CN109236297B - 裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤炭开采技术领域，公开了裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法，包括以下步骤：勘探查明蹬空煤层下方刀柱残采区分布状况，确定覆岩主关键层位置；蹬空煤层底板掘进运输平巷与回风平巷；分别在运输平巷和回风平巷中每隔90~120m垂直掘进独头平巷；并在独头平巷中自蹬空煤层底板向下方的刀柱采空区施工注浆钻孔；S4、沿各个注浆钻孔同时向刀柱采空区进行注浆充填直至充满；S5、待注入浆液硬化初具承载能力后，在各个独头平巷正上方的地表上向主关键层施工压裂钻孔；通过压裂钻孔进行注水，以裂化主关键层；S6、布置蹬空煤层工作面，进行上行开采。本发明适用于刀柱残采区上覆蹬空煤层的安全开采。
Description
技术领域
本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法，主要适用于刀柱残采区上覆蹬空煤层的安全开采。
背景技术
受过去落后支护技术条件的限制，面对坚硬顶板控制问题，大同、长治、阳泉等矿区在上世纪50年代至90年代大量推广使用刀柱采煤法，这一方法为长壁工作面每推进20-30m留设5-10m的刀柱煤柱支撑上覆岩层。该方法的运用，一方面资源回收率低，另一方面由于刀柱煤柱处的应力集中给临近上下煤层的安全开采带来严重挑战。煤炭资源，地球只给予一次，是不可再生可耗竭的稀缺性自然资源，应当特别珍惜。随着社会经济的发展，煤炭资源的有限性与需求的无限性这一矛盾日益突出，复采刀柱采空区遗留煤炭资源可有效缓解这一矛盾，从延长矿井服务年限、保持可持续发展的角度出发，迫切要求解决刀柱残采区遗留煤炭资源的安全开采问题。
传统的蹬空煤层上行开采可行性的判别方法主要是从层间岩层厚度及其稳定性等角度研究的，可以实现对残采区蹬空煤层上行开采可行性的预先判别与评价。然而，刀柱采空区上行开采是一个动态过程，上行工作面的推进势必引起采动支承压力的重新分配，造成部分刀柱煤柱应力进一步集中，极端情况下可引起局部刀柱煤柱瞬时失稳破坏，对上行开采极为不利。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供了一种裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法，以有效解决刀柱残采区上行开采过程中因应力集中而引起的部分刀柱煤柱破坏失稳问题，保障刀柱残采区上行工作面的安全开采。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法，包括以下步骤：
S1、结合矿井原有地质、技术资料，勘探查明蹬空煤层下方刀柱残采区分布状况，确定覆岩主关键层位置；
S2、沿蹬空煤层底板掘进运输平巷与回风平巷；
S3、自开切眼方向分别在运输平巷和回风平巷中每隔90~120m垂直向工作面实体煤中掘进位于刀柱采空区正上方的独头平巷；并在独头平巷中每隔15~20m自蹬空煤层底板穿透层间岩层向下方的刀柱采空区施工注浆钻孔，注浆钻孔的直径为60~80mm；
S4、沿各个注浆钻孔同时向位于注浆钻孔下方的刀柱采空区进行注浆充填直至充满；
S5、待注入浆液硬化初具承载能力后，在各个独头平巷正上方的地表上向主关键层施工压裂钻孔，压裂钻孔的直径为100~120mm；通过压裂钻孔进行注水，以裂化主关键层；
S6、布置蹬空煤层工作面，进行上行开采。
所述步骤S1的具体方法为：通过调研矿井原有地质、技术资料，采用三维激光扫描仪精准探测刀柱残采区中各刀柱采空区和刀柱煤柱的分布方位、尺寸和体积。
所述步骤S3中，所述独头平巷的间距为三个刀柱采空区的距离；所述独头平巷的断面尺寸为2m×2m、长为20~40m。
所述步骤S4中，注入的浆液为按照质量百分比为水泥：石英砂：粉煤灰：减水剂：水=25%~30%：30%~35%：5%~10%：1%~3%：30%~35%的比例，配制得到的浓度为65%~70%的水泥砂浆。
所述步骤S5中，压裂钻孔沿独头平巷方向的孔间间距为40~50m。
所述步骤S5中，注水裂化主关键层同时，进行贯通开切眼的施工。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明适用于刀柱残采区上行开采，通过对部分刀柱采空区进行全部充填增强刀柱残采区的承载能力；通过对主关键层进行注水压裂，一方面缩小主关键层破断步距减轻上行采动影响下刀柱煤柱承担的覆岩载荷，另一方面形成“主关键层—刀柱煤柱—充填体”承载体，掩护蹬空煤层工作面安全回采。本发明中的采空区注浆与压裂主关键层均在上行工作面开始回采前完成，不影响生产，能实现工作面高产高效；独头平巷中布置多个注浆钻孔同时注浆有利于快速充满刀柱采空区为上行工作面回采节约时间；对刀柱残采区中部分刀柱采空区针对性地进行充填而非充填全部刀柱残采区，节约了充填成本，同时提高了刀柱残采区上行开采的安全系数。
附图说明
图1是裂充结合刀柱残采区上行开采效果主视图；
图2是蹬空煤层底板处的剖面图，即图1的A—A剖面示意图；
图3是裂充钻孔布置处的剖面图，即图1的B—B剖面示意图。
图中：1—蹬空煤层；2—层间岩层；3—刀柱采空区；4—刀柱煤柱；5—水泥砂浆充填体；6—主关键层；7—注浆钻孔；8—压裂钻孔；9—地表；10—运输平巷；11—回风平巷；12—独头平巷；13—开切眼。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法，在确保刀柱残采区上行采动影响下层间岩层不发生破断的情况下对部分刀柱采空区进行全部充填以增强刀柱煤柱的承载能力，对主关键层进行注水压裂缩小主关键层破断步距减轻上行采动影响下刀柱煤柱承担的覆岩载荷，形成“主关键层—刀柱煤柱—充填体”承载体，掩护刀柱残采区上行工作面安全开采。
下面结合某矿304采区实例作具体说明。某矿304采取的结构如图1所示，其开采方法包括以下步骤：
S1、根据矿井原有地质、技术资料，采用三维激光扫描仪精准探测304刀柱残采区中各刀柱采空区3和刀柱煤柱4的分布方位、尺寸和体积，根据采区地层地质信息确定覆岩主关键层6位置；
S2、在步骤一探明的刀柱残采区保护煤柱上方沿蹬空煤层1底板同时掘进运输平巷10与回风平巷11；
S3、如图2和图3所示，自开切眼方向分别在运输平巷10和回风平巷11中每隔90~120m垂直向工作面实体煤中掘进断面为2m×2m、长为20~40m的独头平巷12，独头平巷12布置在刀柱采空区3正上方，独头平巷12间距为三个刀柱采空区3的距离，以保证充填后，刀柱采空区上行开采时层间岩层不发生失稳性破断，然后在独头平巷12中每隔15~20m自蹬空煤层底板穿透层间岩层2向下方的刀柱采空区3施工注浆钻孔7，钻孔方向竖直向下，钻孔直径60~80mm；
S4、按照质量百分比为水泥：石英砂：粉煤灰：减水剂：水=25%~30%：30%~35%：5%~10%：1%~3%：30%~35%的比例，配制浓度为65%-70%的水泥砂浆，配置量由步骤S1勘探查明的刀柱残采区各采空区3的分布体积来确定，依靠水泥砂浆的良好的流动性，通过各个注浆钻孔7同时向位于注浆钻孔7下方的刀柱采空区进行注浆充填直至充满；
S5、如图1和图2所示，待注入浆液硬化成为初具承载能力的水泥砂浆充填体5后，在各个独头平巷12正上方的地表上向主关键层6施工压裂钻孔8，钻孔方向竖直向下，压裂钻孔直径范围为100~120mm。其中，压裂钻孔8沿独头平巷方向的孔间间距为40~50m；通过压裂钻孔8进行注水，以裂化主关键层6。在进行注水压裂的同时，贯通开切眼13。
由于压裂钻孔8与独头平巷12位置相对应，一方面缩小主关键层破断步距减轻上行采动影响下刀柱煤柱承担的覆岩载荷，另一方面形成“主关键层—刀柱煤柱—充填体”承载体，掩护蹬空煤层工作面安全回采。
S6、注水压裂关键层6和开切眼13贯通完成后，布置蹬空煤层工作面，进行上行开采。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、结合矿井原有地质、技术资料，勘探查明蹬空煤层下方刀柱残采区分布状况，确定覆岩主关键层（6）位置；
S2、沿蹬空煤层（1）底板掘进运输平巷（10）与回风平巷（11）；
S3、自开切眼方向分别在运输平巷（10）和回风平巷（11）中每隔90~120m垂直向工作面实体煤中掘进位于刀柱采空区（3）正上方的独头平巷（12）；并在独头平巷（12）中每隔15~20m自蹬空煤层（1）底板穿透层间岩层（2）向下方的刀柱采空区（3）施工注浆钻孔（7），注浆钻孔的直径为60~80mm；
S4、沿各个注浆钻孔（7）同时向位于注浆钻孔（7）下方的刀柱采空区进行注浆充填直至充满；
S5、待注入浆液硬化初具承载能力后，在各个独头平巷（12）正上方的地表上向主关键层（6）施工压裂钻孔（8），钻孔方向竖直向下，压裂钻孔的直径为100~120mm；通过压裂钻孔（8）进行注水，以裂化主关键层（6）；
S6、布置蹬空煤层工作面，进行上行开采。
2.根据权利要求1所述的一种裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法，其特征在于，所述步骤S1的具体方法为：通过调研矿井原有地质、技术资料，采用三维激光扫描仪精准探测刀柱残采区中各刀柱采空区和刀柱煤柱的分布方位、尺寸和体积。
3.根据权利要求1所述的一种裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述独头平巷（12）的间距为三个刀柱采空区（3）的距离；所述独头平巷（12）的断面尺寸为2m×2m、长为20~40m。
4.根据权利要求1所述的一种裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法，其特征在于，所述步骤S4中，注入的浆液为按照质量百分比为水泥：石英砂：粉煤灰：减水剂：水=25%~30%：30%~35%：5%~10%：1%~3%：30%~35%的比例，配制得到的浓度为65%-70%的水泥砂浆。
5.根据权利要求1所述的一种裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法，其特征在于，所述步骤S5中，压裂钻孔（8）沿独头平巷方向的孔间间距为40~50m。
6.根据权利要求1所述的一种裂充结合上行复采刀柱残采区遗留煤层的采煤方法，其特征在于，所述步骤S5中，注水裂化主关键层同时，进行贯通开切眼的施工。
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