CN106677781A - 一种极薄煤层钻采卸压增透方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极薄煤层钻采卸压增透方法，包括以下步骤：确定极薄保护层钻采的层位与厚度，确定钻采宽度、间隔煤柱宽度和临时宽煤柱间距等钻采参数。按照钻采宽度间隔留设间隔煤柱，直至达到相邻临时宽煤柱间距L，再留设临时宽煤柱，然后继续钻采，直至达到下个相邻临时宽煤柱间距L。折返钻采回采采空区之前留设的临时宽煤柱，临时宽煤柱回采后发生破坏，上层岩层沉降，压力释放。如此循环，钻采工作面不断向前推进，直到整个工作面开采完毕。本发明工作面布置简单、设备少、便于实现自动化；避免了近距离保护层或临近承压水保护层等特殊条件下瓦斯突出或突水事故的发生；保障了工作的安全性。

Description

一种极薄煤层钻采卸压增透方法

技术领域

本发明涉及一种在近距离煤层群存在高瓦斯或煤与瓦斯突出的矿井中，应用极薄保护层开采实现被保护层卸压的方法，具体说是一种极薄煤层钻采卸压增透方法。

背景技术

深部煤炭资源的开采面临着瓦斯压力大、含量大，矿井存在煤与瓦斯突出、冲击矿压等动力灾害事故发生的危险。先采瓦斯压力小、含量低、危险程度低的极薄煤层保护层，卸压上下被保护煤层的高应力、解析低透气性煤层吸附瓦斯，是安全高效开采深部煤层群的一种有效手段。

目前对于保护层的开采主要采用长壁开采。对于极薄煤层保护层的近距离煤层群的情况，长壁开采由于配套设备尺寸的限制，开采极薄煤层时必须大量破顶或破底，不仅导致开采成本的增加，压缩煤炭开采利润空间；同时，工作人员在薄工作面工作强度大；而且还增加了近距离保护层或临近承压水保护层等特殊条件下瓦斯突出或突水的危险性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种极薄煤层钻采卸压增透方法，对于极薄保护层进行钻采，增大钻采宽度，减小间隔煤柱宽度并留设临时宽煤柱，使煤柱在钻采工作面滞后压酥破坏，从而实现被保护层的卸压。

本发明所提出的一种极薄煤层钻采卸压增透方法，包括以下步骤：

步骤1、根据地质情况，在煤层群中选择瓦斯含量与压力较低的极薄煤层作为钻采首采煤层，并设定钻采高度。

步骤2、设定钻采宽度、间隔煤柱宽度、临时宽煤柱宽度，临时宽煤柱间距。

将煤层顶板看作梁的模型，采用计算梁的挠度，根据螺旋钻机处最大允许的下沉量计算钻采宽度与临时宽煤柱间距；根据煤柱上方承载的载荷和煤柱强度计算间隔煤柱宽度。

钻采宽度a为：

式中：w是螺旋钻机一次钻进宽度；E是顶板的弹性模量；H是顶板厚度(煤层上方一层岩层厚度)；△h是螺旋钻机允许下沉量；Q是顶板上方载荷。

间隔煤柱宽度b为：

式中：γ是岩层容重；s是安全系数；H₁是关键层以下岩层高度，所述关键层是一层厚硬岩层对岩层的运动起到主要控制作用，关键层会和下方岩层产生离层；σ_m是立方体煤柱的原位强度；h是煤层厚度；θ是煤岩剪切角。

临时宽煤柱间距L应满足：

式中：△h是螺旋钻机卡钻下沉量。

临时宽煤柱宽度c为2～3倍钻机宽度。

步骤3、使用螺旋钻采煤机，首先钻采单个钻孔，逐步达到钻采宽度a。

步骤4、留设宽度为b的间隔煤柱，重复步骤3，直至达到临时宽煤柱间距L；留设宽度为c的临时宽煤柱。

步骤5、循环一次步骤3、步骤4。

步骤6、折返钻采回采采空区之前留设的临时宽煤柱，临时宽煤柱回采后发生破坏，上层岩层沉降，压力释放。

(8)步骤7、循环步骤3和步骤4并折返钻采回采采空区之前留设的临时宽煤柱，临时宽煤柱回采后发生破坏，上层岩层沉降，压力释放。钻采工作面不断向前推进，直到整个工作面开采完毕。

是不是缺少两步？(具体实施中的(8)和(9))

本发明方法，与现有技术相比，采用钻采方式对于极薄煤层开采，作面布置简单、设备少、便于实现自动化。对于极薄保护层开采，有效减少顶底板割岩量，降低开采成本，提高矿井煤炭回收率；在有效卸压的同时，避免了了近距离保护层或临近承压水保护层等特殊条件下瓦斯突出或突水事故的发生；减少了处于危险采掘环境的作业人员数量，工人只需在巷道中工作，不需进入工作面，保障了工作的安全性。

附图说明

图1为本发明方法工艺流程图。

图2为本发明各煤层岩层及钻采参数示意图。其中：M是被保护层，N是保护层(首采煤层)。

图3为本发明钻采施工过程及煤柱留设示意图。图3(a)～(g)是各个钻采步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对于本发明进行进一步说明：

本发明为一种极薄煤层钻采卸压增透方法，工艺流程如图1所示，具体步骤如下：

(1)根据煤层开采的地质情况，在煤层群中，选择瓦斯含量与压力较低的极薄煤层，作为首采煤层N进行钻采。

(2)收集首采保护层的地质资料，根据煤层厚度的赋存变化和钻采钻进距离，设计钻采高度并选择螺旋钻采煤机的型号。

(3)钻采参数如图2所示：

钻采宽度a：

式中：w，螺旋钻机1一次钻进宽度；E，顶板的弹性模量；H，顶板厚度；△h，螺旋钻机允许下沉量；Q，顶板上方载荷。

间隔煤柱2宽度b为：

式中：，γ，岩层容重；s，安全系数；H₁，关键层以下岩层高度；σ_m，立方体煤柱的原位强度；h，煤层高度；θ，煤岩剪切角。

相邻临时宽煤柱3间距L应满足：

式中：△h，螺旋钻机卡钻下沉量；其他符号含义同前。

(4)开采过程如图3所示，使用螺旋钻采煤机1首先钻采单个钻孔，如图3(a)(b)所示，在钻采过程中观察顶板下沉情况与是否发生卡钻事故对单个钻采宽度即使修正。

(5)如图3(c)所示，继续钻采工作面，在达到单个钻采宽度时，留设间隔煤柱2。如图3(d)所示，继续用螺旋钻机1钻采，直至达到相邻临时宽煤柱间距L，如图3(e)所示，留设临时宽煤柱3。如图3(f)所示，继续用螺旋钻机1钻采煤层，并留设煤柱2，直到下一个临时宽煤柱间距。

(6)达到距离后折返回收采空区之前留设的临时宽煤柱3，如图3(g)所示，煤柱回采后发生破坏，上层岩层沉降，压力释放。

(7)循环步骤(5)和步骤(6)的过程，钻采工作面不断向前推进，直到整个工作面开采完毕。

(8)在钻采之前，可以根据钻采参数确定等效采高，根据等效采高下长壁开采卸压效果对钻采卸压增透效果进行预测采用普通长壁开采预测卸压效果的方法对钻采卸压进行预测，将长壁开采的采高用等效采高代替。

其中等效采高为

式中：h₀，等效采高；a，单个煤柱钻采宽度；b，间隔煤柱宽度。现在普遍的卸压开采是利用长壁开采，利用等效采高的概念，将钻采的效果等同于采高为h₀的长壁开采，利用现有长壁开采的相关理论对钻采卸压效果进行预测。

(9)检验被保护层的卸压效果，保护层开采完成后，监测被保护层渗透率与瓦斯压力或煤层变形量的变化，并将这些参数与预测效果进行比较，如果没有达到预计效果，继续采取其他区域卸压方法，并对钻采参数进行优化。

与预测效果进行比较，对钻采参数进行优化。

Claims (1)

1.一种极薄煤层钻采卸压增透方法，其步骤如下：

步骤1、根据地质情况，在煤层群中选择瓦斯含量与压力较低的极薄煤层作为钻采首采煤层，并设定钻采高度；

步骤2、设定钻采宽度、间隔煤柱宽度、临时宽煤柱宽度，临时宽煤柱间距；

钻采宽度a为：

$a=w+\sqrt{\frac{2{\mathrm{\ΔhEH}}^3}{{\mathrm{Qw}}^2}}$

式中：w是螺旋钻机宽度；E是顶板的弹性模量；H是顶板厚度；△h是螺旋钻机允许下沉量；Q是顶板上方载荷；

间隔煤柱宽度b为：

$b=\left\{\begin{array}{cc}\frac{({\mathrm{s\γH}}_1-0.64{\mathrm{\σ}}_m)h+\sqrt{{(0.64{\mathrm{h\σ}}_m-{\mathrm{s\γH}}_{1}h)}^2-1.44{\mathrm{s\σ}}_m({\mathrm{\γa}}^2\cot \mathrm{\θ}-{\mathrm{a\γH}}_1)h}}{0.72{\mathrm{\σ}}_m},& a\≤2H_{1}tan\mathrm{\θ}\\ \frac{({\mathrm{s\γH}}_1-0.64{\mathrm{\σ}}_m)h+\sqrt{{(0.64{\mathrm{h\σ}}_m-{\mathrm{s\γH}}_{1}h)}^2+1.44{{\mathrm{s\γH}}_1}^2{\mathrm{h\σ}}_{m}tan\mathrm{\θ}}}{0.72{\mathrm{\σ}}_m},& a\≤2H_{1}tan\mathrm{\θ}\end{array}\right.$

式中：γ是岩层容重；s是安全系数；H₁是关键层以下岩层高度；σ_m是立方体煤柱的原位强度；h是煤层厚度；θ是煤岩剪切角；

临时宽煤柱间距L应满足：

$\frac{3h{(L-a)}^{4}qw}{8q(-a^{3}bk+3a^{2}bkL-3{\mathrm{abkL}}^2+{\mathrm{bkL}}^3+3hEI)}+\frac{3a^{3}hqw}{8(a^{3}bk+3hEI)}\≤\mathrm{\Δ}h$

式中：△h是螺旋钻机卡钻下沉量；

临时宽煤柱宽度c为2～3倍钻机宽度；

步骤3、使用螺旋钻采煤机，首先钻采单个钻孔，逐步达到钻采宽度a；

步骤4、留设宽度为b的间隔煤柱，重复步骤3，直至达到临时宽煤柱间距L；留设宽度为c的临时宽煤柱；

步骤5、循环一次步骤3、步骤4；

步骤6、折返钻采回采采空区之前留设的临时宽煤柱，临时宽煤柱回采后发生破坏，上层岩层沉降，压力释放；

(8)步骤7、循环步骤3和步骤4并折返钻采回采采空区之前留设的临时宽煤柱，临时宽煤柱回采后发生破坏，上层岩层沉降，压力释放；钻采工作面不断向前推进，直到整个工作面开采完毕。