CN112127888B - 一种处理顶煤、直接顶和老顶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种处理顶煤、直接顶和老顶的方法，涉及采煤技术领域，包括以下步骤：步骤一，在开切眼沿开切眼长度方向施工多个第一致裂孔；步骤二，安装综采支架；步骤三，在第一致裂孔内安装第一二氧化碳致裂管，并利用第一二氧化碳致裂管致裂开切眼；步骤四，在回风巷内预先施工多个第二致裂孔，在运输巷内预先施工多个第三致裂孔；步骤五，在第二致裂孔和第三致裂孔内分别安装第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管，并利用第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管分别致裂回风巷和运输巷一部分；步骤六，开始采煤，采煤的同时致裂回风巷和运输巷的剩余部分。该方法适用高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井，同时不会产生有害气体。

Description

一种处理顶煤、直接顶和老顶的方法

技术领域

本发明涉及采煤技术领域，特别是涉及一种处理顶煤、直接顶和老顶的方法。

背景技术

煤矿开采过程中常用的处理顶煤、直接顶和老顶的方法是利用炸药和雷管爆破，其主要存在以下缺陷：

1、仅适用于低瓦斯矿井，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井，安全隐患极大，极易引起采空区和老塘瓦斯爆炸；

2、炸药和雷管爆炸产生大量的有害气体，危害工作人员身体健康。

因此，如何克服上述缺陷成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种处理顶煤、直接顶和老顶的方法，该方法不仅适用于低瓦斯矿井，还适用于高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井，同时不会产生有害气体。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种一种处理顶煤、直接顶和老顶的方法，包括以下步骤：步骤一，回风巷、运输巷以及开切眼施工完成后，在所述开切眼沿所述开切眼的长度方向施工多个第一致裂孔；步骤二，安装综采支架；步骤三，在所述第一致裂孔内安装第一二氧化碳致裂管，并利用所述第一二氧化碳致裂管致裂所述开切眼；步骤四，所述开切眼致裂完成后，在所述回风巷内自所述回风巷的迎头沿所述回风巷的长度方向一定距离预先施工多个第二致裂孔，在所述运输巷内自所述运输巷的迎头沿所述运输巷的长度方向一定距离预先施工多个第三致裂孔；步骤五，在所述第二致裂孔和所述第三致裂孔内分别安装第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管，并利用所述第二二氧化碳致裂管和所述第三二氧化碳致裂管分别预先致裂所述回风巷和所述运输巷一部分；步骤六，开始采煤，并将所述回风巷和所述运输巷的剩余部分均划分为多段，采煤的同时利用所述第二二氧化碳致裂管和所述第三二氧化碳致裂管分别逐段致裂所述回风巷和运输巷，直至所述回风巷和所述运输巷整体致裂完成。

优选地，所述步骤一和所述步骤四中，当需要致裂的最高位置位于所述顶煤时，所述第一致裂孔、所述第二致裂孔以及所述第三致裂孔均施工至距离所述直接顶1-1.5米，当需要致裂的最高位置位于所述直接顶时，所述第一致裂孔、所述第二致裂孔以及所述第三致裂孔均施工至距离老顶0.3-0.6米，当需要致裂的最高位置位于所述老顶时，所述第一致裂孔、所述第二致裂孔以及所述第三致裂孔均施工至距离所述老顶上边缘0.3-0.6米。

优选地，所述步骤三和所述步骤五中，所述第一致裂孔内沿所述第一致裂孔的长度方向串联连接多个第一二氧化碳致裂管，且多个所述第一二氧化碳致裂管在所述第一致裂孔内的分布位置对应于需要致裂的位置，所述第二致裂孔内沿所述第二致裂孔的长度方向串联连接多个第二二氧化碳致裂管，且多个所述第二二氧化碳致裂管在所述第二致裂孔内的分布位置对应于需要致裂的位置，所述第三致裂孔内沿所述第三致裂孔的长度方向串联连接多个第三二氧化碳致裂管，且多个所述第三二氧化碳致裂管在所述第三致裂孔内的分布位置对应于需要致裂的位置。

优选地，所述第一致裂孔的剩余位置设置第一导电杆，相邻的两个所述第一二氧化碳致裂管首尾相接相导通或者通过所述第一导电杆相导通，所述第二致裂孔的剩余位置设置第二导电杆，相邻的两个所述第二二氧化碳致裂管首尾相接相导通或者通过所述第二导电杆相导通，所述第三致裂孔的剩余位置设置第三导电杆，相邻的两个所述第三二氧化碳致裂管首尾相接相导通或者通过所述第三导电杆相导通。

优选地，所述第一致裂孔向采煤工作面推进方向倾斜，所述第二致裂孔相所述运输巷方向倾斜，所述第三致裂孔向所述回风巷方向倾斜。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的处理顶煤、直接顶和老顶的方法利用二氧化碳致裂管致裂开切眼、回风巷和运输巷对应的顶煤、直接顶和老顶，使得顶煤、直接顶和老顶形成薄弱裂隙带，随着采煤工作面的推进裂隙带长度逐渐增长，到达一定长度后裂隙带自动垮落填充采空区和老塘。二氧化碳致裂管致裂顶煤、直接顶和老顶属于物理变化，与炸药和雷管化学反应产生高温高压和有害气体不同，二氧化碳致裂管致裂顶煤、直接顶和老顶不产生高温和有害气体，不容易引起采空区和老塘瓦斯爆炸，同时不危害工作人员身体健康。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中第一致裂孔、第二致裂孔以及第三致裂孔的设置方式示意图；

图2为本发明实施例中利用第一致裂孔致裂顶煤时第一致裂孔的设置方式示意图；

图3为本发明实施例中利用第一致裂孔致裂直接顶时第一致裂孔的设置方式示意图；

图4为本发明实施例中利用第一致裂孔致裂老顶时第一致裂孔的设置方式示意图；

图5为本发明实施例中利用第一致裂孔致裂顶煤和老顶时第一致裂孔的设置方式示意图。

附图标记说明：1、回风巷；2、运输巷；3、开切眼；4、第一致裂孔；5、综采支架；6、第一二氧化碳致裂管；7、第一导电杆；8、第二致裂孔；9、第三致裂孔；10、直接顶；11、老顶。

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。

本发明的目的是提供一种既适用于低瓦斯矿井，又适用于高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井，同时不会产生有害气体的处理顶煤、直接顶和老顶的方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1-图5，本实施例提供的处理顶煤、直接顶和老顶的方法，包括以下步骤：步骤一，回风巷1、运输巷2以及开切眼3施工完成后，在开切眼3沿开切眼3的长度方向施工多个第一致裂孔4；步骤二，安装综采支架5；步骤三，在第一致裂孔4内安装第一二氧化碳致裂管6，并利用第一二氧化碳致裂管6致裂开切眼3(第一二氧化碳致裂管6通电)；步骤四，开切眼3致裂完成后，在回风巷1内自回风巷1的迎头沿回风巷1的长度方向一定距离预先施工多个第二致裂孔8，在运输巷2内自运输巷2的迎头沿运输巷2的长度方向一定距离预先施工多个第三致裂孔9；步骤五，在第二致裂孔8和第三致裂孔9内分别安装第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管，并利用第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管分别预先致裂回风巷1和运输巷2一部分(第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管通电)；步骤六，开始采煤，并将回风巷1和运输巷2的剩余部分均划分为多段，采煤的同时利用第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管分别逐段致裂回风巷1和运输巷2，直至回风巷1和运输巷2整体致裂完成。

需要说明的是，二氧化碳致裂管内部充装液态二氧化碳，二氧化碳致裂管通电后液态二氧化碳受热气化膨胀，快速释放高压气体，本发明正式利用该高压气体致裂顶煤、直接顶10和老顶11。二氧化碳致裂管的详细结构属于现有技术，在此不再赘述。

本实施例提供的处理顶煤、直接顶和老顶的方法利用二氧化碳致裂管致裂开切眼3、回风巷1和运输巷2对应的顶煤、直接顶10和老顶11，使得顶煤、直接顶10和老顶11形成薄弱裂隙带，随着采煤工作面的推进裂隙带长度逐渐增长，到达一定长度后，裂隙带形成的剪切力大于岩层的剪切力，裂隙带自动垮落填充采空区和老塘。二氧化碳致裂管致裂顶煤、直接顶10和老顶11属于物理变化，与炸药和雷管化学反应产生高温高压和有害气体不同，二氧化碳致裂管致裂顶煤、直接顶10和老顶11仅产生高压气体，不产生高温和有害气体，不容易引起采空区瓦斯爆炸，同时不危害工作人员身体健康。另外，二氧化碳致裂管可多次重复使用，使得成本大大降低，且二氧化碳致裂管是本质安全型设备，运输过程中是安全的。

于本实施例中，步骤六中首先利用第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管致裂回风巷1和运输巷2最靠近各自迎头的一段，沿着采煤工作面的推进方向依次致裂回风巷1和运输巷2。具体操作时，首先在回风巷1和运输巷2的对应段内沿各自的长度方向分别施工多个第二致裂孔8和多个第三致裂孔9，随后在各第二致裂孔8和第三致裂孔9内沿各自的轴线方向分别设置多个第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管，最后将各第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管通电，第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管即可完成回风巷1和运输巷2对应段的致裂。

于本实施例中，有的矿井煤层比较厚，但是直接顶10和老顶11不坚硬，只需要致裂综采支架5顶部的需要放顶煤的部分即可；有的矿井煤层比较软，老顶11也不太坚硬，直接顶10比较坚硬，这种情况矿井只需要致裂孔布置到直接顶10即可；有的矿井煤层和直接顶10均不太坚硬，而老顶11坚硬，这种情况需要把致裂孔布置到老顶11。

步骤一和步骤四中，当需要致裂的最高位置位于顶煤时，例如，仅需要处理顶煤时，第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9的孔终与直接顶10的距离均为1-1.5米(第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9的孔终与直接顶10的距离均为1-1.5米)，当需要致裂的最高位置位于直接顶10时，例如，既要处理顶煤，又要处理直接顶10时，第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9的孔终与老顶11的均为0.3-0.6米(第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9的孔终与老顶11的距离均为0.3-0.6米)，当需要致裂的最高位置位于老顶11时，例如，顶煤、直接顶10以及老顶11均需要处理时，第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9均施工至距离老顶11上边缘0.3-0.6米(第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9的孔终均距离老顶11上边缘0.3-0.6米)。

进一步地，第一致裂孔4内沿第一致裂孔4的长度方向串联连接多个第一二氧化碳致裂管6，且多个第一二氧化碳致裂管6在第一致裂孔4内的分布位置对应于需要致裂的位置，第二致裂孔8内沿第二致裂孔8的长度方向串联连接多个第二二氧化碳致裂管，且多个第二二氧化碳致裂管在第二致裂孔内的分布位置对应于需要致裂的位置，第三致裂孔9内沿第三致裂孔9的长度方向串联连接多个第三二氧化碳致裂管，且多个第三二氧化碳致裂管在第三致裂孔9内的分布位置对应于需要致裂的位置。

需要致裂哪一位置，二氧化碳致裂管设置于对应位置即可，步骤三和步骤五中，具体地，仅需要处理直接顶10时，第一二氧化碳致裂管6设置于第一致裂孔4对应于直接顶10的位置，第二二氧化碳致裂管设置于第二致裂孔8对应于直接顶10的位置，第三二氧化碳致裂管设置于第三致裂孔9对应于直接顶10的位置，仅需要处理老顶11时，第一二氧化碳致裂管6设置于第一致裂孔4对应于老顶11的位置，第二二氧化碳致裂管设置于第二致裂孔8对应于老顶11的位置，第三二氧化碳致裂管设置于第三致裂孔9对应于老顶11的位置。

于本实施例中，如果顶煤、直接顶10和老顶11比较坚硬，则可以在两个相邻的致裂孔之间补打一个致裂孔，且该致裂孔内不设置二氧化碳致裂管，这里两个相邻的致裂孔指的是两个相邻的第一致裂孔4、两个相邻的第二致裂孔8或者两个相邻的第三致裂孔9，对应的致裂管分别为第一二氧化碳致裂管6、第二二氧化碳致裂管或者第三二氧化碳致裂管。

于本实施例中，第一致裂孔4的剩余位置设置第一导电杆7，第二致裂孔8的剩余位置设置第二导电杆，第三致裂孔9的剩余位置设置第三导电杆，例如，当仅仅需要处理直接顶10时，第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9的剩余位置即第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9对应于顶煤的位置；仅需要处理老顶11时，第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9的剩余位置即第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9对应于顶煤和直接顶10的位置；需要处理顶煤和老顶11时，第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9的剩余位置即第一致裂孔4、第二致裂孔8以及第三致裂孔9对应于直接顶10的位置。相邻的两个第一二氧化碳致裂管6首尾相接相导通或者通过第一导电杆7相导通，相邻的两个第二二氧化碳致裂管首尾相接相导通或者通过第二导电杆相导通，相邻的两个第三二氧化碳致裂管首尾相接相导通或者通过第三导电杆相导通。如此设置，第一二氧化碳致裂管6与第一导电杆形成第一杆体，第一杆体的长度等于第一致裂孔4的长度，以方便将第一二氧化碳致裂管快速、精确地置入第一致裂孔4，且为了方便更换第一二氧化碳致裂管，第一二氧化碳致裂管之间以及第一二氧化碳致裂管与第一导电杆7之间均可拆卸连接；第二二氧化碳致裂管与第二导电杆形成第二杆体，第二杆体的长度等于第二致裂孔5的长度，以方便将第二二氧化碳致裂管快速、精确地置入第二致裂孔8，且为了方便更换第二二氧化碳致裂管，第二二氧化碳致裂管之间以及第二二氧化碳致裂管与第二导电杆之间均可拆卸连接；第三二氧化碳致裂管与第三导电杆形成第三杆体，第三杆体的长度等于第三致裂孔9的长度，以方便将第三二氧化碳致裂管快速、精确地置入第三致裂孔9，且为了方便更换第三二氧化碳致裂管，第三二氧化碳致裂管之间以及第三二氧化碳致裂管与第三导电杆之间均可拆卸连接。

需要说明的是二氧化碳致裂管之间如何在可拆卸连接的基础上实现相导通、以及二氧化碳致裂管与导电杆之间如何在可拆卸连接的基础上实现相导通均属于现有技术，例如，二氧化碳致裂管的两端以及导电杆的两端均设置用于电连接的电极，二氧化碳致裂管之间以及二氧化碳致裂管与导电杆之间螺纹连接；导电杆指的是能够导电的杆体，导电杆的具体结构同样属于现有技术，在此不再赘述。

于本实施例中，第一致裂孔4向采煤工作面推进方向倾斜，第二致裂孔8相运输巷2方向倾斜；第三致裂孔9向回风巷1方向倾斜。具体倾斜角度视情况而定。

需要说明的是，顶煤、直接顶10和老顶11较坚硬，且不易断裂，则造成采煤后采空区大面积不冒落，待顶煤、直接顶10和老顶11的悬臂到达一定长度和面积，其形成的剪切力大于岩层的剪切力时才开始断开，这时由于采空区面积大，顶煤、直接顶10和老顶11断裂冒空时，将采空区的空气瞬间排挤出采空区形成强大气流，形成矿难。

本实施例提供的处理顶煤、直接顶和老顶的方法利用二氧化碳致裂的方法在顶煤、直接顶10和老顶11的超前位置人为的制造出理想的薄软的裂隙带，使得顶煤、直接顶10和老顶11按照人为的理想长度有控制的规律性的垮落，消除大面积无法控制的顶煤、直接顶10和老顶11冒落造成的矿难。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种处理顶煤、直接顶和老顶的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，回风巷、运输巷以及开切眼施工完成后，在所述开切眼沿所述开切眼的长度方向施工多个第一致裂孔；

步骤二，安装综采支架；

步骤三，在所述第一致裂孔内安装第一二氧化碳致裂管，并利用所述第一二氧化碳致裂管致裂所述开切眼；

步骤四，所述开切眼致裂完成后，在所述回风巷内自所述回风巷的迎头沿所述回风巷的长度方向一定距离预先施工多个第二致裂孔，在所述运输巷内自所述运输巷的迎头沿所述运输巷的长度方向一定距离预先施工多个第三致裂孔；

步骤五，在所述第二致裂孔和所述第三致裂孔内分别安装第二二氧化碳致裂管和第三二氧化碳致裂管，并利用所述第二二氧化碳致裂管和所述第三二氧化碳致裂管分别预先致裂所述回风巷和所述运输巷一部分；

步骤六，开始采煤，并将所述回风巷和所述运输巷的剩余部分均划分为多段，采煤的同时利用所述第二二氧化碳致裂管和所述第三二氧化碳致裂管分别逐段致裂所述回风巷和运输巷，直至所述回风巷和所述运输巷整体致裂完成；

所述第一致裂孔的剩余位置设置第一导电杆，相邻的两个所述第一二氧化碳致裂管首尾相接相导通或者通过所述第一导电杆相导通，所述第二致裂孔的剩余位置设置第二导电杆，相邻的两个所述第二二氧化碳致裂管首尾相接相导通或者通过所述第二导电杆相导通，所述第三致裂孔的剩余位置设置第三导电杆，相邻的两个所述第三二氧化碳致裂管首尾相接相导通或者通过所述第三导电杆相导通。

2.根据权利要求1所述的处理顶煤、直接顶和老顶的方法，其特征在于，所述步骤一和所述步骤四中，当需要致裂的最高位置位于所述顶煤时，所述第一致裂孔、所述第二致裂孔以及所述第三致裂孔均施工至距离所述直接顶1-1.5米，当需要致裂的最高位置位于所述直接顶时，所述第一致裂孔、所述第二致裂孔以及所述第三致裂孔均施工至距离老顶0.3-0.6米，当需要致裂的最高位置位于所述老顶时，所述第一致裂孔、所述第二致裂孔以及所述第三致裂孔均施工至距离所述老顶上边缘0.3-0.6米。

3.根据权利要求2所述的处理顶煤、直接顶和老顶的方法，其特征在于，所述步骤三和所述步骤五中，所述第一致裂孔内沿所述第一致裂孔的长度方向串联连接多个第一二氧化碳致裂管，且多个所述第一二氧化碳致裂管在所述第一致裂孔内的分布位置对应于需要致裂的位置，所述第二致裂孔内沿所述第二致裂孔的长度方向串联连接多个第二二氧化碳致裂管，且多个所述第二二氧化碳致裂管在所述第二致裂孔内的分布位置对应于需要致裂的位置，所述第三致裂孔内沿所述第三致裂孔的长度方向串联连接多个第三二氧化碳致裂管，且多个所述第三二氧化碳致裂管在所述第三致裂孔内的分布位置对应于需要致裂的位置。

4.根据权利要求1所述的处理顶煤、直接顶和老顶的方法，其特征在于，所述第一致裂孔向采煤工作面推进方向倾斜，所述第二致裂孔向所述运输巷方向倾斜，所述第三致裂孔向所述回风巷方向倾斜。

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