CN106089296B - 一种煤层顶板离层水的防治办法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤炭开采领域，具体涉及一种煤层顶板离层水的防治办法，该方法是在煤层工作面推进的过程中，由地面向煤层方向开设多个地面直通式泄水孔，在工作面推进至距地面直通式泄水孔50m之前完成直通式泄水孔的全孔贯通；其中地面直通式泄水孔的上开口连通地面，终孔位置应完全超过裂隙带，并延伸至冒落带，这样可以有效地疏放离层水，既能有效预防离层积水涌突水害事故，又可进行孔内覆岩变形动态观测、裂隙带探查和地下水动态监测等，解决了离层积水的问题，确保排水设备能力和具有应急发挥作用。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭开采领域，具体涉及一种煤层顶板离层水的防治办法。
背景技术
煤层顶板离层水害是在采场特定的开采技术条件下发生的顶板溃水淹井事故，其形成机理尚未系统分析研究，缺乏此类水害防治关键技术。尤其在综放开采过程中顶板涌突水事故时有发生，造成了重大的财产损失和人身伤亡事故，严重威胁矿井生产安全。
如图1所示，离层水形成的机理为：随着煤层工作面推进，煤层顶板沉降、弯曲、破裂、垮落，在煤层E上方依次形成冒落带A、裂隙带B、离层带C和弯曲带D。煤层E上覆白垩系砂砾岩含水层地下水向裂隙带运移、赋集，形成次生离层积水。为了防止煤层顶板离层积水涌突，以往曾采用井下探放水和截水等防治水措施，但因煤层顶板与离层积水带之间厚度大、地质结构复杂，井下施工难度大，防治效果不佳，而且由于离层积水的形成与涌突属动态过程，现有的方法无法实时监测孔内及其周围水情变化。因此，有必要设计研究一种新的防治方法以解决煤层顶板离层水的问题。
发明内容
针对背景技术中煤层顶板离层水害如何防治的问题，本发明的目的在于提出一种煤层顶板离层水的防治办法，可有效防止采煤工作面涌水和突水的问题发生。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种煤层顶板离层积水的防治办法，主要包括以下步骤：
(1)确定采煤工作面，采煤工作面确定后,在采煤工作面的两侧沿回采方向施工风巷和机运巷，并在风巷和机运巷内施工临时水仓，接着施工工作面切眼；
(2)计算煤层顶板离层初次闭合位置和离层周期性闭合位置；
(3)根据离层初次闭合位置，离层周期性闭合位置确定第一个地面直通式泄水孔的位置和其余相邻地面直通式泄水孔的间距，并在采煤工作面推进的过程中，从工作面切眼向停采线的方向逐个施工多个地面直通式泄水孔，通过地面直通式泄水孔疏排煤层顶板的离层积水；在采煤工作面推进至距地面直通式泄水孔50m之前完成直通式泄水孔的设计深度；其中地面直通式泄水孔的上开口连通地面，终孔位置应穿过裂隙带，并延伸至冒落带；
(4)地面直通式泄水孔的孔壁内设置花管，离层带的水顺着花管上的孔进入地面直通式泄水孔,沿着地面直通式泄水孔进入裂隙带，经冒落带逐渐向下渗透，最终排至临时水仓内或进入采空区。
优选的，地面直通式泄水孔分为第一段泄水孔和第二段泄水孔，第一段泄水孔的直径大于第二段泄水孔的直径。
优选的，第一段泄水孔的孔壁设有套管；第二段泄水孔的孔壁上设有花管。
优选的，距离工作面切眼300～350m处为离层初次闭合位置，之后周期性破断距为150～170m。
优选的，地面直通式泄水孔有多个，分别是第1个地面直流式泄水孔，第2个地面直流式泄水孔，第3个地面直流式泄水孔，…第n-1个地面直流式泄水孔，第n个地面直通式泄水孔，n为大于等于1的整数；其中，第1个地面直流式泄水孔与工作面切眼的距离为150～170mm，第n个地面直通式泄水孔与第n-1个地面直通式泄水孔之间的间距为160m。
优选的，所述地面直通式泄水孔疏排煤层顶板的离层积水分为第一疏排阶段和第二疏排阶段；在采煤工作面推进至距离地面直通式泄水孔50m之前，完成第一疏排阶段；第一疏排阶段完成后根据地面直通式泄水孔周围环境来决定是否进行第二疏排阶段。
优选的，第一疏排阶段通过施工上段地面直通式泄水孔来监测地面直通式泄水孔周围环境，其中周围环境具体为离层水的形成情况、离层水水位变化，岩石破裂情况；上段地面直通式泄水孔的终孔位置延伸至裂隙带；第二疏排阶段通过施工下段地面直通式泄水孔来疏排离层水，下段地面直通式泄水孔的终孔位置应完全超过裂隙带，并延伸至冒落带。
优选的，在第一疏排阶段完成后，且在第二疏排阶段未开始前，在上段地面直通式泄水孔内放置井下窥视系统和水位监测系统，井下窥视系统用以观察地质岩石的破裂情况，水位监测系统用以探测离层带的积水程度；根据观测结果来决定是否启动第二疏排阶段，若离层积水突出或者地质岩石破裂情况突出，应立即启动第二疏排阶段，即将地面直通式泄水孔全孔贯通,将离层水疏排至采空区，或者风巷和机运巷内，并利用抽水装置将风巷和机运巷内的水汇集至临时水仓内；若离层积水不明显或者地质岩石破裂不发育,则暂时不进行第二疏排阶段。
优选的，当采煤工作面越过地面直通式泄水孔之后，在已经贯通的地面直通式泄水孔上安装孔口密封装置；将还未开展第二疏排阶段的地面直通式泄水孔进行全孔贯通，使其与采空区贯通，实现泄水，泄水后安装孔口密封装置。
本发明的有益效果：本发明在煤层开采前通过布置地面直通式泄水孔，通过地面直通式泄水孔将煤层顶板上的离层水排出，可以有效地疏放离层水，既能有效预防离层积水涌突水害事故，又可进行孔内覆岩变形动态观测、裂隙带探查和地下水动态监测等，解决了离层积水的问题，确保排水设备能力和具有应急发挥作用。
附图说明
图1现有技术中离层水形成的示意图；
图2为本发明单个地面直通式泄水孔的剖面结构示意图；
图3为本发明采煤工作面地面直通式泄水孔布置平面示意图；
图4为本发明地面直通式泄水孔完成第一疏排阶段的结构示意图；
图5为本发明地面直通式泄水孔完成第二疏排阶段的结构示意图。
图中，A.冒落带；B.裂隙带；C.离层带；D.弯曲带；E.煤层；1.第1个地面直通式泄水孔；2.第2个地面直通式泄水孔；n-1.第n-1个地面直流式泄水孔；n.第n个地面直通式泄水孔；3.第3个地面直通式泄水孔；4.临时水仓；5.花管；6.套管；7.风巷；8.机运巷；a.工作面切眼；b.停采线；c.离层初次闭合位置；d.离层周期性闭合位置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1
请参见图2和图3，本发明实施例提供的一种煤层顶板离层积水的防治办法,尤其适用于白垩系砂砾岩含水层下深埋巨厚煤层综放开采条件下煤层顶板离层水害的防治。该方法主要包括以下步骤：
(1)确定采煤工作面，采煤工作面确定后,在采煤工作面的两侧沿回采方向施工风巷7和机运巷8，并在风巷7和机运巷8内施工临时水仓4，接着施工工作面切眼a。
(2)计算煤层顶板离层初次闭合位置c和离层周期性闭合位置d。
其中,离层初次闭合位置c和离层周期性闭合位置d是根据覆岩的岩层结构，岩石特性，采煤工作面宽度，以及煤层的埋深等参数计算得到；计算的方法属于已知技术,在此不再详细赘述。
(3)根据离层初次闭合位置c，离层周期性闭合位置d确定第一个地面直通式泄水孔的位置1和其余相邻地面直通式泄水孔的间距，并在采煤工作面推进的过程中，从工作面切眼a向停采线b的方向逐个施工多个地面直通式泄水孔，通过地面直通式泄水孔疏排煤层垫板的离层积水；在采煤工作面推进至距直通式泄水孔50m之前完成直通式泄水孔的设计孔深；其中地面直通式泄水孔的上开口连通地面，终孔位置应穿过裂隙带，并延伸至冒落带。
(4)对地面直通式泄水孔的下段设置花管5，离层带C的水顺着花管5孔进入地面直通式泄水孔,沿着地面直通式泄水孔进入冒落带A，在冒落带内逐渐向下渗，最终排至临时水仓4内，或流入采空区。
实施例2
在实施例1的基础上，请参阅图2、图3以及图4，地面直通式泄水孔分为第一段泄水孔和第二段泄水孔，第一段泄水孔的直径大于第二段泄水孔的直径。由于煤层覆岩深度大，所以需要向下放置几百米的管子，为了方便管子的施工，以及孔的加工，将所述孔设置成变径孔。第一段泄水孔的孔壁设有套管6，具有加固的作用，防止土层堵塞通孔。第二段泄水孔的孔壁设有花管5。
实施例3
在实施例1的基础上，如图2所示，结合对采煤工作面离层发育层位判断，离层持续时间的力学分析，以及离层水突水通道形成的动力学机理分析得知，距离工作面切眼a300～350m处为离层初次闭合位置，之后周期性破断距为150～170m。有了离层的闭合位置就可以确定地面直通式泄水孔的位置。
实施例4
在实施例1的基础上，在图2中展示了地面直通式泄水孔有多个，分别是第1个地面直流式泄水孔1；第2个地面直流式泄水孔2；第3个地面直流式泄水孔3，…第n-1个地面直流式泄水孔n-1，第n个地面直通式泄水孔n，n为大于等于1的整数；其中，第1个地面直流式泄水孔1与工作面切眼a的距离为150～170mm，第n个地面直通式泄水孔与第n-1个地面直通式泄水孔之间的间距为160m。
实施例5
在实施例1的基础上，如图3和图4所示,所述地面直通式泄水孔疏排煤层顶板的离层积水分为第一疏排阶段和第二疏排阶段。第一疏排阶段通过施工上段地面直通式泄水孔来监测周围环境，其中周围环境具体为离层水的形成情况、离层水水位变化，岩石破裂情况等。上段地面直通式泄水孔的终孔位置延伸至裂隙带。第二疏排阶段通过施工下段地面直通式泄水孔来疏排离层水，下段地面直通式泄水孔的终孔位置应完全穿过裂隙带,并延伸至冒落带；在采煤工作面推进至距离地面直通式泄水孔50m之前，完成第一疏排阶段；第一疏排阶段完成后根据监测的周围情况来决定是否进行第二疏排阶段。
本发明之所以将地面直通式泄水孔分成两个阶段来完成，是因为一旦直通式泄水孔一次性钻通,随着推进采煤工作面的进行，岩层会发生变化，倾斜的岩石容易堵塞已经钻通的泄水孔，这样离层水无法疏排，而且直接钻通后向采空区漏风容易引起煤层自燃，造成不安全事故。而本发明通过施工的泄水孔通过两个阶段，视监测情况才进行第二阶段，可以避免上述问题，更安全。
实施例6
在实施例4的基础上，在第一疏排阶段完成后，且在第二疏排阶段未开始前，在上段地面直通式泄水孔内放置井下窥视系统和水位监测系统，井下窥视系统用以观察地质岩石的破裂情况，水位监测系统用以探测离层带的积水程度。根据井下窥视系统和水位监测系统的观测结果来决定是否启动第二疏排阶段，若离层积水突出或者地质岩石破裂情况突出，应立即启动第二疏排阶段，即将通式泄水孔全孔贯通,将离层水疏放至风巷和机运巷内，并利用抽水装置将风巷和机运巷内的水汇集至临时水仓内，或直接泄入采空区。若离层积水不明显或者地质岩石破裂不发育,则暂时不进行第二疏排阶段。
其中,井下窥视系统可以是电子窥视仪；或者是中国专利申请号93200075.4中提到的钻孔窥视仪。所述水位监测系统可以选用中国专利申请号201520092545.X提到的矿井水位监测系统。所述抽水装置可以选用中国专利申请号200920240924.3中提到的自动抽水装置。
实施例7
在实施例5的基础上，当采煤工作面越过地面直通式泄水孔之后，将已经贯通的地面直通式泄水孔的上开口上安装孔口密封装置，预防地面直通式泄水孔向采空区内漏风引起煤层自燃；将还未开展第二疏排阶段的地面直通式泄水孔进行全孔贯通，使其与采空区贯通，实现泄水，泄水后安装孔口密封装置。
其中所述孔口密封装置可以选用中国专利申请号201210113166.5中提到的一种地质钻探用可调孔口密封装置,或者是中国专利申请号201320645753.9中提到的钻孔施工孔口密封装置。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种煤层顶板离层水的防治办法，其特征在于：主要包括以下步骤：
（1）确定采煤工作面，采煤工作面确定后,在采煤工作面的两侧沿回采方向施工风巷（7）和机运巷（8），并在风巷（7）和机运巷（8）内施工临时水仓（4），接着施工工作面切眼（a）；
（2）计算煤层顶板的离层初次闭合位置（c）和离层周期性闭合位置（d）；
（3）根据离层初次闭合位置（c），离层周期性闭合位置（d）确定第一个地面直通式泄水孔的位置和其余相邻地面直通式泄水孔的间距，并在采煤工作面推进的过程中，从工作面切眼（a）向停采线（b）的方向逐个施工多个地面直通式泄水孔，通过地面直通式泄水孔疏排煤层顶板的离层积水；在采煤工作面推进至距地面直通式泄水孔50m之前完成直通式泄水孔的设计深度；其中地面直通式泄水孔的上开口连通地面，终孔位置应穿过裂隙带，并延伸至冒落带；
（4）地面直通式泄水孔的孔壁内设置花管（5），离层带（c）的水顺着花管（5）上的孔进入地面直通式泄水孔,沿着地面直通式泄水孔进入裂隙带，经冒落带（A）逐渐向下渗透，最终排至临时水仓（4）内或进入采空区；
地面直通式泄水孔分为第一段泄水孔和第二段泄水孔，第一段泄水孔的直径大于第二段泄水孔的直径；
所述地面直通式泄水孔疏排煤层顶板的离层积水分为第一疏排阶段和第二疏排阶段；在采煤工作面推进至距离地面直通式泄水孔50m之前，完成第一疏排阶段；第一疏排阶段完成后根据地面直通式泄水孔周围环境来决定是否进行第二疏排阶段；
第一疏排阶段通过施工上段地面直通式泄水孔来监测地面直通式泄水孔周围环境，其中周围环境具体为离层水的形成情况、离层水水位变化，岩石破裂情况；上段地面直通式泄水孔的终孔位置延伸至裂隙带(B)；第二疏排阶段通过施工下段地面直通式泄水孔来疏排离层水，下段地面直通式泄水孔的终孔位置应完全超过裂隙带(B)，并延伸至冒落带（A）；
在第一疏排阶段完成后，且在第二疏排阶段未开始前，在上段地面直通式泄水孔内放置井下窥视系统和水位监测系统，井下窥视系统用以观察地质岩石的破裂情况，水位监测系统用以探测离层带（C）的积水程度；根据观测结果来决定是否启动第二疏排阶段，若离层积水突出或者地质岩石破裂情况突出，应立即启动第二疏排阶段，即将地面直通式泄水孔全孔贯通,将离层水疏排至采空区，或者风巷（7）和机运巷（8）内，并利用抽水装置将风巷（7）和机运巷（8）内的水汇集至临时水仓（4）内；若离层积水不明显或者地质岩石破裂不发育,则暂时不进行第二疏排阶段；
当采煤工作面越过地面直通式泄水孔之后，在已经贯通的地面直通式泄水孔上安装孔口密封装置；将还未开展第二疏排阶段的地面直通式泄水孔进行全孔贯通，使其与采空区贯通，实现泄水，泄水后安装孔口密封装置。
2.根据权利要求1的煤层顶板离层水的防治办法，其特征在于：第一段泄水孔的孔壁设有套管；第二段泄水孔的孔壁上设有花管（5）。
3.根据权利要求1的煤层顶板离层水的防治办法，其特征在于：距离工作面切眼（a）300～350m处为离层初次闭合位置（c），之后周期性破断距为150～170m。
4.根据权利要求1的煤层顶板离层水的防治办法，其特征在于：地面直通式泄水孔有多个，分别是第1个地面直流式泄水孔（1），第2个地面直流式泄水孔（2），第3个地面直流式泄水孔（3），…第n-1个地面直流式泄水孔（n-1），第n个地面直通式泄水孔（n），n为大于等于1的整数；其中，第1个地面直流式泄水孔与工作面切眼（a）的距离为150～170mm，第n个地面直通式泄水孔（n）与第n-1个地面直通式泄水孔（n-1）之间的间距为160m。
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