击性强矿压显现问题，消除了顶板隐患，保障了特厚煤层工作面的安全高效开采。
附图说明
图1为本发明方法施工剖面图。
图中：1-封孔器，2-水平孔，3-高压注水系统。
具体实施方式
降低特厚煤层工作面远场坚硬顶板冲击性来压强度的方法，包括以下步骤：1）、在特厚煤层工作面开采前，沿工作面倾向中部，在工作面切眼对应的地面或在工作面推进方向前方一定距离对应的地面用钻机打L型孔，L型孔的水平孔2距离综放工作面垂直距离为160到200m范围；2）、水平孔2实施一定长度后停止钻进，撤出钻具；L型孔的位置及水平孔2实施长度根据工作面的推进长度确定；3）、从地面连接注水管、封孔器1，沿钻孔送下，封孔器1封堵住竖直孔开始转弯的部位；4）、安装地面高压注水系统3并与注水管连接，启动地面高压注水系统3，对水平孔2内进行高压注水。
通过现场工程实践对比发现，未使用本发明方法的特厚煤层综放工作面，每推进400～500m左右，工作面往往出现冲击性强矿压显现，工作面液压支架大安全阀在短时间内全部开启，顶板下沉速度急剧加大，支架立柱行程变小，经过3～5小时液压支架就被压死。而经过本发明方法致裂弱化远场坚硬顶板主关键层后，工作面可正常推进，以上冲击性强矿压问题完全得到解决。现场实践证明了本发明方法从根本上解决了特厚煤层综放工作面远场坚硬顶板破断失稳给工作面带来的冲击性强矿压显现问题。
Claims (1)
1.一种降低特厚煤层工作面远场坚硬顶板冲击性来压强度的方法，其特征在于：包括以下步骤：1）、在特厚煤层工作面开采前，沿工作面倾向中部，在工作面切眼对应的地面或在工作面推进方向前方一定距离对应的地面用钻机打L型孔，L型孔的水平孔（2）距离综放工作面垂直距离为160到200m范围；2）、水平孔（2）实施一定长度后停止钻进，撤出钻具；L型孔的位置及水平孔（2）实施长度根据工作面的推进长度确定；3）、从地面连接注水管、封孔器（1），沿钻孔送下，封孔器（1）封堵住竖直孔开始转弯的部位；4）、安装地面高压注水系统（3）并与注水管连接，启动地面高压注水系统（3），对水平孔（2）内进行高压注水。
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