CN113653490A - 一种近距离煤层群冲击地压地面防治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种近距离煤层群冲击地压地面防治方法，将近煤层群分成最下位的薄煤层、下部煤层组、上部煤层组。首先利用螺旋钻采工艺开采最下位的薄煤层，降低冲击地压产生时造成的危险，且创造性的提出沿着开采巷道轴向施工掏煤定向钻孔进行掏煤卸压，防止巷道掘进时产生冲击。利用最下位的薄煤层开采产生的卸压作用自上而下依次开采下部煤层组，自下而上依次开采上部煤层组。通过水力压裂钻孔致裂近距离煤层群上部覆岩内的厚硬岩层，解决厚硬岩层导致冲击地压的可能，煤层群内的卸压工作则是利用上一开采煤层开采产生的卸压作用，水力压裂钻孔还作为煤层群开采时的瓦斯抽采钻孔，一孔两用；此外最下位薄煤层的开采巷道也是一巷两用。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采中的冲击地压领域，具体涉及一种近距离煤层群冲击地压地面防治方法。
背景技术
随着煤炭开采年限的增加，矿井将进入深部开发阶段，而随着采深的增加，以冲击地压为代表的地下动力灾害发生的频率和强度逐渐增加。煤矿冲击地压是煤岩体在开采过程中发生失稳破坏，使积聚的弹性能瞬间释放的动力灾害现象。切顶卸压、井下钻孔致裂（厚硬岩层和煤层）、充填开采是最常用的冲击地压防治手段，但是切顶卸压、井下钻孔致裂需在井下施工钻孔，施工位置一般位于回采巷道内，因此施工空间有限，导致施工设备的使用受限，钻孔施工的数量、致裂的强度和远度都受影响，且井下施工钻孔易与其它常规采煤工作产生冲突，而充填开采存在成本高的问题；因此对于煤层群开采条件下，如何仅进行地面的冲击地压防治形成了挑战，且冲击地压条件下常常伴有瓦斯突出问题，这也是亟需一起解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种近距离煤层群冲击地压地面防治方法，所述近距离煤层群是要求煤层群内某一层位的煤层开采后至少可以对其下一层位的煤层及至少可以对其上一层位的煤层产生卸压作用，包括如下步骤：
S1，确定近距离煤层群内最下位的薄煤层，并基于该最下位的薄煤层将近距离煤层群分为位于最下位的薄煤层上部的上部煤层组和位于最下位的薄煤层下部的下部煤层组；
S2，自地面施工水力压裂钻孔，水力压裂钻孔深度施工至最下位的薄煤层开采后的导水裂隙带内，通过水力压裂钻孔致裂近距离煤层群上部的覆岩内的厚硬岩层；
优选的，通过水力压裂在厚硬岩层内形成水平压裂缝以将厚硬岩层分层或者通过水力压裂在厚硬岩层内形成垂直压裂缝以将厚硬岩层分块。
S3，自地面施工掏煤定向钻孔，掏煤定向钻孔的水平段位于最下位的薄煤层内，且沿着设计的开采巷道的轴向方向延伸，并与开采巷道的轴向中心线同心，利用掏煤定向钻孔进行掏煤工作；
优选的，掏煤工作包括机械扩孔掏煤工序、高压水射流切割掏煤工序和空气动力造穴掏煤工序。
S4，在最下位的薄煤层内沿着掏煤定向钻孔水平段的延伸方向进行设计的开采巷道的掘进工作；
S5，采用螺旋钻采工艺开采最下位的薄煤层，将螺旋钻采煤机布置于开采巷道内，并配备螺旋钻采煤机工作所需的配套设备；沿着开采巷道长度方向间隔钻采开采巷道两侧的薄煤层，每钻采第一宽度的采煤段后留设第二宽度的煤柱，形成沿着开采巷道长度方向间隔分布的钻采条带采空区和煤柱；
优选的，钻采条带采空区内的钻采孔要及时封闭支护，可以在钻采孔的孔口支设木点柱封闭支护。
S6，在开采巷道内沿着煤柱长度方向施工定向爆破钻孔，当开采巷道两侧的薄煤层采用螺旋钻采工艺开采完毕后，通过定向爆破钻孔爆破煤柱，使得煤柱爆破后的煤抛掷至钻采条带采空区内；
S7，自上而下采用全部垮落法依次开采下部煤层组内的煤层，开采时利用水力压裂钻孔进行瓦斯抽采，和/或开采时通过最下位的薄煤层内的开采巷道进行瓦斯抽采，此时开采巷道为下部煤层组内煤层回采时的瓦斯顶抽巷；
S8，自下而上采用全部垮落法依次开采上部煤层组内的煤层，开采时利用水力压裂钻孔进行瓦斯抽采。
优选的，最下位的薄煤层的开采宽度，即一个开采巷道可以开采的宽度，即一个开采巷道两侧的钻采深度之和，为下部煤层组内各煤层工作面开采宽度的一半，即下部煤层组的每个工作面对应最下位的薄煤层的两个开采巷道，并使得一个开采巷道位于下部煤层工作面的回风巷道处上方，一个位于工作面的中部上方。
有益效果：1、本发明将近煤层群分成最下位的薄煤层、其下部的下部煤层组、其上部的上部煤层组。首先开采最下位的薄煤层，薄煤层开采强度较低，产生冲击地压的可能性较低，冲击产生的能量较低。且利用螺旋钻采工艺开采，作为首采层，最下位的薄煤层开采时并没有进行卸压工作，虽然冲击倾向性低，但是仍然具有产生冲击地压的危险，而薄煤层螺旋钻采工艺工人无需进入工作面，利用螺旋钻采煤机在开采巷道内完成工作面的破煤、装煤、运煤工序，大大降低冲击地压产生时造成的危险。此外，对于开采巷道的掘进工作，创造性的提出沿着开采巷道轴向施工掏煤定向钻孔进行掏煤卸压，防止巷道掘进时产生冲击危险。
2、对于下部煤层组，利用最下位的薄煤层开采产生的卸压作用（相当于开采解放层）对下一层位的煤层直接进行开采，无需进行进一步的卸压工作，如此循环直至采完。此外，在螺旋钻采后利用定向爆破钻孔爆破煤柱，一方面可以防止煤柱产生支撑作用削弱薄煤层开采产生的卸压作用，另一方面可以将薄煤层开采后的完全垮落的采空区作为下部煤层组煤层开采时的冲击地压缓冲层。
对于上部煤层组，利用最下位的薄煤层及下部煤层组开采产生的卸压作用自下而上依次进行煤层的直接开采，无需进行进一步的卸压工作。由于自下而上开采产生的卸压效果优于自上而下开采产生的效果，因此首采层选择了最下位的薄煤层而不是其他位置的薄煤层。
3、本发明将所有的卸压工作和主要的瓦斯抽采工作集中于地面，通过水力压裂钻孔致裂近距离煤层群上部的覆岩内的厚硬岩层，解决厚硬岩层导致冲击地压的可能，而煤层群内（首采的最下位薄煤层外）的卸压工作则是利用了上一开采煤层开采产生的卸压作用，同时水力压裂钻孔还作为煤层群开采时的瓦斯抽采钻孔，一孔两用，且水力压裂钻孔深度的设计也是特殊的。最下位的薄煤层的开采巷道既是开采时的工作空间，还是下部煤层组煤层开采时的顶抽巷，一巷两用。
具体实施方式
一种近距离煤层群冲击地压地面防治方法，所述近距离煤层群是要求煤层群内某一层位的煤层开采后至少可以对其下一层位的煤层及至少可以对其上一层位的煤层产生卸压作用，当然对于最上部的煤层而言至少可以对其下一层位的煤层产生卸压作用，对于最下部的煤层而言至少可以对其上一层位的煤层产生卸压作用；包括如下步骤：
S1，确定近距离煤层群内最下位的薄煤层，并基于该最下位的薄煤层将近距离煤层群分为位于最下位的薄煤层上部的上部煤层组和位于最下位的薄煤层下部的下部煤层组；
S2，自地面施工水力压裂钻孔，水力压裂钻孔深度施工至最下位的薄煤层开采后的导水裂隙带内，通过水力压裂钻孔致裂近距离煤层群上部的覆岩内的厚硬岩层；
优选的，通过水力压裂在厚硬岩层内形成水平压裂缝以将厚硬岩层分层或者通过水力压裂在厚硬岩层内形成垂直压裂缝以将厚硬岩层分块。
S3，自地面施工掏煤定向钻孔，掏煤定向钻孔的水平段位于最下位的薄煤层内，且沿着设计的开采巷道的轴向方向（长度方向）延伸，并与开采巷道的轴向中心线同心，利用掏煤定向钻孔进行掏煤工作；
优选的，掏煤工作包括机械扩孔掏煤工序、高压水射流切割掏煤工序和空气动力造穴掏煤工序；机械扩孔掏煤是根据煤层机械强度低、脆性大、易破碎的特点，使用机械扩孔钻头对煤层进行切割、造穴的方法，可以采用三级扩孔掏煤；高压水射流切割掏煤的目的是在机械扩孔的基础上继续对煤层进行切割，同时利用射流的搅动作用，提高煤屑的上返能力，增大洞穴体积；空气动力造穴是在钻开煤层段后，从井口注入气体或气水混合物，进行憋压，待井内压力上升到一定值后，突然卸压，使煤层的原始应力状态发生突变，从而使煤层崩落形成一个稳定的洞穴。之后再利用空压机压风洗井，将脱落的煤粉或煤粒返排至地面，扩大洞穴体积。
S4，在最下位的薄煤层内沿着掏煤定向钻孔水平段的延伸方向进行设计的开采巷道的掘进工作，开采巷道沿着走向布置；
S5，采用螺旋钻采工艺开采最下位的薄煤层，将螺旋钻采煤机布置于开采巷道内，并配备刮板输送机等螺旋钻采煤机工作所需的配套设备；沿着开采巷道长度方向间隔钻采开采巷道两侧的薄煤层，每钻采第一宽度的采煤段后留设第二宽度的煤柱，形成沿着开采巷道长度方向间隔分布的钻采条带采空区和煤柱；
优选的，采煤段/钻采条带采空区内的钻采孔要及时封闭支护，可以在钻采孔的孔口支设木点柱封闭支护。
S6，在开采巷道内沿着煤柱长度方向施工定向爆破钻孔，当开采巷道两侧的薄煤层采用螺旋钻采工艺开采完毕后，通过定向爆破钻孔爆破煤柱，使得煤柱爆破后的煤抛掷至钻采条带采空区内；
S7，自上而下采用全部垮落法依次开采下部煤层组内的煤层，开采时利用水力压裂钻孔进行瓦斯抽采，和/或开采时通过最下位的薄煤层内的开采巷道进行瓦斯抽采，此时开采巷道为下部煤层组内煤层回采时的瓦斯顶抽巷；
S8，自下而上采用全部垮落法依次开采上部煤层组内的煤层，开采时利用水力压裂钻孔进行瓦斯抽采。
优选的，最下位的薄煤层的开采宽度，即一个开采巷道可以开采的宽度，即一个开采巷道两侧的钻采深度之和，为下部煤层组内各煤层工作面开采宽度的一半，即下部煤层组的每个工作面对应最下位的薄煤层的两个开采巷道，并使得一个开采巷道位于下部煤层工作面的回风巷道处上方，一个位于工作面的中部上方。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种近距离煤层群冲击地压地面防治方法，所述近距离煤层群是要求煤层群内某一层位的煤层开采后至少可以对其下一层位的煤层及至少可以对其上一层位的煤层产生卸压作用，其特征在于，包括如下步骤：
S1，确定近距离煤层群内最下位的薄煤层，并基于该最下位的薄煤层将近距离煤层群分为位于最下位的薄煤层上部的上部煤层组和位于最下位的薄煤层下部的下部煤层组；
S2，自地面施工水力压裂钻孔，水力压裂钻孔深度施工至最下位的薄煤层开采后的导水裂隙带内，通过水力压裂钻孔致裂近距离煤层群上部的覆岩内的厚硬岩层；
S3，自地面施工掏煤定向钻孔，掏煤定向钻孔的水平段位于最下位的薄煤层内，且沿着设计的开采巷道的轴向方向延伸，并与开采巷道的轴向中心线同心，利用掏煤定向钻孔进行掏煤工作；
S4，在最下位的薄煤层内沿着掏煤定向钻孔水平段的延伸方向进行设计的开采巷道的掘进工作；
S5，采用螺旋钻采工艺开采最下位的薄煤层，将螺旋钻采煤机布置于开采巷道内，并配备螺旋钻采煤机工作所需的配套设备；沿着开采巷道长度方向间隔钻采开采巷道两侧的薄煤层，每钻采第一宽度的采煤段后留设第二宽度的煤柱，形成沿着开采巷道长度方向间隔分布的钻采条带采空区和煤柱；
S6，在开采巷道内沿着煤柱长度方向施工定向爆破钻孔，当开采巷道两侧的薄煤层采用螺旋钻采工艺开采完毕后，通过定向爆破钻孔爆破煤柱，使得煤柱爆破后的煤抛掷至钻采条带采空区内；
S7，自上而下采用全部垮落法依次开采下部煤层组内的煤层，开采时利用水力压裂钻孔进行瓦斯抽采，和/或开采时通过最下位的薄煤层内的开采巷道进行瓦斯抽采，此时开采巷道为下部煤层组内煤层回采时的瓦斯顶抽巷；
S8，自下而上采用全部垮落法依次开采上部煤层组内的煤层，开采时利用水力压裂钻孔进行瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的冲击地压地面防治方法，其特征在于，步骤S2中，通过水力压裂在厚硬岩层内形成水平压裂缝以将厚硬岩层分层或者通过水力压裂在厚硬岩层内形成垂直压裂缝以将厚硬岩层分块。
3.根据权利要求1所述的冲击地压地面防治方法，其特征在于，步骤S3中，掏煤工作包括机械扩孔掏煤工序、高压水射流切割掏煤工序和空气动力造穴掏煤工序。
4.根据权利要求1所述的冲击地压地面防治方法，其特征在于，步骤S5中，钻采条带采空区内的钻采孔要及时封闭支护，可以在钻采孔的孔口支设木点柱封闭支护。
5.根据权利要求1所述的冲击地压地面防治方法，其特征在于，最下位的薄煤层的开采宽度为下部煤层组内各煤层工作面开采宽度的一半，即下部煤层组的每个工作面对应最下位的薄煤层的两个开采巷道，并使得一个开采巷道位于下部煤层工作面的回风巷道处上方，一个位于工作面的中部上方。
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| GR01 | Patent grant | ||
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