CN108798670B - 一种提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法。所述提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法包括如下步骤：步骤1：在实体煤上开切眼，得到综放工作面，在所述综放工作面内布置钻孔设备和综采设备；步骤2：利用所述钻孔设备在所述综放工作面的顶煤中钻设多个不同深度的炮孔；步骤3：向所述炮孔内装入炸药，引爆所述炸药，以对所述顶煤进行爆破；步骤4：重复进行所述步骤2和步骤3，直至顶煤完全垮落。本发明所述提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法，采用深炮孔和浅炮孔循环爆破技术，爆破后破坏了顶煤的完整性，使得顶煤彻底垮落，大幅提高了初采期间顶煤的回收率。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法。
背景技术
特厚煤层是指煤层厚度大于8.0m的煤层。综采放顶煤是厚煤层煤炭开采技术之一，其实质就是在厚煤层中，沿煤层(或分段)底部布置一个采高2～3m的长壁工作面，用常规方法进行回采，利用矿山压力的作用或辅以人工松动方法，使支架上方的顶煤破碎成散体后由支架后部放出，并经由后部的刮板输送机运出工作面。综采放顶煤开采技术将原来厚煤层需分层采出的煤炭一次性开采出来，具有产量高、成本低、投入产出效果好、适应性强等特点，因此综采放顶煤技术在我国得到了迅速发展，但是综放技术中顶煤回收率问题是制约综放开采技术发展的重要因素。
顶煤回收率的问题是目前迫切值得关注的问题，特别是在特厚煤层综放工作面初采期间，为了防止工作面顶板煤岩体由于悬顶面积大而出现突然性的大面积的垮落，而对工作面的人员、设备产生巨大的伤害事故，一般在开始初采到采至30～40m的深度范围内不进行放煤工作，只进行采煤工作，一般状况下采煤高度在2～4m之间，当煤层厚度大时，初采期间不进行放煤导致煤体损失量巨大。目前，针对综放工作面初采期间煤炭回收率低的问题，采用注水软化的方式，但注水软化同煤岩体的裂隙发育程度具有很大的关系，当煤岩体中裂隙发育程度低时，注水效果差，从而煤炭回收率提高的并不明显。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明旨在提供一种专门提高特厚煤层综放工作面初采期间的煤炭回收率的方法，以解决如何提高特厚煤层综放工作面初采煤炭的回收率的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法，其包括如下步骤：
步骤1：在实体煤上开切眼，得到综放工作面，在所述综放工作面内布置钻孔设备和综采设备；
步骤2：利用所述钻孔设备在所述综放工作面的顶煤中钻设多个不同深度的炮孔；
步骤3：向所述炮孔内装入炸药，引爆所述炸药，对所述顶煤进行爆破；
步骤4：重复进行所述步骤2和步骤3，直至顶煤完全垮落。
进一步地，每相邻的两个所述炮孔的深度不同。
进一步地，多个所述炮孔沿所述综放工作面的轴向排列成一排。
进一步地，所述钻孔设备包括锚杆钻机和设于所述锚杆钻机上的合金钢钻头。
优选的，所述合金钢钻头的外径为42mm。炮孔采用锚杆钻机配套φ42mm合金钢钻头进行炮孔的施工，比起利用传统的链条式钻机施工，更加安全、快速和高效。
进一步地，向所述炮孔内装入炸药的方式包括如下步骤：
用黄土封堵装药主管的第一端；
从所述装药主管的第二端依次向所述装药主管内部装入炸药和爆破引药，并用黄土封堵所述装药主管的第二端；
将填充所述黄土和炸药后的装药主管自所述炮孔的炮孔口穿入所述炮孔内，并使所述装药主管直达所述炮孔的顶部；
用黄土封堵所述炮孔口。
进一步地，在向所述装药主管内部装入爆破引药时，首先在所述装药主管内设置电雷管，并将所述电雷管的脚线连接炮线。
进一步地，使所述装药主管直达所述炮孔的顶部的方式为：将辅助管的顶端与所述装药主管的底端对接，通过上推所述辅助管将所述装药主管推至所述炮孔的顶部。
进一步地，所述装药主管与辅助管均为PVC管。
进一步地，首次钻设的炮孔的轴向与顶煤水平方向的夹角为70°～75°，(即炮孔朝向采空区70°～75°)，后续钻设的炮孔的轴向与所述顶煤的水平方向垂直。将首次钻设的炮孔的轴向与顶煤水平方向的夹角为70°～75°，有利于扩大初采期间顶煤的爆破预裂范围。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
本发明所述提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法，采用炮孔爆破技术，爆破后破坏了顶煤的完整性，使得顶煤彻底垮落，大幅提高了顶煤的回收率。
本发明相邻两个所述炮孔的深度不同，即深炮孔与浅炮孔相间设置，对深炮孔和浅炮孔循环爆破，使得顶煤不同部位的顶煤得到均匀爆破，从而进一步提高了顶煤垮落的效率，提高了顶煤的回收效率。
附图说明
图1为本发明实施例所述炮孔和综采设备的结构示意图；
图2为图1的仰视图；
图3为本发明实施例所述装药主管装药的结构示意图；
其中，1、综放工作面；2、顶煤；3、炮孔；4、装药主管；5、装药主管的第一端；6、装药主管的第二端；7、炸药；8、爆破引药；9、黄土；10、炮孔口；11、电雷管；12、炮线；14、液压支架；15、采煤机；16、顶煤输送机；17、端头支架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1～图3所示，本实施例提供了一种提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法，其包括如下步骤：
步骤1：在实体煤上开切眼，得到综放工作面1，在综放工作面1内布置钻孔设备和综采设备；
步骤2：利用钻孔设备在综放工作面1的顶煤2中钻设多个不同深度的炮孔3；
步骤3：向炮孔3内装入炸药，引爆炸药，对顶煤2进行爆破；
步骤4：重复进行步骤2和步骤3，直至顶煤完全垮落。
其中，参见图2，多个炮孔3沿综放工作面1的轴向排列成一排，且每相邻的两个炮孔3的深度不同。
其中，钻孔设备包括锚杆钻机和设于锚杆钻机上的合金钢钻头(图中未示出)。优选的，合金钢钻头的外径为42mm。炮孔3采用锚杆钻机配套φ42mm合金钢钻头进行炮孔3的施工，比起利用传统的链条式钻机施工，更加安全、快速和高效。
其中，向炮孔3内装入炸药7的方式包括如下步骤：
用黄土9封堵装药主管4的第一端5；
从装药主管4的第二端6，依次向装药主管4内部装入炸药7和爆破引药8，并用黄土9封堵装药主管4的第二端6；
将填充黄土9和炸药7后的装药主管4自炮孔3的炮孔口10穿入炮孔3内，并使装药主管4直达炮孔3的顶部；
用黄土9封堵炮孔口10。
进一步地，在向装药主管4内部装入爆破引药8时，首先在装药主管4内设置电雷管11，并将电雷管11的脚线连接炮线12。
进一步地，使所述装药主管4直达炮孔3的顶部的方式为：将辅助管的顶端与装药主管4的底端对接，通过上推辅助管将装药主管4推至炮孔3的顶部。
本实施例中，装药主管4与辅助管均为PVC管；本实施例的综采设备包括设于综放工作面1内的液压支架14、采煤机15、顶煤输送机16以及位于超前工作面内的端头支架17，各设备之间的连接和配合方式采用本领域的常规设置方式。
参见图1，本实施例首次钻设的炮孔3的轴向与顶煤2水平方向的夹角为70°，(即炮孔3朝向采空区70°)；后续钻设的炮孔3的轴向与顶煤2的水平方向垂直。将首次钻设的炮孔的轴向与顶煤水平方向的夹角为70°，有利于扩大初采期间顶煤的爆破预裂范围。
参照图1～图2，结合上述步骤，本实施例提供了一种具体的爆破方法，包括如下步骤：
(1)在实体煤上开切眼，得到综放工作面，如图1所示，在位于中间的液压支架和位于端部的端头支架煤壁之间的顶煤上钻设一排不同深度的炮孔，炮孔统一朝向采空区70°，每个炮孔装5卷炸药和1发电雷管，每次起爆10个炮孔，装药采用正向装药。在推进过程中，每隔3个循环按照上述爆破方法进行爆破放顶一次。
(2)当综放工作面推进16m后，再次施工不同深度的炮孔进行强制爆破放顶，每隔1个液压支架在液压支架间隙位置施工炮孔一个，炮孔垂直顶煤的水平方向布置，每个炮孔装15卷炸药和1发电雷管，每次起爆5个炮孔，装药采用正向装药。
(3)当综放工作面推进18m后，再次在上述位置施工不同深度的炮孔进行强制爆破放顶，每隔1个液压支架在液压支架间隙位置施工炮孔一个，炮孔垂直顶煤的水平方向布置，每个炮孔装15卷炸药和1发电雷管，每次起爆5个炮孔，装药采用正向装药。此次爆破完成后，顶煤基本达到彻底垮落。
参照图3，结合上述步骤，本实施例的10～17m深的炮孔装药时，首先在内径40mm、长4m的PVC装药主管一端填实300mm长的黄土，然后从另一端装14卷火药，然后再装入一卷爆破引药(在装入爆破引药时，首先在装药主管内设置电雷管，并将电雷管的脚线连接19m长的炮线，脚线与炮线的连接处用防水胶布包裹严实)，最后将黄土装入PVC装药主管的另一端，封堵装药主管。装药主管内装好炸药后，将装药主管整体穿入炮孔内，再用多个内径为36mm、长4m的PVC辅助管一节对接一节将装好炸药的装药主管推入炮孔顶部，用力捣实，直至抽出辅助管时，装好火药的装药主管不会下滑，最后在炮孔口填实2000mm长的黄土。
本实施例利用深、浅孔循环爆破技术大幅度提高了特厚硬煤层综放工作面初采煤炭回收率，同时在钻孔、装药过程中均使用了创新手段。以千万吨级矿井斜沟煤矿23111工作面和23107工作面为例，煤层厚度达14m，采煤高度3.6m，放煤高度11.4m，在23111工作面初采时采用深、浅孔对上覆的顶煤岩体进行爆破扰动，在煤岩体中形成预裂隙，降低煤岩体的完整和稳定性，当工作面推进前15m时，顶煤部分垮落，垮落高度约为7m，继续推进时，顶煤基本全部垮落，开始正常采、放开采。而23107工作面未采用深、浅孔循环爆破技术，当工作面累计推进60m时，顶煤才开始全部垮落，由此可可计算出采用深、浅孔循环爆破技术后多回收煤炭资源约为：(122×1.41×15×7+122×1.41×45×11.5)＝10.7万吨煤。若按照原煤吨煤收入为300元/吨进行计算，可多回收煤炭10.7万吨，所得经济效益约为3210万元。
本实施例所述方法，在液压支架和端头支架煤壁之间的顶煤上钻设一排不同深度的炮孔，对顶煤进行爆破，预先在不受采动影响的原岩内形成人工破碎区和裂隙区，同时削弱原岩内弱面的层间结合强度。随着采面的推进，在采面应力场的作用下，炮孔爆破产生的人工裂隙和结合力减弱的原生裂隙在一定区域内相互贯通，并向岩体的深处和广处扩展。在采动影响下，岩体的强度随着人工裂隙和原生裂隙的扩展而显著降低，使难冒顶板向可冒顶板转化(增加了顶煤的冒放性)，从而达到顶煤破碎提前回收的目的。
综上所述，本实施例所述提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法，采用炮孔爆破技术，爆破后破坏了顶煤的完整性，使得顶煤彻底垮落，大幅提高了顶煤的回收率。
本实施例相邻两个所述炮孔的深度不同，即深炮孔与浅炮孔相间设置，对深炮孔和浅炮孔循环爆破，使得顶煤不同部位的顶煤得到均匀爆破，从而进一步提高了顶煤垮落的效率，提高了顶煤的回收效率。
本发明的实施例是为了示例和描述而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (6)
1.一种提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在实体煤上开切眼，得到综放工作面，在所述综放工作面内布置钻孔设备和综采设备；
步骤2：利用所述钻孔设备在所述综放工作面的顶煤中钻设多个不同深度的炮孔；
步骤3：向所述炮孔内装入炸药，引爆所述炸药，对所述顶煤进行爆破；
步骤4：重复进行所述步骤2和步骤3，直至顶煤完全垮落；
多个所述炮孔沿所述综放工作面的轴向排列成一排，每相邻的两个所述炮孔的深度不同，首次钻设的炮孔的轴向与顶煤水平方向的夹角为70°～75°，后续钻设的炮孔的轴向与所述顶煤的水平方向垂直。
2.根据权利要求1所述的提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法，其特征在于，所述钻孔设备包括锚杆钻机和设于所述锚杆钻机上的合金钢钻头。
3.根据权利要求1所述的提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法，其特征在于，向所述炮孔内装入炸药的方式包括如下步骤：
用黄土封堵装药主管的第一端；
从所述装药主管的第二端依次向所述装药主管内部装入炸药和爆破引药，并用黄土封堵所述装药主管的第二端；
将填充所述黄土和炸药后的装药主管自所述炮孔的炮孔口穿入所述炮孔内，并使所述装药主管直达所述炮孔的顶部；
用黄土封堵所述炮孔口。
4.根据权利要求3所述的提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法，其特征在于，在向所述装药主管内部装入爆破引药时，首先在所述装药主管内设置电雷管，并将所述电雷管的脚线连接炮线。
5.根据权利要求3所述的提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法，其特征在于，使所述装药主管直达所述炮孔的顶部的方式为：将辅助管的顶端与所述装药主管的底端对接，通过上推所述辅助管将所述装药主管推至所述炮孔的顶部。
6.根据权利要求5所述的提高特厚煤层综放工作面初采煤炭回收率的方法，其特征在于，所述装药主管与辅助管均为PVC管。
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