專利名稱：利用水力切割預(yù)破頂煤提高開采率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高煤炭開采率的方法，尤其是一種利用水力切割預(yù)破頂煤提高開采率的方法。
背景技術(shù)：
放頂煤開采方法自20世紀(jì)7(Γ80年代出現(xiàn)以來(lái)已得到廣泛的應(yīng)用，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了采煤的工作效率。但是該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)部分煤層，如煤質(zhì)較為堅(jiān)硬、完整性較好的煤層，往往存在著頂煤難以完全放落、落煤塊度較大、開采率不高的問題，造成了大量的資源浪費(fèi)。針對(duì)這一問題，國(guó)內(nèi)外科技工作者提出許多方法進(jìn)行解決，如注水軟化、高壓注水致裂、深(淺)爆破等方法。這些方法在一定程度上減小了頂煤放落難度、提高了放頂煤開采率，但這些方法普遍存在著施工較為復(fù)雜、施工過(guò)程存在安全隱患的問題，同時(shí)在應(yīng)用上具有局限性。如注水軟化方法和高壓注水致裂方法所采用的注水封孔措施在頂板上難以實(shí)現(xiàn)，而且放頂有效性、時(shí)效性很差；深(淺)孔爆破方法對(duì)于在煤炭開采中普遍遇到的煤體與巖體緊貼的中薄煤層，不僅在施工操作上難度較大，而且會(huì)造成頂板巖體的破裂，落煤中存在大量的巖石雜質(zhì)，并嚴(yán)重破壞頂板的穩(wěn)定性，形成安全隱患。所以，有必要針對(duì)該工程難題，提出科學(xué)、方便、符合工程力學(xué)規(guī)律的方法，有效預(yù)破頂煤，減少放落難度，提高放頂煤開采率。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是針對(duì)較為堅(jiān)硬、完整性較好的頂板煤層，特別是針對(duì)與上部巖體緊貼的煤層放頂煤困難、開采率不高的問題，提供一種施工簡(jiǎn)單、時(shí)效性好、安全、有效提高頂煤開采率的采煤方法。技術(shù)方案:本發(fā)明利用水力切割預(yù)破頂煤提高開采率的方法，包括如下步驟:
a、用鉆機(jī)在液壓支架前的頂板煤體中打超前鉆孔至煤體和巖層的界面處；
b、拔出鉆桿，將前端安裝有高壓噴頭的高壓水管伸入超前鉆孔底部，打開閥門，高壓水射流按設(shè)定的壓強(qiáng)和流量對(duì)煤體沿橫向進(jìn)行水力切割，并勻速轉(zhuǎn)動(dòng)高壓水管，使高壓水射流沿采掘方向在煤體中切割出半圓形的橫向割縫，往復(fù)多次轉(zhuǎn)動(dòng)高壓水管，使切割出的橫向割縫達(dá)到設(shè)計(jì)半徑；
C、將伸入超前鉆孔中的高壓噴頭向下移動(dòng)一段距離，繼續(xù)對(duì)煤體進(jìn)行水力割縫達(dá)到設(shè)計(jì)半徑，重復(fù)水力切割多次，在超前鉆孔內(nèi)自上而下切割出多個(gè)橫向割縫；
d、重復(fù)步驟a、b、c，在采煤工作面上的頂板煤體中，沿采煤工作面按設(shè)定間距施工多個(gè)超前鉆孔，并利用水力在每個(gè)鉆孔中切割出多個(gè)橫向割縫；
e、隨著放頂煤施工的進(jìn)行，按步距將液壓支架向前移動(dòng)，并以該步距為排距，布置下一排超前鉆孔。所述的液壓支架移動(dòng)的步距為1000mnTl500mm ;所述的超前鉆孔的間距為1000mnTl500mm,直徑為150mnT200mm,鉆孔向米掘方向傾斜,傾角為60° 80° ;所述的橫向割縫(7)的豎向間距為300mnT500mm,厚度為10mnT20mm,半徑為500mnT750mm ;所述的高壓水射流壓強(qiáng)為20MPa 30MPa，流量為5(T70L/min。有益效果:本發(fā)明不但可以有效提高堅(jiān)硬、完整煤層的頂煤開采率，減小落煤的塊度，加快開采速度，而且施工簡(jiǎn)單方便、安全、時(shí)效性好。本發(fā)明一方面在頂板煤體中形成了眾多的讓壓區(qū)，改變煤體中的力學(xué)條件，促進(jìn)堅(jiān)硬煤體在超前集中應(yīng)力的作用下變形破裂，產(chǎn)生大量縱橫交錯(cuò)的裂隙；另一方面，橫向割縫減小了煤巖、煤煤的接觸面積，在頂板高應(yīng)力的作用下進(jìn)一步擠壓分界面上的煤體使其破碎，失去粘接能力，實(shí)現(xiàn)了人工分層，便于落煤。鉆孔、橫向割縫以及次生的大量裂隙將頂板煤層進(jìn)行了超前切割預(yù)破分塊，便于頂煤在自重作用下垮落，減少了因頂煤無(wú)法正常放落而造成的資源損失，且減小落煤的塊度可避免大塊落煤對(duì)液壓支架的損壞及對(duì)放煤口的堵塞。該方法可有效解決堅(jiān)硬、完整頂煤難以放落的難題，大大提高了頂煤開采率和開采施工進(jìn)度。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施布置圖。圖2是圖1中1-1的剖面圖。圖中:1_液壓支架，2-煤體，3-超前鉆孔，4-巖層，5-高壓噴頭，6-高壓水管；7-橫向割縫。
具體實(shí)施例方式如附圖所示:本發(fā)明利用水力切割預(yù)破頂煤提高開采率方法的操作步驟為:
①用鉆機(jī)在液壓支架I前的頂板煤體2中打超前鉆孔3至煤體2和巖層4的界面處；
②拔出鉆桿，將前端安裝有高壓噴頭5的高壓水管6伸入超前鉆孔3底部，打開閥門，使高壓水射流以壓強(qiáng)為20MPa 30MPa、流量為5(T70L/min對(duì)煤體2沿橫向進(jìn)行水力切割，并勻速轉(zhuǎn)動(dòng)高壓水管6，使高壓水射流沿采掘方向在煤體2中切割出半圓形的橫向割縫7，往復(fù)多次轉(zhuǎn)動(dòng)高壓水管6，使切割出的橫向割縫7達(dá)到設(shè)計(jì)半徑；
③將伸入超前鉆孔3中的高壓噴頭5向下移動(dòng)設(shè)定距離，繼續(xù)對(duì)煤體2進(jìn)行水力割縫達(dá)到設(shè)計(jì)半徑，重復(fù)水力切割多次，在超前鉆孔3內(nèi)自上而下切割出多個(gè)橫向割縫7 ;所述的橫向割縫7的豎向間距為300mnT500mm,厚度為10mnT20mm,半徑為500mnT750mm ;利用高壓水射流在切割橫向割縫7時(shí)，每個(gè)橫向割縫7所需時(shí)間約為5mirTl0min，并往復(fù)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)高壓噴頭5 20回次；
④重復(fù)步驟①、②、③，在采煤工作面上的頂板煤體2中，沿采煤工作面以設(shè)定間距施工多個(gè)超前鉆孔3，并利用水力在每個(gè)鉆孔中切割出多個(gè)橫向割縫7 ;
⑤隨著放頂煤施工的進(jìn)行，按1000mnTl500mm的步距將液壓支架I向前移動(dòng)，并以該步距為排距，布置下一排超前鉆孔3,超前鉆孔3的間距為1000mnTl500mm,直徑為150mnT200mm，鉆孔向采掘方向傾斜，傾角為60° 80°。
權(quán)利要求
1.一種利用水力切割預(yù)破頂煤提高開采率的方法，其特征在于，包括如下步驟: a、用鉆機(jī)在液壓支架(I)前的頂板煤體(2)中打超前鉆孔(3)至煤體(2)和巖層(4)的界面處； b、拔出鉆桿，將前端安裝有高壓噴頭(5)的高壓水管(6)伸入超前鉆孔(3)底部，打開閥門，高壓水射流按設(shè)定的壓強(qiáng)和流量對(duì)煤體(2)沿橫向進(jìn)行水力切割，并勻速轉(zhuǎn)動(dòng)高壓水管(6)，使高壓水射流沿采掘方向在煤體(2)中切割出半圓形的橫向割縫(7)，往復(fù)多次轉(zhuǎn)動(dòng)高壓水管(6)，使切割出的橫向割縫(7)達(dá)到設(shè)計(jì)半徑； C、將伸入超前鉆孔(3)中的高壓噴頭(5)向下移動(dòng)設(shè)定距離，繼續(xù)對(duì)煤體(2)進(jìn)行水力割縫達(dá)到設(shè)計(jì)半徑，重復(fù)水力切割多次，在超前鉆孔(3)內(nèi)自上而下切割出多個(gè)橫向割縫(7)； d、重復(fù)步驟a、b、c，在采煤工作面上的頂板煤體(2)中，沿采煤工作面按設(shè)定間距施工多個(gè)超前鉆孔(3)，并利用水力在每個(gè)鉆孔中切割出多個(gè)橫向割縫(7); e、隨著放頂煤施工的進(jìn)行，按步距將液壓支架(I)向前移動(dòng)，并以該步距為排距，布置下一排超前鉆孔(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水力切割預(yù)破頂煤提高開采率的方法，其特征在于:所述的液壓支架(I)移動(dòng)的步距為IOOOmnT1500mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水力切割預(yù)破頂煤提高開采率的方法，其特征在于:所述的超前鉆孔(3)的間距為1000mnTl500mm，直徑為150mnT200mm，鉆孔向采掘方向傾斜，傾角為60° 80°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水力切割預(yù)破頂煤提高開采率的方法，其特征在于:所述的橫向割縫(7)的豎向間距為300mm 500mm,厚度為IOmm 20mm,半徑為500mm 750mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水力切割預(yù)破頂煤提高開采率的方法，其特征在于:所述的高壓水射流壓強(qiáng)為20MPa 30MPa，流量為5(T70L/min。
全文摘要
一種利用水力切割預(yù)破頂煤提高開采率的方法，針對(duì)較為堅(jiān)硬、完整的頂板煤層，特別是針對(duì)與上部巖體緊貼的煤層放頂煤困難、落煤塊度大、開采率不高的問題。在采煤工作面利用鉆機(jī)向頂板煤體中打超前鉆孔至煤巖交界面，將高壓水管伸入鉆孔中，利用高壓水沖擊力在頂煤中自上而下切割多個(gè)近水平的半圓形橫向割縫。線性分布的鉆孔在頂板煤體中形成了眾多的讓壓區(qū)，改變煤體中的力學(xué)條件，促進(jìn)堅(jiān)硬、完整煤體在超前集中應(yīng)力的作用下變形破裂，產(chǎn)生大量裂隙；橫向割縫減小了煤巖、煤煤的接觸面積，在頂板高應(yīng)力的作用下進(jìn)一步擠壓分界面上的煤體使其破碎，失去粘接能力，實(shí)現(xiàn)了人工分層，便于落煤。該方法簡(jiǎn)單快捷，可操作性強(qiáng)，時(shí)效性好，可有效加快采煤速度，提高頂煤開采率。
文檔編號(hào)E21C45/00GK103089269SQ20131002408
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者靖洪文, 曲天智, 楊旭旭, 陳坤福 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)