CN110529116A

CN110529116A - 一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法

Info

Publication number: CN110529116A
Application number: CN201910923638.5A
Authority: CN
Inventors: 王志强; 苏泽华; 王树帅; 武超; 王鹏; 牟皓琦
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2019-12-03

Abstract

针对现有近水平厚煤层坚硬顶煤综放开采工作面回收率低，顶煤弱化技术成本高、工艺复杂、受煤层条件限制、影响工作面生产等问题。本发明公开了一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法。该方法以错层位巷道布置方法为基础，将沿顶板布置的工作面回风巷作为工艺巷向顶煤中施工大直径钻孔，合理的钻孔和布置参数可以实现对坚硬顶煤的预裂，降低其力学性质，从而解决顶煤的冒放性难题，可以实现工作面回收率和采区采出率的提高。

Description

一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法

技术领域

本发明涉及煤炭开采领域，尤其涉及一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，在一次能源消费结构中始终占总量的60％之上，而煤层的高效回收是实现我国煤炭年产目标的有力保证。进入21世纪后，由于采矿与装备技术水平的提高，综放开采技术因其生产能力大、效率高、效益好等特点，已成为厚及特厚煤层开采的首选方法。

综采放顶煤开采中，顶煤只有在到达支架放煤口位置时及时垮落和充分破碎，才能被充分放出。顶煤破坏的主要动力来自矿山压力，顶煤能否及时垮落和充分破碎主要取决于煤体的整体强度和矿山压力的大小。当煤层埋藏较浅、厚度较大、煤体比较坚硬、有较厚夹矸层时，矿山压力作用不能使顶煤及时垮落和充分破碎，这将使大量顶煤难以回收，造成资源采出率低，并埋下采空区遗煤自然发火严重的隐患，同时也必将严重威胁工作面安全生产，严重制约工作面产效的提高。

目前综放开采顶煤弱化技术主要有：工作面顺槽或工艺巷内深孔爆破、工作面超前注水软化等方法。工作面顺槽深孔爆破成本高、可控性差，放炮过程中易产生大量粉尘，恶化工作面环境，在高瓦斯矿井中极易引发瓦斯爆炸；工艺巷内深孔爆破则会增加巷道掘进成本，施工和通风过程较为困难；工作面超前注水软化技术注水时间较长、注水量较大，对渗透系数小、孔隙率低的煤体而言效果较差，会造成工作面淋水等问题。

发明内容：

发明目的：针对现有近水平厚煤层坚硬顶煤综放开采工作面回收率低，顶煤弱化技术成本高、工艺复杂、受煤层条件限制、影响工作面生产等问题。本发明的目的在于提供一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法。该方法以错层位巷道布置方法为基础，将沿顶板布置的工作面回风巷作为工艺巷向顶煤中施工大直径钻孔，合理的钻孔和布置参数可以实现对坚硬顶煤的预裂，降低其力学性质，从而解决顶煤的冒放性难题，可以实现工作面回收率和采区采出率的提高。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，包括以下步骤：

步骤一、近水平厚煤层开采过程中，工作面采用错层位巷道布置方式；

步骤二、依据煤体赋存性质，确定顶煤范围内钻孔的孔径、深度与间距等参数；

步骤三、在沿顶板布置的上区段回风巷掘进后，向巷道两侧布置上、下两排水平卸压钻孔；

上述一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，步骤一中所述错层位巷道布置方式为工作面区段回风平巷沿煤层顶板布置，区段运输平巷沿煤层底板布置，工作面由底板经起坡段抬升至顶板，相邻溜槽间最大抬升角度为3°。

上述一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，步骤三中所述两排钻孔垂直于煤壁均匀布置。

上述的一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，所述的步骤三中两排钻孔，若工作面采用错层位内错式巷道布置方式，则两排钻孔垂直于煤壁均匀布置。

上述的一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，所述的步骤三中两排钻孔，若工作面采用错层位外错式巷道布置方式，则两排钻孔分别沿垂直煤壁方向左右偏转3-5°

上述的一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，所述的步骤三中两排钻孔，本工作面施工时应位于顶煤的塑性区之外。

本发明与现有技术相比具有一下优点：

(1)采用错层位巷道布置方式，将工作面回风巷沿煤层顶板布置，可以破坏厚煤层顶煤中的夹矸，同时起到工艺巷的作用，便于顶煤弱化措施的实施，节约了生产成本。

(2)采用大直径钻孔对顶煤进行弱化，工艺简单，受煤层条件影响不大、有利于工作面生产的连续性。

(3)采用两排大直径钻孔的布置方式，可以充分利用矿山压力，对顶煤实现弱化，节约技术成本。

附图说明

图1为首采工作面巷道及钻孔布置示意图；

图2为接续工作面巷道及钻孔布置示意图；

图3为钻孔布置俯视图；

图4为钻孔布置侧视图；

图5为错层位内错式巷道布置图；

图6为错层位外错式巷道布置图；

图7为外错式顶煤钻孔布置俯视图；

图中：

1——首采工作面回风巷；2——首采工作面进风巷；3——首采工作面；4——起坡段；5——首采面顶煤钻孔；6——接续工作面顶煤钻孔；7——接续工作面进风巷；8——接续工作面回风巷；9——接续工作面；

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提供的一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，首先近水平厚煤层开采过程中，工作面采用错层位巷道布置方式。区段回风巷1沿煤层顶板布置，区段进风2巷沿煤层底板布置，工作面由底板经起坡4段抬升至顶板，相邻溜槽间最大抬升角度为3°。

第二步，依据煤体赋存性质，确定顶煤范围内的孔径R₀、深度h与间距a等参数；

所述钻孔孔径R₀多在0.09～0.13m，可根据实际情况尽量选择大孔径的钻孔。

所述上巷钻孔深度h₁和下巷钻孔深度h₂可以根据顶煤范围得到。

所述首采工作面顶煤钻孔5深度h₁为：

h₁＝L

所述接续工作面顶煤钻孔6深度h₂为：

h₂＝L/2

其中：L为顶煤范围的长度。

由于实际生产过程中，钻孔深度范围之外的顶煤会受到应力集中的影响，冒放性也会得到提高，可根据实际地质情况适当减小钻孔深度。

所述钻孔间排距a可以根据钻孔塑性区半径R_p进行计算：

其中：n为修正系数，取1.5～2.5；R_p为钻孔塑性区半径；R₀，钻孔半径；σ_y为初始垂直应力；C为煤体的内聚力；为煤体内摩擦角；λ为侧压系数；θ，环向角度。

第三步，在沿顶板布置的上区段回风巷掘进后，向巷道两侧布置上、下两排水平卸压钻孔。若工作面采用如图5所示错层位内错式巷道布置方式，两排钻孔垂直于煤壁均匀布置。若工作面采用如图6所示错层位外错式巷道布置方式，为了保证接续工作面进风巷7的顶煤完整性，可按照图7所示钻孔布置方式，两排钻孔分别沿垂直煤壁方向左右偏转3-5°。

所述两排钻孔在本工作面施工时，应位于顶煤的塑性区之外，顶煤塑性区范围l可以通过下式计算得到：

式中：a为拟合常数，控制采动卸压范围及应力变化梯度，该参数受采高、工作面长度及工作面推进速度的影响，一般可取0.1左右；K为垂直应力峰值系数，一般为1-4；σ_y为初始垂直应力，MPa；σ_x为初始水平应力，MPa，C为煤体内聚力，为煤体内摩擦角。

Claims

1.一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤三、在沿顶板布置的上区段回风巷掘进完成后，向巷道两侧布置上、下两排水平卸压钻孔。

2.根据权利要求1所述的一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，其特征在于，所述的步骤a中错层位巷道布置方式为工作面区段回风平巷沿煤层顶板布置，区段运输平巷沿煤层底板布置，工作面由底板经起坡段抬升至顶板，相邻溜槽间最大抬升角度为3°。

3.根据权利要求1所述的一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，其特征在于，所述的步骤c中两排钻孔，若工作面采用错层位内错式巷道布置方式，则两排钻孔垂直于煤壁均匀布置。

4.根据权利要求1所述的一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，其特征在于，所述的步骤c中两排钻孔，若工作面采用错层位外错式巷道布置方式，则两排钻孔分别沿垂直煤壁方向左右偏转3-5°。

5.根据权利要求1所述的一种大直径钻孔实现近水平厚煤层坚硬顶煤弱化的方法，其特征在于，所述的步骤c中两排钻孔，本工作面施工时应位于顶煤的塑性区之外。