CN110359909B - 一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，包括根据需要软化坚硬煤层遗留的煤柱厚度及宽度参数，确定与之相对应的炮孔布置参数及水力割缝参数方案；确定炮孔布置方案后，施工人员沿着回采方向施工炮孔；向施工后的炮孔中安装煤矿许用乳化炸药，并选择黄土或水泥材料对炮孔未装药段进行封孔，封孔长度为4‑6m，距离自由面N3‑5m实施预裂爆破；根据预裂爆破后，在炮孔封孔段区域，再进行水力割缝，从而使未受爆破影响的封孔段区域煤体内产生裂隙，遗留煤柱得到软化；重复步骤对坚硬煤层遗留煤柱进行软化。采用浅孔预裂爆破，钻孔施工量小，爆破安全性高；对预裂爆破软化不理想的区域进行水力割缝，软化效果好，有利于安全高效回采。
Description
技术领域
本发明涉及坚硬煤层软化技术领域，更具体的说是涉及一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法。
背景技术
煤层回采后，会遗留一部分煤柱，而这些坚硬煤层遗留煤柱的强度远远大于普通煤层，因而导致这部分煤柱难以回收。为了避免煤炭资源的浪费，需要最大程度的对坚硬煤柱进行回收。
因此，如何实现对坚硬煤层遗留煤柱进行软化是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，解决了现有技术中坚硬煤层遗留煤柱回采困难的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，包括以下步骤：
S1、根据需要软化坚硬煤层遗留的煤柱厚度及宽度参数，确定与之相对应的炮孔布置参数及水力割缝参数；
S2、确定S1中炮孔布置方案后，施工人员沿着回采方向施工炮孔；
S3、向S2中施工后的炮孔中安装煤矿许用乳化炸药，并选择黄土或水泥材料对炮孔未装药段进行封孔，封孔长度为4-6m，距离自由面N3-5m实施预裂爆破；
S4、根据S3预裂爆破后，在炮孔封孔段区域，再进行水力割缝，从而使未受爆破影响的封孔段区域煤体内产生裂隙，遗留煤柱得到软化；
S5、重复步骤S1-S4，对坚硬煤层遗留煤柱进行软化。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，通过确定布置炮孔和水力割缝的方案；施工人员沿着回采方向施工炮孔；向炮孔内装填炸药，实施预裂爆破；预裂爆破后，在软化效果不理想的炮孔封孔段区域进行水力割缝；坚硬煤柱软化后，进行回采作业。本发明将预裂爆破技术及水力割缝应用于坚硬煤层遗留煤柱的软化；采用浅孔预裂爆破，钻孔施工量小，爆破安全性高；对预裂爆破软化不理想的区域进行水力割缝，软化效果好，有利于安全高效回采。
优选地，S1中确定炮孔的排数根据煤层的厚度进行调整，随着煤层厚度的增加，增加炮孔的排数，每排炮孔有效软化范围在3-5m。
优选地，S1中炮孔布置参数包括：炮孔深度、炮孔直径、炮孔倾斜角度、封孔长度及炮孔间距。其中炮孔倾斜角度为炮孔轴线与煤柱的夹角。
优选地，S3中通过分析坚硬煤层的物理力学参数及采场布局特点，确定预裂爆破参数包括炸药种类，炮孔长度，炮孔直径，封孔长度及起爆方式。其中物理力学参数包括单轴抗压强度、弹性模量、剪切模量、内聚力、摩擦角、泊松比、瓦斯含量等，采场布局特点包括走向长壁、倾斜长壁、煤柱宽度等。
优选地，S2中施工人员通过操作钻机施工炮孔。
优选地，S4中水力割缝的水压及范围，根据坚硬煤柱的强度及厚度进行确定水压大小及割缝半径。
本发明通过上述方法综合分析煤柱的强度和稳定性，应用爆炸作用原理和断裂力学原理，浅孔预裂爆破技术与水力割缝技术相结合，由于采用浅孔预裂爆破，在封孔段区域，坚硬煤柱内部产生的裂隙较少，导致软化效果不理想，需采取水力割缝措施配合，有效消除应力集中及软化坚硬煤柱，提高煤柱的裂隙量，保证煤柱的安全高效回收。
而现有技术中预裂爆破是随着回采工作面的推进，工作面顶板受爆破冲击与采场采动应力影响，在工作面控顶区以及附近的顶板岩层中形成压缩区、拉伸区和剪切区，以实现对煤层顶板整体性的处理与控制。通过水力割缝的方式释放煤层内的部分有效体积应力,应力场重新分布,煤层内的裂缝和裂隙的数量、长度和张开度得到增加,增大了煤层内裂缝、裂隙和孔隙的连通面积，使坚硬煤层得到软化。综上，现有的预裂爆破及水力割缝技术主要多用于弱化坚硬顶板及煤层。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法的流程图；
图2附图为本发明提供的一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法实施例中的遗留煤柱上开设炮孔的示意图；
图3附图为附图2的剖视图。
图中：1为遗留煤柱，2为炮孔，L为煤柱的厚度，L1为封孔长度，L2为装药长度，L3对应区域为水力割缝区，L4对应区域为预裂爆破区，L5为不准备回收的预留坚硬煤柱区域，N为自由面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。
本发明实施例公开了一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，参见附图1，包括以下步骤：
S1、根据需要软化坚硬煤层遗留的煤柱厚度及宽度参数，确定与之相对应的炮孔布置参数及水力割缝参数；
S2、确定S1中炮孔布置方案后，施工人员沿着回采方向施工炮孔；
S3、向S2中施工后的炮孔中安装煤矿许用乳化炸药，并选择黄土或水泥材料对炮孔未装药段进行封孔，封孔长度为4-6m，距离自由面N3-5m实施预裂爆破；
S4、根据S3预裂爆破后，在炮孔封孔段区域，再进行水力割缝，从而使未受爆破影响的封孔段区域煤体内产生裂隙，遗留煤柱得到软化；
S5、重复步骤S1-S4，对坚硬煤层遗留煤柱进行软化。
本发明公开提供了一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，通过确定布置炮孔和水力割缝的方案；施工人员沿着回采方向施工炮孔；向炮孔内装填炸药，实施预裂爆破；预裂爆破后，在软化效果不理想的炮孔封孔段区域进行水力割缝；坚硬煤柱软化后，进行回采作业。本发明将预裂爆破技术及水力割缝应用于坚硬煤层遗留煤柱的软化；采用浅孔预裂爆破，钻孔施工量小，爆破安全性高；对预裂爆破软化不理想的区域进行水力割缝，软化效果好，有利于安全高效回采。
具体而言S1中确定炮孔的排数根据煤层的厚度进行调整，随着煤层厚度的增加，增加炮孔的排数，每排炮孔有效软化范围在3-5m。
S1中炮孔布置参数包括：炮孔深度、炮孔直径、炮孔倾斜角度、封孔长度及炮孔间距。
S3中通过分析坚硬煤层的物理力学参数及采场布局特点，确定预裂爆破参数包括炸药种类，炮孔长度，炮孔直径，封孔长度及起爆方式。其中物理力学参数包括单轴抗压强度、弹性模量、剪切模量、内聚力、摩擦角、泊松比、瓦斯含量等，采场布局特点包括走向长壁、倾斜长壁、煤柱宽度等。
S2中施工人员通过操作钻机施工炮孔。
S4中水力割缝的水压及范围，根据坚硬煤柱的强度及厚度进行确定水压大小及割缝半径。
本发明通过上述方法综合分析煤柱的强度和稳定性，应用爆炸作用原理和断裂力学原理，浅孔预裂爆破技术与水力割缝技术相结合，由于采用浅孔预裂爆破，在封孔段区域，坚硬煤柱内部产生的裂隙较少，导致软化效果不理想，需采取水力割缝措施配合，有效消除应力集中及软化坚硬煤柱，提高煤柱的裂隙量，保证煤柱的安全高效回收。
而现有技术中预裂爆破是随着回采工作面的推进，工作面顶板受爆破冲击与采场采动应力影响，在工作面控顶区以及附近的顶板岩层中形成压缩区、拉伸区和剪切区，以实现对煤层顶板整体性的处理与控制。通过水力割缝的方式释放煤层内的部分有效体积应力,应力场重新分布,煤层内的裂缝和裂隙的数量、长度和张开度得到增加,增大了煤层内裂缝、裂隙和孔隙的连通面积，使坚硬煤层得到软化。综上，现有的预裂爆破及水力割缝技术主要多用于弱化坚硬顶板及煤层。
具体实施例
参见附图2-3，本实施例根据需软化的坚硬煤柱的特点，确定布置炮孔的方案。根据该煤柱1的厚度L，布置一排炮孔2，炮孔2与煤柱1长度方向形成60°夹角。需要软化的煤柱的宽度为20m，选择炮孔长度22m，直径60mm。和不准备回收的预留坚硬煤柱区域L5留有一定的间隔，本方案选择1m。综合分析煤柱的强度和稳定性，确定炸药选用直径为50mm的煤矿瓦斯抽采水胶药柱(即由特制的三级煤矿许用水胶炸药制作而成的爆破药柱)，雷管采用煤矿许用电雷管起爆。装药长度L2为17m，封孔长度L1为5m，相邻炮孔的间隔相等，距离为10m。
确定了具体的炮孔布置方案后，施工人员沿着回采方向施工炮孔2。向炮孔2内装填炸药，特制药柱，连续装药。根据炸药种类选择水泥作为封堵炮泥材料进行封孔，如图3所示封装炸药区域对应预裂爆破区L4，实施预裂爆破。预裂爆破后，炮孔封孔段对应的水力割缝区L3软化效果不理想，再进行水力割缝，控制水压为100-120Kg/cm3，水量11.7m3/h，水力割缝范围约2m厚，割缝间排距6m左右。预裂爆破及水力割缝后，坚硬煤柱软化。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据需要软化坚硬煤层遗留的煤柱厚度及宽度参数，确定与之相对应的炮孔布置参数及水力割缝参数；
S2、确定S1中炮孔布置方案后，施工人员沿着回采方向施工炮孔；
S3、向S2中施工后的炮孔中安装煤矿许用乳化炸药，并选择黄土或水泥材料对炮孔未装药段进行封孔，封孔长度为4-6m，距离自由面(N)3-5m实施预裂爆破；
S4、根据S3预裂爆破后，在炮孔封孔段区域，再根据S1中确定的水力割缝参数进行水力割缝，从而使未受爆破影响的封孔段区域煤体内产生裂隙，遗留煤柱得到软化；
S5、重复步骤S1-S4，对坚硬煤层遗留煤柱进行软化。
2.根据权利要求1所述的一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，其特征在于，S1中确定炮孔的排数根据煤层的厚度进行调整，随着煤层厚度的增加，增加炮孔的排数，每排炮孔有效软化范围为3-5m。
3.根据权利要求1所述的一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，其特征在于，S1中炮孔布置参数包括：炮孔深度、炮孔直径、炮孔倾斜角度、封孔长度及炮孔间距。
4.根据权利要求1所述的一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，其特征在于，S3中通过分析坚硬煤层的物理力学参数及采场布局特点，确定预裂爆破参数包括炸药种类，炮孔长度，炮孔直径，封孔长度及起爆方式。
5.根据权利要求1所述的一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，其特征在于，S2中施工人员通过操作钻机施工炮孔。
6.根据权利要求1所述的一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，其特征在于，S4中水力割缝的水压及范围，根据坚硬煤柱的强度及厚度进行确定水压大小及割缝半径。
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