CN109356625A - 一种厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法 - Google Patents

一种厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及煤矿安全生产技术领域,具体是一种厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法。包括以下步骤:S100‑获取顶煤空巷的位置信息、高度信息、宽度信息及破坏情况,并在回风顺槽内标注顶煤空巷的位置。S200‑计算复采工作面与顶煤空巷间的极限稳定煤柱的宽度,S300‑记录复采工作面的最大和最小周期来压步距,并计算其平均周期来压步距。S400‑分析判定复采工作面通过顶煤空巷时基本顶的运动状态,确定基本顶需不需要处理。S500‑若顶板不需要处理,则复采工作面继续正常推进过顶煤空巷;若顶板需要处理,则在顶煤空巷内进行基本顶的超前预裂卸压,S600‑依次完成所有钻孔内的压裂工作。S700‑当基本顶完成水力压裂后,配合调斜复采工作面安全通过顶煤空巷。

Description

一种厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法
技术领域
本发明涉及煤矿安全生产技术领域,具体是一种厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法。
背景技术
过去由于技术、经济等条件的限制,许多小煤矿对厚煤层采用采顶弃底的粗放式开采,资源回收率低,使得大量优质煤炭资源遗留在井下,造成了煤炭资源的极大浪费。目前,为实现矿区绿色可持续发展的目标,再加上采矿技术的飞速发展,许多矿井逐渐将目光集中到了这些井下遗留的优质煤炭资源上,复采这部分优质遗留煤炭资源不仅能延长部分矿井的寿命,而且还能为矿井深部开采成套技术的研发提供一定的缓冲时间,具有重要的经济意义和社会意义。
小煤矿对厚煤层进行破坏性开采之后,厚煤层顶煤范围内存在大量的破坏区,如空巷等,给复采工作面的安全高效开采带来了较大的隐患。因此,在进行厚煤层的复采时,厚煤层复采面过顶煤空巷成为资源整合型矿井开采过程中所需面临的基本问题。
在厚煤层复采工作中,当复采工作面遇到顶煤空巷时,与正常开采相比,当顶煤空巷与复采工作面间的煤柱失稳破坏后,导致基本顶易在顶煤空巷前方发生超前破断,造成采场来压步距和来压强度明显增大,采场支架出现超载压架、死架现象,严重影响设备的正常使用和人员安全,不利于矿井的正常安全高效生产。
要保障厚煤层复采工作的稳步进行,实现复采面安全快速过空巷是关键。如何实现复采面安全快速过空巷,公开号CN103244124A公开了“一种煤矿巷道工作面强制放顶卸压过空巷的方法”,该方法采用在空巷内放炮超前预裂顶板,存在较大瓦斯安全隐患,同时由于空巷围岩破碎,钻孔的失效率也会增加,会增大劳动强度和成本;公开号CN102322261A公开了“一种大采高综采工作面小煤柱等压过空巷方法”,该方法通过在综采工作面和空巷间留设等压小煤柱,采用工作面停采等压的方法实现工作面安全过空巷,但其很大程度上降低了工作面的推进速度,影响矿井产量;公开号CN103334769A公开了“用于加固超前工作面空巷的十字砌块墙体支护方法”,该方法采用在空巷内砌筑十字砌块墙体进行顶板加固,但其施工工艺复杂,支护成本高,而且还增加了采煤机的截割任务。综合来看,目前有关工作面过空巷的问题大多是同层位空巷,且都集中于怎么处理后再过,而很少有关注何时需要处理的问题。
因此,基于以上分析,亟需一种能更全面、合理的厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法,该方法应该包括需不需要处理和怎么处理两部分内容,进而保障复采工作面的安全高效开采。
发明内容
本发明为了解决上述问题,提供一种厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法。
本发明采取以下技术方案:一种厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法,包括以下步骤:
S100-结合复采工作面顺槽成巷时期的三维激光扫描仪勘探结果及揭露情况,获取顶煤空巷的位置信息、高度信息、宽度信息及破坏情况,并在回风顺槽内标注顶煤空巷的位置。
S200-计算复采工作面与顶煤空巷间的极限稳定煤柱的宽度,并在回风顺槽内标注极限稳定煤柱的边界位置。
S300-在复采工作面未接近空巷的正常开采过程中,记录复采工作面的最大和最小周期来压步距,并计算其平均周期来压步距
S400-当复采工作面推进至距离极限煤柱宽度边界30m位置时,分析判定复采工作面通过顶煤空巷时基本顶的运动状态,确定基本顶需不需要处理。
S500-若顶板不需要处理,则复采工作面继续正常推进过顶煤空巷;若顶板需要处理,则在顶煤空巷内进行基本顶的超前预裂卸压,利用井下风钻施工水力压裂顶板钻孔,同时配以开槽钻在基本顶段钻孔内开槽,然后用静压水冲洗钻孔。
S600-当复采工作面推进至距离极限煤柱宽度边界3-5m时,在顶煤空巷内进行水力压裂顶板,将高压注水管与高强封孔器相连,沿钻孔插入到基本顶下部边界位置处,采用手动泵进行加压封孔处理,然后将高压注水管的另一端与高压注水泵相连,开始水力压裂,压裂过程中始终保持恒压,当巷道顶板、煤帮或钻孔内有水流出,则立即停止压裂,以此类推,依次完成所有钻孔内的压裂工作。
S700-当基本顶完成水力压裂后,配合调斜复采工作面安全通过顶煤空巷。
所述步骤S200中,极限稳定煤柱的宽度计算公式如下:
式中,—煤柱安全系数;—侧压系数;—分别为空巷侧和复采工作面侧的应力影响因子;—分别为顶煤空巷高度和煤层厚度,m;—分别为空巷侧和复采工作面侧的应力集中系数;—煤层覆岩的平均容重,—煤层埋深,—煤的粘聚力,MPa;—煤的内摩擦角。
所述步骤S400具体采取以下方法,记录下复采工作面距上一次基本顶来压的距离,通过计算,设,其中为顶煤空巷宽度,若,则复采工作面顶板不需要处理,可安全通过空巷;若,则复采工作面顶板需要处理,才能安全通过空巷。
所述步骤S500中,钻孔的具体的布置方式如下:钻孔直径,钻孔的仰角,钻孔间距,钻孔长度,其中,—空巷顶部距基本顶上部的距离。
所述步骤S700中,当复采工作面通过空巷时,需要调整复采工作面角度,调整角度为4°-5°,液压支架需擦顶带压及时移架,并减小端面距。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)通过提前对复采工作面过顶煤空巷顶板的稳定性判定,便于对顶板运动状态的掌握,利于后续复采工作面过顶煤空巷相关方法的制定,实现复采工作面的安全高效生产。
(2)对于需要处理的顶板,通过在顶煤空巷内采用水力压裂超前破裂顶板,实现了顶板的预裂卸压,降低了复采工作面过顶煤空巷的来压强度,有效控制了液压支架的压架现象;同时采用静态的水力压裂技术,减小了空巷附近煤的二次破碎程度,增加了破碎煤的粘结性能,有效降低了复采工作面过顶煤空巷时冒顶危险;另外通过调斜综放复采工作面,使得复采工作面在过顶煤空巷的过程中,顶板的压力始终由复采工作面前方的三角煤柱、采场液压支架以及顶煤空巷前方的煤体三者共同支撑,降低了支架的工作阻力,节约了复采工作面过顶煤空巷时的支护费用,保证了工作面的安全生产。
附图说明
图1为厚煤层综放复采工作面过顶煤空巷区时基本顶运动状态的判定流程图;
图2为厚煤层综放复采工作面过顶煤空巷区的垂直剖面示意图;
图3为厚煤层综放复采工作面过顶煤空巷区的水平剖面示意图;
图4为厚煤层综放复采工作面调斜过顶煤空巷区的平面示意图;
图中1-厚煤层;2-直接顶;3-基本顶;4-复采工作面;5-顶煤空巷;6-水力压裂钻孔;7-顶板运动状态判定位置Ⅰ;8-极限稳定煤柱边界位置Ⅱ;9-回风顺槽;10-运输顺槽;11-采空区;12-类三角煤柱;13-调斜复采工作面。
具体实施方式
下面结合附图来进一步对本发明进行详细说明。
如图1-4所示,本发明涉及一种厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法,具体的方法如下:
S100:结合复采工作面顺槽成巷时期的三维激光扫描仪勘探结果及揭露情况,获取顶煤空巷5的位置信息、高度信息、宽度信息及破坏情况,并在回风顺槽9内标注顶煤空巷位置。
S200:根据理论分析,计算复采工作面与顶煤空巷间的极限稳定煤柱的宽度,并在回风顺槽9内标注极限稳定煤柱的边界位置Ⅱ 8。
根据矿井岩石力学参数,计算受采动影响下复采工作面和顶煤空巷间两者之间保持稳定的极限煤柱宽度,其计算公式如下:
式中,—煤柱安全系数;—侧压系数;—分别为空巷侧和复采工作面侧的应力影响因子;—分别为顶煤空巷高度和煤层厚度,m;—分别为空巷侧和复采工作面侧的应力集中系数;—煤层覆岩的平均容重,—煤层埋深,—煤的粘聚力,MPa;—煤的内摩擦角,°。
S300:在复采工作面未接近空巷的正常开采过程中,记录复采工作面的最大和最小周期来压步距,并计算其平均周期来压步距
S400:当复采工作面4推进至距离极限煤柱宽度边界30m,即回风顺槽标注的顶板运动状态判定位置Ⅰ7时,分析判定复采工作面通过顶煤空巷时基本顶的运动状态,确定基本顶需不需要处理。记录下复采工作面距上一次基本顶来压的距离,通过计算,设,其中为顶煤空巷宽度,m,为保险起见,若,则复采工作面顶板不需要处理,可安全通过空巷;若,则复采工作面顶板需要处理,才能安全通过空巷。
S500:若顶板不需要处理,则复采工作面继续正常推进过顶煤空巷;若需要处理,则在顶煤空巷内采用水力压裂技术进行基本顶的超前预裂卸压,利用井下风钻施工钻孔6,同时配以开槽钻在基本顶段钻孔内开槽,然后用静压水冲洗钻孔,具体的钻孔参数为:钻孔直径;钻孔的仰角;钻孔间距;钻孔长度,其中,—空巷顶部距基本顶上部的距离,。为了保证钻孔的使用率,每个钻孔施工完成后向孔内插入等直径的PVC管进行钻孔保护。
S600:当复采工作面4推进至距离极限煤柱宽度边界3-5m时,在顶煤空巷内进行水力压裂顶板,将高压注水管与高强封孔器相连,沿钻孔插入到基本顶下部边界位置处,采用手动泵进行加压封孔处理,然后将高压注水管的另一端与高压注水泵相连,开始水力压裂,压裂过程中始终保持恒压,当巷道顶板、煤帮或钻孔内有水流出,则立即停止压裂。以此类推,依次完成所有钻孔内的压裂工作。水力压裂的压力根据以下公式计算:。式中,—矿井最大地应力,—矿井最小地应力,—基本顶的抗拉强度,
当在空巷内进行水力压裂顶板时,需增大采场支架的初撑力,使其能够尽快的进入工作状态。
S700:当基本顶完成水力压裂后,配合调斜复采工作面13安全通过顶煤空巷。当复采工作面通过空巷时,需要调整复采工作面角度,调整角度为4°-5°。液压支架需擦顶带压及时移架,并减小端面距。

Claims (5)

1.一种厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法,其特征在于:包括以下步骤,
S100-结合复采工作面顺槽成巷时期的三维激光扫描仪勘探结果及揭露情况,获取顶煤空巷(5)的位置信息、高度信息、宽度信息及破坏情况,并在回风顺槽(9)内标注顶煤空巷位置;
S200-计算复采工作面与顶煤空巷间的极限稳定煤柱的宽度,并在回风顺槽(9)内标注极限稳定煤柱边界位置Ⅱ(8);
S300-在复采工作面未接近空巷的正常开采过程中,记录复采工作面的最大和最小周期来压步距,并计算其平均周期来压步距
S400-当复采工作面(4)推进至距离极限煤柱宽度边界30m位置,分析判定复采工作面通过顶煤空巷时基本顶的运动状态,确定基本顶需不需要处理;
S500-若顶板不需要处理,则复采工作面(4)继续正常推进过顶煤空巷;若顶板需要处理,则在顶煤空巷内进行基本顶的超前预裂卸压,利用井下风钻施工水力压裂顶板钻孔(6),同时配以开槽钻在基本顶段钻孔内开槽,然后用静压水冲洗钻孔;
S600-当复采工作面(4)推进至距离极限煤柱宽度边界3-5m时,在顶煤空巷内进行水力压裂顶板,将高压注水管与高强封孔器相连,沿钻孔插入到基本顶下部边界位置处,采用手动泵进行加压封孔处理,然后将高压注水管的另一端与高压注水泵相连,开始水力压裂,压裂过程中始终保持恒压,当巷道顶板、煤帮或钻孔内有水流出,则立即停止压裂,以此类推,依次完成所有钻孔内的压裂工作;
S700-当基本顶完成水力压裂后,配合调斜复采工作面(13)安全通过顶煤空巷。
2.根据权利要求1所述的厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法,其特征在于:所述步骤S200中,极限稳定煤柱的宽度计算公式如下:
式中,—煤柱安全系数;—侧压系数;—分别为空巷侧和复采工作面侧的应力影响因子;—分别为顶煤空巷高度和煤层厚度,m;—分别为空巷侧和复采工作面侧的应力集中系数;—煤层覆岩的平均容重,—煤层埋深,—煤的粘聚力,MPa;—煤的内摩擦角。
3.根据权利要求2所述的厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法,其特征在于:所述步骤S400具体采取以下方法,记录下复采工作面距上一次基本顶来压的距离,通过计算,设,其中为顶煤空巷宽度,若,则复采工作面顶板不需要处理,可安全通过空巷;若,则复采工作面顶板需要处理,才能安全通过空巷。
4.根据权利要求3所述的厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法,其特征在于:所述步骤S500中,钻孔的具体的布置方式如下:钻孔直径,钻孔的仰角,钻孔间距,钻孔长度,其中,—空巷顶部距基本顶上部的距离。
5.根据权利要求4所述的厚煤层复采工作面过顶煤空巷的方法,其特征在于:所述步骤S700中,当复采工作面通过空巷时,需要调整复采工作面角度,调整角度为4°-5°,液压支架需擦顶带压及时移架,并减小端面距。
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