CN110080769B - 一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法 - Google Patents

一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法，该方法具体工艺如下：a、根据煤矿工作面的顶板钻孔柱状图，选取近场基本顶范围内厚度为H 1和普氏系数为f坚硬顶板作为切顶的目标层；b、根据煤矿工作面采掘平面图，确定近场坚硬顶板的切顶位置和长度A 1；c、采用地面钻井技术在岩层中钻水平段长度为A 2的L型钻孔，并使得L型钻孔的水平段与工作面推进方向平行；d、控制射孔枪方向，使得射孔弹射孔形成裂缝面与水平面成一定的角度α；e、将长度的A 3的双向高能射孔枪放置在L型钻孔水平段的末端，并在坚硬岩层中第一次射孔切顶；f、将双向高能射孔枪向后移动长度A 3，进行下一轮切顶，直到切顶累计长度为A 4。

Description

一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法，用于煤矿近场坚硬顶板切顶卸压，控制相邻接替工作面临空回采巷道变形破坏。
背景技术
坚硬顶板问题一直是造成采场强矿压的主要因素之一。随着工作面的推进，回采巷道侧的近场基本顶范围内坚硬顶板出现三角悬板。但三角悬板大面积悬顶后挤压采空区回采巷道和煤柱，出现巷道和煤柱变形破坏严重、锚杆锚索失效等强矿压问题。当三角悬板突然破断产生冲击载荷，造成采空区侧回采巷道和煤柱急剧变形破坏、单体支柱折弯、锚杆锚索破断等问题。为了解决此类问题，常采用聚能爆破和水力压裂切割采空区三角悬板，达到切顶卸压效果。然而聚能爆破难以保证爆破孔孔间贯穿和爆破裂缝方向，同时还存在钻孔、装药、联线等工艺复杂，机械化程度低，对巷道破坏严重等问题，特别是在高瓦斯矿井聚能爆破难以实施。采用水力压裂虽然操作工艺相对简单，但是对裂缝扩展的控制困难。因此，目前急需一种机械化程度高、切顶层位灵活、切顶角度可控、裂缝面精准贯穿的切顶卸压方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种机械化程度高、切顶层位灵活、切顶角度可控、裂缝面精准贯穿的煤矿近场坚硬顶板地面精准切顶卸压方法。
为了解决上述技术难题，本发明所提供了一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法，其特征是在工作面开采前首先采用地面钻井技术钻L型钻孔1，其次在L型钻孔1水平段2内，采用射孔压裂技术在近场基本顶范围内的坚硬顶板3中切割出一条连续的裂缝面4，避免近场基本顶范围内坚硬顶板的三角悬板对采空区侧回采巷道和煤柱的挤压，到达应力转移、切顶卸压效果。具体切顶卸压工艺如下：
a、根据煤矿工作面的顶板钻孔柱状图，选取近场基本顶范围内厚度为H 1和普氏系数为f的坚硬顶板3作为切顶的目标层；
b、根据煤矿工作面采掘平面图，确定近场坚硬顶板3切顶位置和长度A 1；
c、采用地面钻井技术在岩层中钻水平段长度为A 2的L型钻孔1，并使得L型钻孔1的水平段2与工作面推进方向6平行；
d、控制双向高能射孔枪7方向，使得射孔弹8射孔形成的裂缝面与水平面9成一定的角度α；
e、将长度为A 3的双向高能射孔枪7放置在L型钻孔1水平段2的末端，并在坚硬岩层中第一次射孔切顶10；
f、将双向高能射孔枪7向后移动长度为A 3，进行下一轮切顶，直到切顶累计长度为A 4。
附图说明
图1为煤矿近场坚硬顶板地面精准切顶卸压原理图，图中：1——L型钻孔，2——水平段，3——坚硬顶板，4——裂缝面，5——工作面，9——水平面，10——第一次射孔切顶，11——煤柱，12——采空区；
图2为工作面采掘平面图，图中：4——裂缝面，5——工作面，6——工作面推进方向；
图3为双向高能射孔枪结构图，图中：7——双向高能射孔枪，8——射孔弹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法，其特征是首先采用地面钻井技术钻L型钻孔，其次在L钻孔水平段内，采用射孔压裂技术在近场基本顶范围内的坚硬顶板中切割出一条连续的裂缝面，实现一种机械化程度高、切顶层位灵活、切顶角度可控、裂缝面精准贯穿的煤矿近场坚硬顶板地面精准切顶卸压。
以同煤集团某矿进行详细切顶工艺说明。该矿先后开采相邻工作面8311和工作面8312。目前准备开采8311工作面，8311工作面推进长度为904 m，工作面面长228 m，开采煤层石炭系山西组4#号煤，开采厚度4.0 m，同时上方基本顶范围存在1层厚度为7.5 m，普氏系数为8的砂岩层。具体的切顶工艺如下：
a、根据煤矿工作面的顶板钻孔柱状图，选取近场基本顶范围内砂岩层（即坚硬顶板3）作为切顶的目标层；
b、根据煤矿工作面采掘平面图，确定切顶位置为工作面5煤柱11采空区12侧边缘正上方和切顶长度为904 m；
c、采用地面钻井技术在岩层中获取L型钻孔1，其中水平段长度为904 m，并保证L型钻孔1的水平段2与工作面推进方向6平行；
d、控制双向高能射孔枪7方向，使得射孔弹8射孔形成的裂缝面4与水平面9夹角为75°；
e、将长度为2 m的双向高能射孔枪7放置在L型钻孔1的水平段2的末端，并在坚硬岩层中第一次射孔切顶10；
f、将双向高能射孔枪7向后移动2 m，进行下一轮切缝，直到切顶累计长度为904m。
双向高能射孔枪7通过机械远程控制；步骤f中，切缝前进方向与工作面推进方向平行且相反。

Claims (5)

1.一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法，其特征是在工作面开采前首先采用地面钻井技术钻L型钻孔，其次在L钻孔水平段内采用射孔压裂技术，在近场基本顶范围内的坚硬顶板中射孔切割出一条连续的裂缝面，解决三角悬板对邻空回采巷道和煤柱的挤压，达到切顶卸压效果；具体切顶卸压工艺如下：
a、根据煤矿工作面的顶板钻孔柱状图，选取近场基本顶范围内厚度为H 1和普氏系数为f的岩层作为切顶的目标层；
b、根据煤矿工作面采掘平面图，确定近场坚硬岩层切顶位置和长度A 1；
c、采用地面钻井技术在岩层中钻水平段长度为A 2的L型钻孔，并使得L型钻孔的水平段与工作面的推进方向平行；
d、控制双向高能射孔枪方向，使得射孔弹射孔形成的裂缝面与水平面成一定的角度α；
e、将长度为A 3的双向高能射孔枪放置在L型钻孔水平段的末端，并在岩层中第一次射孔切顶；
f、将双向高能射孔枪向后移动长度为A 3，A 3为双向高能射孔枪长度，A 3长度为1.0~5.0m，进行下一轮切顶，直到切顶累计长度为A 4；
选取近场基本顶范围内的切顶目标层其厚度H 1在5 m以上，普氏系数f在7以上；射孔弹射孔形成裂缝面与水平面夹角α在60°~90°之间。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法，其特征在于：切顶目标层切顶位置为工作面煤柱采空区侧边缘正上方，切顶长度A 1为工作面连续推进长度。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法，其特征在于：在岩层中钻水平段长度A 2为工作面连续推进长度。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法，其特征在于：L型钻孔的水平段与工作面的推进方向平行。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿临空回采巷道坚硬顶板地面精准切顶卸压方法，其特征在于：切顶累计长度A 4为工作面连续推进长度。
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