CN113653491B - 一种煤层群的冲击地压井下防治方法 - Google Patents

一种煤层群的冲击地压井下防治方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种煤层群的冲击地压井下防治方法，将煤层群分成多个分组，每个分组最上部为薄煤层，自上而下依次开采，并利用薄煤层开采产生的卸压作用对下一层位的煤层直接进行开采，如此循环。在薄煤层的开采巷道内向上施工顶板致裂钻孔致裂煤层群上部以及各煤层组之间的厚硬岩层，向下施工卸压抽采一体孔对下一层位煤层致裂卸压并对瓦斯进行预抽。薄煤层采用螺旋钻采工艺大大降低冲击地压产生时造成的危险，在螺旋钻采后利用定向爆破钻孔爆破煤柱形成冲击地压缓冲层。本发明将所有的卸压、瓦斯抽采工作集中于最上部的薄煤层中，尤其是最上部的薄煤层的开采巷道中，一巷四用，集成化程度高。

Description

一种煤层群的冲击地压井下防治方法
技术领域
本发明涉及煤矿开采中的冲击地压领域，具体涉及一种煤层群的冲击地压井下防治方法。
背景技术
煤炭是我国主体能源之一，然而随着煤炭开采年限的增加，矿井将进入深部开发阶段。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。地面施工钻井进行水力压裂是最常用的冲击地压防治手段之一，但是很多时候理想的钻井施工位置在地面往往不具备施工条件，受设备运移以及水源影响，有些地形条件下甚至根本不具备地面钻井施工条件，因此对于煤层群开采条件下，如何仅进行井下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，本发明提供了一种煤层群的冲击地压井下防治方法，包括如下步骤：
S1，将煤层群整体自上而下分为多个煤层组，每个煤层组内包含多个煤层，煤层组内最上部的煤层为薄煤层，煤层组内的煤层构成近距离煤层，所述近距离煤层是要求煤层组内上一层位的煤层开采后至少可以对其下一层位的煤层产生卸压作用；
S2，在煤层群整体内，自上而下依次进行各煤层组的开采；在煤层组内，自上而下依次进行各煤层的开采，即在煤层组内首先开采最上部的薄煤层；
S3，在煤层组内的最上部的薄煤层内沿煤层走向进行巷道掘进，掘进出开采巷道；在开采巷道内向上施工顶板致裂钻孔，通过顶板致裂钻孔致裂煤层群上部以及各煤层组之间的厚硬岩层；在开采巷道内向下施工针对下一层位煤层的卸压抽采一体孔，通过卸压抽采一体孔致裂下一层位煤层，之后通过卸压抽采一体孔对下一层位煤层内的瓦斯进行预抽采；
优选的，所述顶板致裂钻孔沿着开采巷道间隔且成排布置，每排顶板致裂钻孔成羽状形式，其孔口位于开采巷道内，孔底施工至厚硬岩层位置，致裂后可以形成间隔的平行于煤层倾向的的断裂面。
优选的，所述卸压抽采一体孔沿着开采巷道间隔且成排布置，每排卸压抽采一体孔成羽状形式，其孔口位于开采巷道内，孔底施工至下一层位煤层位置；
优选的，其中一个卸压抽采一体孔的孔底施工至下一层位煤层的回风巷道处；进一步，在开采巷道内向下施工针对其余煤层的上隅角瓦斯抽采孔，其孔口位于开采巷道内，孔底分别施工至其余煤层的回风巷道处。
S4，开采煤层组内最上部的薄煤层，采用螺旋钻采工艺进行开采；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。
S5，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；
S6，直接进行下一层位煤层的开采，无需进行进一步的卸压工作，开采时通过最上部薄煤层内的开采巷道以及卸压抽采一体孔进行瓦斯抽采，此时开采巷道为下一层位煤层回采时的瓦斯顶抽巷；
S7，自上而下依次直接开采煤层组内的其余煤层，无需进行进一步的卸压工作，开采时通过最上部薄煤层内的开采巷道以及卸压抽采一体孔、上隅角瓦斯抽采孔进行瓦斯抽采，此时开采巷道为煤层组内其余煤层回采时的瓦斯顶抽巷；
S8，按照步骤S3-S7的方式自上而下依次开采下部的煤层组。
优选的，各煤层组内最上部薄煤层的开采宽度为下部煤层的工作面开采宽度的一半，即下部煤层的每个工作面对应最上部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。
优选的，煤层组内最上部的薄煤层可以用薄层软岩代替，以解决煤层组内没有薄煤层的问题。
有益效果：1、本发明将煤层群分成多个分组，每个分组最上部为薄煤层，在每个分组内自上而下依次开采，即首先开采薄煤层，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；之后利用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，如此循环直至采完该煤层组。而煤层组间自上而下依次开采是由于上部的煤层组埋深相对较浅，其产生冲击地压的可能性相对较低，冲击产生的能量较低，且上部煤层组开采对于下部煤层组而言破坏了下部煤层组上方的覆岩，降低了上方覆岩存在厚硬岩层而产生冲击地压的可能。
2、进一步的，本发明利用薄煤层的开采巷道作为施工空间，向上施工顶板致裂钻孔致裂煤层群上部以及各煤层组之间的厚硬岩层，以此解决由于厚硬岩层存在产生冲击地压的诱因，使得煤层群整体的开采范围内皆不存在厚硬岩层（煤层组间厚硬岩层采用顶板致裂钻孔致裂，煤层组内厚硬岩层受煤层开采影响致裂）。由于煤层组内首采层为薄煤层，其对于下一层位煤层的卸压效果可能有不足之处，因此通过施工卸压抽采一体孔可以对下一层位煤层致裂卸压，防止下一层位煤层积聚弹性能；之后通过卸压抽采一体孔对下一层位煤层的瓦斯进行预抽采，解决冲击地压伴生的瓦斯突出问题。
3、本发明各煤层组内最上部的煤层为薄煤层，另一个重要原因在于，想要利用薄煤层的螺旋钻采工艺进行最上部薄煤层的开采；在各煤层组内最上部的薄煤层开采时并没有进行卸压工作，虽然煤层薄，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。并且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，另一方面也可以将薄煤层开采后的完全垮落的采空区作为下部煤层开采时的冲击地压缓冲层。
4、本发明仅在井下进行冲击地压防治工作，将所有的卸压、瓦斯抽采工作集中于最上部的薄煤层中，尤其是最上部的薄煤层的开采巷道中，开采巷道是煤层群上部以及各煤层组之间厚硬岩层的致裂钻孔施工空间、是底部卸压抽采一体孔和上隅角瓦斯抽采孔施工空间、是最上部薄煤层开采时的工作空间，是下部煤层开采时的顶抽巷，一巷四用，集成化程度高。此外，卸压抽采一体孔一方面可以作为下一层位煤层的瓦斯预抽孔，另一方面与顶抽巷配合提高下部煤层与顶抽巷的连通性，同时针对上隅角瓦斯问题设计了有针对性的卸压抽采一体孔和上隅角瓦斯抽采孔。
具体实施方式
一种煤层群的冲击地压井下防治方法，包括如下步骤：
S1，将煤层群整体自上而下分为多个煤层组，每个煤层组内包含多个煤层，煤层组内最上部的煤层为薄煤层，煤层组内的煤层构成近距离煤层，所述近距离煤层是要求煤层组内上一层位的煤层开采后至少可以对其下一层位的煤层产生卸压作用；
S2，在煤层群整体内，自上而下依次进行各煤层组的开采；在煤层组内，自上而下依次进行各煤层的开采，即在煤层组内首先开采最上部的薄煤层；
S3，在煤层组内的最上部的薄煤层内沿煤层走向进行巷道掘进，掘进出开采巷道；在开采巷道内向上施工顶板致裂钻孔，通过顶板致裂钻孔致裂煤层群上部以及各煤层组之间的厚硬岩层；在开采巷道内向下施工针对下一层位煤层的卸压抽采一体孔，通过卸压抽采一体孔致裂下一层位煤层，之后通过卸压抽采一体孔对下一层位煤层内的瓦斯进行预抽采；
优选的，所述顶板致裂钻孔沿着开采巷道间隔且成排布置，每排顶板致裂钻孔成羽状形式，其孔口位于开采巷道内，孔底施工至厚硬岩层位置，致裂后可以形成间隔的平行于煤层倾向的（垂直于开采巷道长度方向）的断裂面。
优选的，所述卸压抽采一体孔沿着开采巷道间隔且成排布置，每排卸压抽采一体孔成羽状形式，其孔口位于开采巷道内，孔底施工至下一层位煤层位置；
优选的，其中一个卸压抽采一体孔的孔底施工至下一层位煤层的回风巷道处；进一步，在开采巷道内向下施工针对其余煤层的上隅角瓦斯抽采孔，其孔口位于开采巷道内，孔底分别施工至其余煤层的回风巷道处。
S4，开采煤层组内最上部的薄煤层，采用螺旋钻采工艺进行开采；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。
S5，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；
S6，进行下一层位煤层的开采，由于下一层位煤层上部的厚硬岩层已经致裂，且上部的薄煤层开采产生了卸压作用，因此其无需进行进一步的卸压工作，按照常规方式进行回采即可；开采时通过最上部薄煤层内的开采巷道以及卸压抽采一体孔进行瓦斯抽采，此时开采巷道为下一层位煤层回采时的瓦斯顶抽巷，卸压抽采一体孔可以提高下一层位煤层与顶抽巷的连通性；
S7，自上而下依次开采煤层组内的其余煤层，无需进行进一步的卸压工作，按照常规方式（如长壁全部垮落法）进行回采即可；开采时通过最上部薄煤层内的开采巷道以及卸压抽采一体孔、上隅角瓦斯抽采孔进行瓦斯抽采，此时开采巷道为煤层组内其余煤层回采时的瓦斯顶抽巷，卸压抽采一体孔、上隅角瓦斯抽采孔可以提高下部煤层与顶抽巷的连通性；
S8，按照步骤S3-S7的方式自上而下依次开采下部的煤层组。
优选的，各煤层组内最上部薄煤层的开采宽度，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，为下部煤层的工作面开采宽度的一半，即下部煤层的每个工作面对应最上部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。
优选的，煤层组内最上部的薄煤层可以用薄层软岩代替，以解决煤层组内没有薄煤层的问题。
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 (6)

1.一种煤层群的冲击地压井下防治方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将煤层群整体自上而下分为多个煤层组，每个煤层组内包含多个煤层，煤层组内最上部的煤层为薄煤层，煤层组内的煤层构成近距离煤层，所述近距离煤层是要求煤层组内上一层位的煤层开采后至少可以对其下一层位的煤层产生卸压作用；
S2，在煤层群整体内，自上而下依次进行各煤层组的开采；在煤层组内，自上而下依次进行各煤层的开采，即在煤层组内首先开采最上部的薄煤层；
S3，在煤层组内的最上部的薄煤层内沿煤层走向进行巷道掘进，掘进出开采巷道；在开采巷道内向上施工顶板致裂钻孔，通过顶板致裂钻孔致裂煤层群上部以及各煤层组之间的厚硬岩层；在开采巷道内向下施工针对下一层位煤层的卸压抽采一体孔，通过卸压抽采一体孔致裂下一层位煤层，之后通过卸压抽采一体孔对下一层位煤层内的瓦斯进行预抽采；
在开采巷道内向下施工针对其余煤层的上隅角瓦斯抽采孔，其孔口位于开采巷道内，孔底分别施工至其余煤层的回风巷道处；
S4，开采煤层组内最上部的薄煤层，采用螺旋钻采工艺进行开采；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；
S5，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；
S6，直接进行下一层位煤层的开采，无需进行进一步的卸压工作，开采时通过最上部薄煤层内的开采巷道以及卸压抽采一体孔进行瓦斯抽采，此时开采巷道为下一层位煤层回采时的瓦斯顶抽巷；
S7，自上而下依次直接开采煤层组内的其余煤层，无需进行进一步的卸压工作，开采时通过最上部薄煤层内的开采巷道以及卸压抽采一体孔、上隅角瓦斯抽采孔进行瓦斯抽采，此时开采巷道为煤层组内其余煤层回采时的瓦斯顶抽巷；
S8，按照步骤S3-S7的方式自上而下依次开采下部的煤层组。
2.根据权利要求1所述的冲击地压井下防治方法，其特征在于，步骤S3中，所述顶板致裂钻孔沿着开采巷道间隔且成排布置，每排顶板致裂钻孔成羽状形式，其孔口位于开采巷道内，孔底施工至厚硬岩层位置，致裂后可以形成间隔的平行于煤层倾向的的断裂面。
3.根据权利要求1所述的冲击地压井下防治方法，其特征在于，步骤S3中，所述卸压抽采一体孔沿着开采巷道间隔且成排布置，每排卸压抽采一体孔成羽状形式，其孔口位于开采巷道内，孔底施工至下一层位煤层位置；其中一个卸压抽采一体孔的孔底施工至下一层位煤层的回风巷道处。
4.根据权利要求1所述的冲击地压井下防治方法，其特征在于，步骤S4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所述的冲击地压井下防治方法，其特征在于，各煤层组内最上部薄煤层的开采宽度为下部煤层的工作面开采宽度的一半，即下部煤层的每个工作面对应最上部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。
6.根据权利要求1所述的冲击地压井下防治方法，其特征在于，煤层组内最上部的薄煤层可以用薄层软岩代替，以解决煤层组内没有薄煤层的问题。
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