CN111963173A - 煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法 - Google Patents

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赵启生
王均双
李永辉
牟海鹏
刘浩
张晓华
胡灿宾
张腾
李述凯
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    • E21C41/16—Methods of underground mining; Layouts therefor
    • E21C41/18—Methods of underground mining; Layouts therefor for brown or hard coal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V9/00—Prospecting or detecting by methods not provided for in groups G01V1/00 - G01V8/00

Abstract

本发明涉及一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法，包括以下步骤：步骤S1，在巷道掘进之前，通过相邻巷道实际揭露断层情况对待掘进巷道进行超前地质预测分析，预测分析得到所述巷道掘进过程中断层发育情况；步骤S2，根据步骤S1对断层位置及落差参数的预测结果，进行钻探设计，并利用钻探手段进行验证所述步骤S1对断层位置及落差参数的预测结果，进行所述断层位置及落差参数的确定；步骤S3，根据步骤S2钻探探明确定的断层位置及落差参数，合理制定变坡施工设计参数，在未揭露断层面前即开始提前变坡找煤。本发明的有益效果在于：保证施工安全和提高掘进效率的同时，最大限度减少断层造成的储量损失，缓解矿井生产接续紧张。

Description

煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法，属于煤矿掘进过断层技术领域。
背景技术
现存地质条件复杂的矿井，其井下开拓布局受构造影响较大，采掘中揭露大中小型断层层出不穷，严重影响了矿井的安全生产，复杂的地质条件导致某些工作面在掘进时不得不穿过落差6-15m左右的中型断层，而回采时为避免大面积割矸，又必须重新开切眼搬家，增加了现场工作量，同时造成了断层附近较大面积储量损失。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：为解决上述问题之一，提供一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案是：
一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1，在巷道掘进之前，通过相邻巷道实际揭露断层情况对待掘进巷道进行超前地质预测分析，预测分析得到所述巷道掘进过程中断层发育情况，具体为：断层位置及落差参数；
步骤S2，根据步骤S1对断层位置及落差参数的预测结果，进行钻探设计，并利用钻探手段进行验证所述步骤S1对断层位置及落差参数的预测结果，进行所述断层位置及落差参数的确定；
步骤S3，根据步骤S2钻探探明确定的断层位置及落差参数，合理制定变坡施工设计参数，在未揭露断层面前即开始提前变坡找煤。
优选地，步骤S1中，按照预设的比例关系式计算断层延伸长度；所述预设的比例关系式用于表征所述断层落差与断层延伸长度之间的正比例关系。
优选地，所述的预设的比例关系式具体为：
L=K*H；
公式中各元素的含义如下：
式中：L为断层延伸长度；
H为断层落差；
K为比例系数。
优选地，步骤S2中，钻探设计中首先沿巷道掘进方向的煤层倾角进行设计2-3个钻孔，钻孔施工至见矸后可以判定断层面的位置。
优选地，步骤S2中，根据预计断层落差设计1-2个仰角或俯角钻孔，钻孔穿盘见煤后（钻进岩性变化为煤--矸--煤）进而可以判定断层实际落差。
优选地，步骤S3中，根据钻探成果，确定的断层位置及落差参数，通过CAD作图分析，合理制定变坡施工设计参数，主要包括提前多少距离变坡，施工角度，预计施工多少米见煤。
与现有设计相比，本发明的有益效果在于：本发明的一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法，保证施工安全和提高掘进效率的同时，最大限度减少断层造成的储量损失，缓解矿井生产接续紧张。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的揭露断层后起坡施工预想平面图；
图2为本发明的揭露断层后起坡施工预想剖面图；
图3为本发明的提前起坡过断层预想施工平面图；
图4为本发明的提前起坡过断层预想施工剖面图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例。
参照图1-4，一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法，包括以下步骤：
步骤S1，通过相邻巷道实际揭露断层情况对待掘进巷道进行超前地质预测分析，提前分析掘进过程中断层发育情况。
通过总结日常地质工作规律，发现断层的延伸长度与落差基本成正比例关系，即落差大的断层延伸距离一般较长，落差小的延伸较短。由此可以根据对大量实际揭露断层的延伸长度统计分析，求出比例系数K。
所述的预设的比例关系式具体为：L=K*H；
公式中各元素的含义如下：
式中：L为断层延伸长度；
H为断层落差。
根据该规律预测断层发育情况，一般采用的方法是结合三维物探资料及相邻巷道已揭露断层走向进行分析，定位一个小的范围（比如预计XX导线点前50-70m将发育该断层）。
步骤S2，根据预计断层位置及落差，进行钻探设计，利用钻探手段进行验证。
钻探设计中首先沿掘进方向的煤层倾角进行设计2-3个钻孔，钻孔施工至见矸后可以判定断层面的位置；
其次根据预计落差设计1-2个仰角或俯角钻孔，钻孔穿盘见煤后（钻进岩性变化为煤--矸--煤）进而可以判定断层实际落差。
步骤S3，根据钻探探明的断层位置及落差在未揭露断层面前即开始提前变坡找煤。
根据钻探成果通过CAD作图分析，合理制定变坡施工设计，主要包括提前多少距离变坡，施工角度，预计施工多少米见煤。
通过提前过断层施工巧妙减少了掘进过程中断层带的揭露面积，保证过断层施工安全，提高了掘进效率，最大限度减少断层造成的储量损失，缓解矿井生产接续紧张。
以安居煤矿为例：安居煤矿隶属于济宁矿业集团有限公司，为地方国有企业。安居煤矿属地质条件复杂矿井，主采煤层为3#煤，煤层赋存-820m-1800m。一采区实际揭露煤层平均厚2.5m，矿井自投产以来，井下开拓布局受构造影响较大，采掘中揭露大中小型断层层出不穷，严重影响了矿井的安全生产，复杂的地质条件导致某些工作面在掘进时不得不穿过落差6-15m左右的中型断层，而回采时为避免大面积割矸，又必须重新开切眼搬家，增加了现场工作量，同时造成了断层附近较大面积储量损失。
安居煤矿1304工作面轨道顺槽先开门掘进施工，掘进过程中已揭露A76断层（落差约8m），皮带顺槽掘进比较滞后，根据断层延伸规律，预计该断层一般延伸48*8=384m，因此预计皮带顺槽肯定会揭露该断层。为保证施工安全和提高掘进效率的同时，最大限度减少断层造成的储量损失，缓解矿井生产接续紧张，特此研发了一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法。
作为本发明的一个实施实例，在对1304工作面过A76断层施工时，具体根据如下步骤：
步骤S1，通过相邻巷道1304轨道顺槽实际揭露A76断层情况对待掘进巷道1304皮带顺槽进行超前地质预测分析，提前分析掘进过程中断层发育情况。
通过总结日常地质工作规律，发现断层的延伸长度与落差基本成正比例关系，即落差大的断层延伸距离一般较长，落差小的延伸较短。由此可以根据对大量实际揭露断层的延伸长度统计分析，求出比例系数K。
所述的预设的比例关系式具体为：L=K*H；
公式中各元素的含义如下：
式中：L为断层延伸长度（单位：m）；
H为断层落差（单位：m）。
经统计计算得出K值一般取34-60，平均48，该值可以作为断层延伸长度的计算标准。
由于1304轨道顺槽先开门掘进施工，掘进过程中已揭露A76断层（落差约8m），皮带顺槽掘进比较滞后。
根据断层延伸规律，预计该断层一般延伸48*8=384m，远大于工作面宽度120m，工作因此预计皮带顺槽肯定会揭露该断层，通过作图分析，预计6#导线点前55m将发育该断层，预计断层落差5-10m。
步骤S2，根据预计断层位置及落差，进行钻探设计，利用钻探手段进行验证。
在1304皮带顺槽施工至预计断层位置提前30m处暂停掘进，利用钻机进行超前钻探。
钻探设计中首先沿掘进方向的煤层倾角+2°设计2个钻孔，钻孔分别施工至（35m和35.6m）见矸。
因此可以判定断层面的位置位于停头位置点前35.3m处。
其次根据预计落差设计2个仰角（+15°及+10°）钻孔，钻孔穿盘见煤后（钻进岩性变化为煤--矸--煤），可以计算判定断层实际落差为9m。
步骤S3，根据钻探探明的断层位置及落差在未揭露断层面前即开始提前变坡找煤。
根据钻探成果通过CAD作图分析，合理制定变坡施工设计。
经作图分析，认为提前16m变坡按照+15°上山施工，预计施工约35m见煤。
1304工作面皮带顺槽采取提前过A76断层的施工方式，一是避免了施工硬度较大的煤层底板岩石，提高了掘进效率；二是减少了了因煤层揭露断层带来的断层破碎带范围，提高了现场施工的安全系数；三是可以提前揭露断层下盘的煤层，从而可以将原停采线位置延长约16m，按120m面宽，2.5m煤厚，1.4t/m3的容重计算，可以将工作面可采储量增大6720t，按现在的煤价600元/吨初步计算，企业可直接增收403万元，经济效益十分可观，并能在一定程度上缓解矿井紧张的接续局面。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1，在巷道掘进之前，通过相邻巷道实际揭露断层情况对待掘进巷道进行超前地质预测分析，预测分析得到所述巷道掘进过程中断层发育情况，具体为：断层位置及落差参数；
步骤S2，根据步骤S1对断层位置及落差参数的预测结果，进行钻探设计，并利用钻探手段进行验证所述步骤S1对断层位置及落差参数的预测结果，进行所述断层位置及落差参数的确定；
步骤S3，根据步骤S2钻探探明确定的断层位置及落差参数，合理制定变坡施工设计参数，在未揭露断层面前即开始提前变坡找煤。
2.如权利要求1所述的一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法，其特征在于：步骤S1中，按照预设的比例关系式计算断层延伸长度；所述预设的比例关系式用于表征所述断层落差与断层延伸长度之间的正比例关系。
3.如权利要求2所述的一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法，其特征在于：所述的预设的比例关系式具体为：
L=K*H；
公式中各元素的含义如下：
式中：L为断层延伸长度；
H为断层落差；
K为比例系数。
4.如权利要求1所述的一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法，其特征在于：步骤S2中，钻探设计中首先沿巷道掘进方向的煤层倾角进行设计2-3个钻孔，钻孔施工至见矸后可以判定断层面的位置。
5.如权利要求4所述的一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法，其特征在于：步骤S2中，根据预计断层落差设计1-2个仰角或俯角钻孔，钻孔穿盘见煤后（钻进岩性变化为煤--矸--煤）进而可以判定断层实际落差。
6.如权利要求1所述的一种煤矿顺槽掘进提前过断层施工方法，其特征在于：步骤S3中，根据钻探成果，确定的断层位置及落差参数，通过CAD作图分析，合理制定变坡施工设计参数，主要包括提前多少距离变坡，施工角度，预计施工多少米见煤。
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