CN106014407B - 利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法 - Google Patents

利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106014407B
CN106014407B CN201610502830.3A CN201610502830A CN106014407B CN 106014407 B CN106014407 B CN 106014407B CN 201610502830 A CN201610502830 A CN 201610502830A CN 106014407 B CN106014407 B CN 106014407B
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
drilling
coal
roof
rock
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610502830.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106014407A (zh
Inventor
杨永康
张彦斌
康天合
季春旭
郭泽峰
张智敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN201610502830.3A priority Critical patent/CN106014407B/zh
Publication of CN106014407A publication Critical patent/CN106014407A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106014407B publication Critical patent/CN106014407B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21CMINING OR QUARRYING
    • E21C37/00Other methods or devices for dislodging with or without loading
    • E21C37/06Other methods or devices for dislodging with or without loading by making use of hydraulic or pneumatic pressure in a borehole
    • E21C37/12Other methods or devices for dislodging with or without loading by making use of hydraulic or pneumatic pressure in a borehole by injecting into the borehole a liquid, either initially at high pressure or subsequently subjected to high pressure, e.g. by pulses, by explosive cartridges acting on the liquid
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21CMINING OR QUARRYING
    • E21C39/00Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21FSAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F5/00Means or methods for preventing, binding, depositing, or removing dust; Preventing explosions or fires

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Abstract

一种利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法,所述方法是在含有顶板裂隙水的条件下,利用物探法对顶板裂隙水的空间分布及其特征做详细的探测,分析研究裂隙水的含量及运移情况,钻探验证并取样进行室内常规岩石力学实验测取相关系数;后分别在运输平巷和回风平巷两巷的顶板打两排放水钻孔,在每个钻孔中沿着不同的角度布置两个扇形钻孔;然后在所有钻孔中利用开槽钻头每隔一定的距离开设一个“V“型环槽,最后通过注水封孔器对所有钻孔进行分段水压致裂。该方法施工简单,避免了传统爆破施工中各种复杂措施和工艺,具有广泛的实用性和较高的推广意义。

Description

利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法
技术领域
本发明涉及一种基于煤层顶板含有裂隙水条件下,厚煤层煤岩体灾害防治的方法,具体为一种利用顶板裂隙水原位弱化厚煤层煤岩防治灾害的方法。
技术背景
随着煤炭工业的快速发展,浅埋深条件下的工作面已经逐渐萎缩,煤层开采逐渐向深部开采趋势发展。随着采深的增加,在采场的上覆岩层经常会遇到一些或大或小的裂隙孔隙含水岩层,这些裂隙孔隙水会在顶板的下沉形成的离层带空间不断的聚集,当顶板的破坏程度加大或断裂时,富集的裂隙水会瞬时溃入工作面,造成突水事故。与此同时对于深部坚硬顶板厚煤层开采而言,顶板问题和顶板岩层上方的裂隙水问题一样,也是一个非常棘手的问题。在坚硬顶板煤层开采中,坚硬顶板悬而不垮的现象频繁,一旦顶板垮落工作面强矿压并且伴有很强的冲击性,甚至引起暴风。与此同时,放顶煤开采由于坚硬顶板造成放煤率低、工作面支架阻力大等一系列严重问题。
经过煤矿工业的快速发展,两种问题得到了一定的解决,取得了一定的成果。在顺槽布置密集放水钻孔,再以废水形式排出地表。李德忠在论文《工作面顶板砂岩裂隙水综合防治技术》中通过对裂隙水的特征进行分析,提出治理裂隙水的措施,即在回采期间采取钻孔导流疏放裂隙水的方法。可是这种方式直接破坏水系的循环规律,极大的浪费水资源;专利申请号为201310119329.5公开了一种坚硬顶板定向承压爆破控制的方法,通过利用炸药自身释放的能量和传爆介质对围岩的控制弱化。吕德仁在论文《煤矿顶板弱化处理及稳定性研究与应用》中通过以材料计算和试验为基础,对于爆破处理始终存在爆破效果不理想、粉尘大、有害气体大最为中要的是在高瓦斯井不适用等缺陷。
针对以上情况,需要设计一种经济安全使得两种问题同时解决的技术是十分必要的。发明内容
为了解决上述技术背景中存在的问题,本发明提供一种更为有效的方法,具体为一种利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法。
本发明的具体技术方案如下。
一种利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法,所述方法是在含有顶板裂隙水的条件下,按下列步骤进行的:
(1)应用物探方法探测顶板岩层裂隙水的空间分布和结构特征,结合地质采矿资料分析裂隙水的含量及运移情况,并对裂隙水储量进行估计;钻探验证取样进行室内常规岩石力学实验,测定煤岩体单轴抗拉强度、孔隙率、含水率和渗透系数;
(2)根据煤体和顶板岩体的力学特性,分别测定在水中浸泡不同时间后煤体和顶板岩体的强度变化。
(3)在运输平巷和回风平巷靠近工作面侧的顶板,分别沿着巷道轴线各钻一排向上垂直钻孔,每排定义为一组,回风平巷定义为一组,运输平巷为二组,两组分别交替设置,根据上覆煤岩层地质条件,每组钻孔间距为5-15m,每个钻孔中,分别平行采煤工作面的方向,再打两条倾斜钻孔,钻孔的深度为煤层采厚的3-5倍;
(4)超前回采工作面60m,在两巷道顶板的所有钻孔中,利用开槽钻头每隔一定的距离开设一个“V“型环槽,直至完成整个钻孔;
(5)将注水封孔器与高压注水管路相连接,管路的另一端与高压注水泵连接,将注水封水器置于第一个钻孔的两端,然后开启高压注水泵通过封孔器进行分段注水预裂,注水的致裂时间为300s,注水压力为45-50MPa,第一个进行致裂完成后,对第二个进行致裂,以此类推直至完成全部钻孔,在致裂的过程中要对注水压力进行实时监测;
(6)对水压致裂后的钻孔实施二次封孔作业,保证上覆岩层裂隙水逐渐渗透至所需要软化的主控煤岩层;
(7)根据采空区废水软化后煤体和顶板岩体的单轴抗拉强度及其工作面采煤机及其液压支架的性能确定工作面的推进速度;
在上述技术方案中,所述方法是在水原位弱化主控煤岩层时,进行排水或者是不排水;所述 “V“型环槽是处于两个封水器的中间位置。
上述技术方案的实施,其直接带来的和不然产生的有益效果是:一种利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩并主动防治灾害的方法,利用煤矿广泛采用的放水钻孔与系统,降低了工作面粉尘,弱化了坚硬煤岩悬顶长度,控制断裂和来压步距,使得关键煤岩层由大断距冒落的整体结构变为小断距台阶下沉的块体结构,同时避免了形成厚硬薄基岩瞬间大面积冲击载荷,避免了切顶等支架异常压力显现,在工作面推过后,废水流向采空区,原位保护并利用了水资源且可防治采空区煤层自燃,而且利用水压致裂的方式能避免传统爆破施工中各种潜在的威胁,保证了煤矿正常快速推进过程中人员与设备的安全。
附图说明
图1是本发明某矿综采工作面钻孔方案布置整体平面示意图。
图2是本发明某矿综采工作面C-C截面钻孔布置平面图。
图3是本发明某矿综采工作面D-D截面钻孔俯视图。
图中:图中:1、上覆采空区;2、回风顺槽;3、煤层;4、底板;5、运输顺槽;6、上覆岩层;7、钻孔。
具体实施方案
以下结合附图说明对本发明的具体实施方案进行进一步的详细说明,必须指出,此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明,并不用于限项本发明。
实施一种利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法,所述方法的具体步骤如下。
某煤矿目前正在开采的煤层为4号煤层,其平均煤层厚度为12.47m,其中所含的夹矸层相对比较简单,为泥岩或者炭质泥岩。煤层的顶板属于砂岩。并且富含裂隙水。针对这种情况下,进行本发明的方案。
步骤一,应用物探的方法探测顶板岩层裂隙水的空间分布和结构特征,测得4号煤层上方有砂岩裂隙含水层,为工作面和矿井直接充水的含水层;按照国际岩石力学试验规程进行室内力学特性测试,分别测得煤体的和岩体的单轴抗压强度为2.36Mpa和26.4Mpa;含水率分别为2.31%和1.8%;渗透系数为7.2×10-3cm/s和5.6×10-3cm/s。
对岩层裂隙水用富水系数法进行估计;
无限边界含水层的定降深变流量模型为:
模型涌水量为
式中 r表示为工作面引用半径;s表示顶板水位降深;sw—定降深值,老顶来时,压导水裂隙带将含水层贯通;式中 G(λ) —定降深流量函数。
通过计算涌水量为10m3/h,小于安全标准,可进行下一步工作。
步骤二,根据煤体和顶板岩体的力学特性,分别对不同时间浸泡后的煤体和顶板岩体的进行单轴抗压强度测试。其拟合的强度关系曲线分别为:
步骤三,在运输平巷和回风平巷的超前工作面靠近工作面的顶板,分别沿着巷道轴线各钻一排向上垂直钻孔。每排定义为一组,回风平巷定义为一组,运输平巷为二组,两组分别交替设置。每组钻孔间距为12m。每个钻孔中,分别平行采煤工作面的方向,再打两条倾斜钻孔。钻孔的深度为27m,并穿透贯通顶板含裂隙水的岩层3层。
步骤四,超前回采工作面60m左右,在两巷道顶板的所有钻孔中,利用开槽钻头每隔5m开设一个“V“型环槽,直至完成整个钻孔。
步骤五,将注水封孔器与高压注水管路相连接,管路的另一端与高压注水泵连接。首先将注水封水器置于第一个钻孔的两端,然后开启高压注水泵通过封孔器进行注水预裂。注水的致裂时间为300s左右,在该时间段的说压力的峰值为50MPa。第一个进行致裂完成后,对第二个进行致裂,以此类推直至完成全部钻孔。在致裂的过程中要对注水压力进行实时监测。
步骤六,对水压致裂后的钻孔实施二次封孔作业,保证上覆岩层裂隙水逐渐渗透至所需要软化的主控煤岩层。
步骤七,根据采空区废水软化后煤体和顶板岩体的单轴抗拉强度及其工作面采煤机及其液压支架的性能确定工作面的推进速度600mm。
以上所述仅为本发明的较好的实例,并不限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法,所述方法是在含有顶板裂隙水的条件下,按下列步骤进行的:
(1)应用物探方法探测顶板岩层裂隙水的空间分布和结构特征,结合地质采矿资料分析裂隙水的含量及运移情况,并对裂隙水储量进行估计;钻探验证取样进行室内常规岩石力学实验,测定煤岩体单轴抗拉强度、孔隙率、含水率和渗透系数;
(2)根据煤体和顶板岩体的力学特性,分别测定在水中浸泡不同时间后煤体和顶板岩体的强度变化;
(3)在运输平巷和回风平巷靠近工作面侧的顶板,分别沿着巷道轴线各钻一排向上垂直钻孔,每排定义为一组,回风平巷定义为一组,运输平巷为二组,两组分别交替设置,根据上覆煤岩层地质条件,每组钻孔间距为5-15m,每个钻孔中,分别平行采煤工作面的方向,再打两条倾斜钻孔,钻孔的深度为煤层采厚的3-5倍;
(4)超前回采工作面60m,在两巷道顶板的所有钻孔中,利用开槽钻头每隔一定的距离开设一个“V” 型环槽,直至完成整个钻孔;
(5)将注水封孔器与高压注水管路相连接,管路的另一端与高压注水泵连接,将注水封孔 器置于第一个钻孔的两端,然后开启高压注水泵通过封孔器进行分段注水预裂,注水的致裂时间为300s,注水压力为45-50MPa,第一个进行致裂完成后,对第二个进行致裂,以此类推直至完成全部钻孔,在致裂的过程中要对注水压力进行实时监测;
(6)对水压致裂后的钻孔实施二次封孔作业,保证上覆岩层裂隙水逐渐渗透至所需要软化的主控煤岩层;
(7)根据利用顶板裂隙水原位弱化后煤体和顶板岩体的单轴抗拉强度及其工作面采煤机及其液压支架的性能确定工作面的推进速度。
2.根据权利要求1所述的方法,所述方法是在顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层时,进行排水或者是不排水。
3.根据权利要求1所述的方法,所述“V” 型环槽是处于两个注水封孔器的中间位置。
CN201610502830.3A 2016-06-30 2016-06-30 利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法 Active CN106014407B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610502830.3A CN106014407B (zh) 2016-06-30 2016-06-30 利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610502830.3A CN106014407B (zh) 2016-06-30 2016-06-30 利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106014407A CN106014407A (zh) 2016-10-12
CN106014407B true CN106014407B (zh) 2018-09-11

Family

ID=57105336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610502830.3A Active CN106014407B (zh) 2016-06-30 2016-06-30 利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106014407B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110388205A (zh) * 2019-06-13 2019-10-29 太原理工大学 微波加热l式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106761740B (zh) * 2016-11-11 2019-02-22 中国矿业大学 一种坚硬煤层顶板耦合致裂方法
CN108343418B (zh) * 2018-03-08 2020-04-03 河南理工大学 从地表定向水压致裂预裂基岩控制采动影响范围的方法
CN108930536A (zh) * 2018-08-08 2018-12-04 太原理工大学 一种沿空留巷超前工作面高压注水致裂坚硬顶板的方法
CN110685744B (zh) * 2019-11-18 2021-11-09 内蒙古上海庙矿业有限责任公司 一种探疏放水孔系的布置方式
CN113218261B (zh) * 2021-04-15 2022-12-02 华能煤炭技术研究有限公司 一种顶板爆破断顶方法
CN113216977A (zh) * 2021-04-15 2021-08-06 华能煤炭技术研究有限公司 工作面架后断顶爆破方法
CN114198102B (zh) * 2021-12-03 2024-04-26 太原理工大学 一种岩石钻孔高温热破裂环向定向预裂设备
CN114278372B (zh) * 2021-12-31 2023-10-10 陕西正通煤业有限责任公司 一种巨厚富含水层井下定向钻孔区域导流布置方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2209315C2 (ru) * 2001-02-16 2003-07-27 Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет) Способ разработки выбросоопасных и газоносных пластов угля
CN101644156A (zh) * 2009-07-17 2010-02-10 中国矿业大学 煤岩体水力爆破致裂弱化方法
CN102852522A (zh) * 2012-04-01 2013-01-02 天地科技股份有限公司 煤矿巷道卸压水力压裂方法及装置
CN103233738A (zh) * 2013-04-27 2013-08-07 西安科技大学 一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法
CN103953343A (zh) * 2014-04-03 2014-07-30 太原理工大学 一种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法
CN104481587A (zh) * 2014-11-10 2015-04-01 山东科技大学 大采深、大跨度综放采煤工作面顶板砂岩裂隙水探防方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2209315C2 (ru) * 2001-02-16 2003-07-27 Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет) Способ разработки выбросоопасных и газоносных пластов угля
CN101644156A (zh) * 2009-07-17 2010-02-10 中国矿业大学 煤岩体水力爆破致裂弱化方法
CN102852522A (zh) * 2012-04-01 2013-01-02 天地科技股份有限公司 煤矿巷道卸压水力压裂方法及装置
CN103233738A (zh) * 2013-04-27 2013-08-07 西安科技大学 一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法
CN103953343A (zh) * 2014-04-03 2014-07-30 太原理工大学 一种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法
CN104481587A (zh) * 2014-11-10 2015-04-01 山东科技大学 大采深、大跨度综放采煤工作面顶板砂岩裂隙水探防方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110388205A (zh) * 2019-06-13 2019-10-29 太原理工大学 微波加热l式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106014407A (zh) 2016-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106014407B (zh) 利用顶板裂隙水原位弱化主控煤岩层控制灾害的方法
CN106223998B (zh) 一种近距离坚硬顶板下岩石保护层工作面瓦斯治理方法
CN106285679B (zh) 一种预裂和软化火成岩坚硬顶板的方法
Huang et al. Cavability control by hydraulic fracturing for top coal caving in hard thick coal seams
CN102678120B (zh) 冲击地压卸压解危方法
CN106150501B (zh) 利用上覆采空区废水原位弱化主控煤岩层的方法
AU2012272545B2 (en) Mining method for gassy and low permeability coal seams
CN107044289A (zh) 一种钻孔注浆封堵覆岩导水裂隙主通道的水害防治方法
CN107165626A (zh) 一种具有裂隙发育围岩顶板的采煤工作面水灾预防方法
CN112593936B (zh) 一种深部矿井多灾害区域超前综合防治方法
Adams et al. Differentiating applications of hydraulic fracturing
CN107740707A (zh) 一种深部高承压水下厚煤层开采水害防治方法
CN111827878B (zh) 一种快速精准探查煤层底板隐伏突水通道的方法
CN111520184A (zh) 一种煤矿冲击地压和有害气体综合防治系统及方法
Huang et al. Field investigation into directional hydraulic fracturing for hard roof in Tashan Coal Mine
CN108756884A (zh) 煤矿坚硬顶板全工作面地面提前消突方法
CN107816365A (zh) 一种煤层钻爆抽注一体化防突方法
CN107152279A (zh) 旺格维利回采工作面顶板水力压裂弱化方法及装置
CN112832768A (zh) 一种基于小煤柱的护巷方法
CN106285770B (zh) 一种开采煤层底板泥岩作为保护层增加近距离突出煤层群透气性的方法
CN108086977A (zh) 一种煤层为含水层防治底板隔水层采煤方法
CN110067592A (zh) 基于坚硬顶板地面压裂的顶板瓦斯协同控制方法
CN103061732B (zh) 煤层顶板中2-3米厚坚硬中砂岩层的水力致裂方法
CN112031772B (zh) 一种利用高压水射流诱导上覆残留煤柱整体破坏的方法
CN113250613A (zh) 小煤窑采空区顺煤层定向钻探排查方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant