一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，包括以下步驟：步驟一、在豎直方向上將急傾斜特厚煤層劃分為多個采煤層；步驟二、先在頂部采煤層上設(shè)置進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷以及切眼；步驟三、對所述頂部采煤層的煤體進(jìn)行第一次浸泡；步驟四、對所述頂部采煤層的煤體進(jìn)行爆破；步驟五、對頂部采煤層的煤體進(jìn)行第二次浸泡；步驟六、在對頂部采煤層的煤體進(jìn)行第二次浸泡的同時開始回采；步驟七、按照步驟二至步驟五所述方法對下一個采煤層進(jìn)行卸壓處理；多次重復(fù)步驟六，直至完成所有采煤層的煤體卸壓。該煤體卸壓方法采用先注液體浸泡、再爆破，最后再注入液體浸泡的方式，保證了開采率且確保了開采安全。
【專利說明】一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于采煤【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法。

【背景技術(shù)】
[0002]烏魯木齊礦區(qū)急傾斜(傾角為45°?87° )特厚煤層高階段(15.0m?30.0m)水平分段綜放工作面短，煤體含有大量瓦斯和硫化氫，易自燃。提高頂煤冒放性是實現(xiàn)急傾斜特厚煤層安全高效開采的關(guān)鍵技術(shù)之一。急傾斜特厚煤層深部開采擾動區(qū)巖移規(guī)律復(fù)雜，深部水平分段綜放面始終處于“三頂(頂空、頂水和頂火與瓦斯)”開采條件，深部煤巖動力學(xué)災(zāi)害控制是重大工程難題。頂煤弱化難點在于受煤層節(jié)理與裂隙傾角影響，傳統(tǒng)注水方法，無法較好地實現(xiàn)煤層保水壓裂，潤濕性難改善，破碎與弱化區(qū)域范圍控制難度較大，影響頂煤冒放性與安全高效開采。此外，針對急傾斜特厚煤層高階段放頂自身特點，國內(nèi)現(xiàn)有裝藥技術(shù)與設(shè)備存在嚴(yán)重不足，需對設(shè)備性能進(jìn)行大幅度改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法。該煤體卸壓方法采用先注液浸泡、再爆破，最后再注液浸泡的方式，能夠適應(yīng)急傾斜特厚煤層的特點，徹底吸收酸性氣體，快速釋放瓦斯，減少瓦斯積聚，確保了對煤體的有效開采，并提高了開采率。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]步驟一、在豎直方向上將急傾斜特厚煤層劃分為多個采煤層；
[0006]步驟二、先在頂部采煤層上設(shè)置進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷，以及用于連接所述進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷的切眼；
[0007]步驟三、在所述進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)和回風(fēng)巷內(nèi)向所述頂部采煤層的煤體打第一注液孔眼，然后向所述第一注液孔眼內(nèi)注入堿性介質(zhì)溶液并對所述頂部采煤層的煤體進(jìn)行第一次浸泡；
[0008]步驟四、在所述進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)和回風(fēng)巷內(nèi)向所述頂部采煤層煤體開設(shè)爆破孔，在所述爆破孔內(nèi)裝入炸藥并對所述頂部采煤層的煤體進(jìn)行爆破；
[0009]步驟五、再在所述進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)和回風(fēng)巷內(nèi)向所述頂部采煤層的煤體開設(shè)第二注液孔目艮，向所述第二注液孔眼內(nèi)注入堿性介質(zhì)溶液并對所述頂部采煤層的煤體進(jìn)行第二次浸泡；在對所述頂部采煤層的煤體進(jìn)行第二次浸泡的同時開始回采；
[0010]步驟六、按照步驟二至步驟五所述方法對下一個采煤層進(jìn)行卸壓處理；
[0011]步驟七、多次重復(fù)步驟六，直至完成所有采煤層的煤體卸壓。
[0012]上述的一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于:在步驟五的回采作業(yè)中，向所述頂部采煤層局部未破碎的煤塊內(nèi)裝入炸藥，進(jìn)行局部爆破。
[0013]上述的一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于:在步驟三中，對所述頂部采煤層煤體浸泡的時間為半年到一年。
[0014]上述的一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于:在步驟三中，所述第一注液孔眼從進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷斜向上延伸至所述頂部采煤層的煤體上部，并在所述頂部采煤層煤體上部呈水平布設(shè)；在步驟五中，所述第二注液孔眼從進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷斜向上延伸至所述頂部采煤層的煤體上部，并在所述頂部采煤層煤體上部呈水平布設(shè)。
[0015]上述的一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于:所述堿性介質(zhì)溶液由氧化鈣、水和表面活性劑混合制成。
[0016]上述的一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于:所述氧化鈣、水和表面活性劑的質(zhì)量比為6:3:1。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0018]本發(fā)明采用先注液浸泡、再爆破，最后再注液浸泡的方式，能夠適應(yīng)急傾斜特厚煤層的特點，保證了開采率且確保了開采安全。如果單獨注液浸泡，由于急傾斜特厚煤層的煤體厚度較大，且開采后的采場圍巖關(guān)系異于緩傾斜煤層開采后所形成的常見采場空間關(guān)系，其工作面上部為采空區(qū)、頂?shù)装鍘r層均發(fā)生斷裂這樣的空間特征決定其無法實現(xiàn)溶液的保壓，進(jìn)而無法通過注入溶液就能實現(xiàn)煤體破碎的目的；如果單獨進(jìn)行爆破，會因為煤體內(nèi)壓力不均勻，進(jìn)而造成局部破碎效果過大，進(jìn)而會造成回風(fēng)巷和進(jìn)風(fēng)巷的破壞，增加了巷道維護(hù)的工作量；嚴(yán)重地，需重新掘進(jìn)回風(fēng)巷和進(jìn)風(fēng)巷，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。通過先注液浸泡、再爆破，最后再注液浸泡這種結(jié)合方式，能夠先弱化煤體強(qiáng)度、確保爆破時煤體破碎的均勻性，起到有效的傳遞煤體壓力，最后再通過注液浸泡的方式，徹底吸收酸性氣體，快速釋放瓦斯，減少瓦斯積聚，確保了對煤體的有效開采，并提高了開采率。
[0019]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的流程框圖。
[0021]圖2為本發(fā)明頂部采煤層煤體爆破前第一注液孔眼的布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為圖2中的A-A剖視圖。
[0023]圖4為本發(fā)明頂部采煤層煤體爆破后第二注液孔眼的布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明:
[0024]I—懸空頂板；2—進(jìn)風(fēng)巷；3—第一注液孔眼；
[0025]4 一煤層頂板；5—頂部采煤層；6—回風(fēng)巷；
[0026]7—煤層底板；8—切眼；9 一第二注液孔眼。

【具體實施方式】
[0027]如圖1、圖2、圖3和圖4所示的一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0028]步驟一、在豎直方向上將急傾斜特厚煤層劃分為多個采煤層，每個采煤層的厚度約為20m?30m。
[0029]步驟二、先在頂部采煤層5上設(shè)置進(jìn)風(fēng)巷2和回風(fēng)巷6，以及用于連接所述進(jìn)風(fēng)巷2和回風(fēng)巷6的切眼8 ;
[0030]步驟三、在所述進(jìn)風(fēng)巷2內(nèi)和回風(fēng)巷6內(nèi)向所述頂部采煤層5的煤體打第一注液孔眼3，然后向所述第一注液孔眼3內(nèi)注入堿性介質(zhì)溶液并對所述頂部采煤層5的煤體進(jìn)行第一次浸泡；
[0031]步驟四、在所述進(jìn)風(fēng)巷2內(nèi)和回風(fēng)巷6內(nèi)向所述頂部采煤層5煤體開設(shè)爆破孔，在所述爆破孔內(nèi)裝入炸藥并對所述頂部采煤層5的煤體進(jìn)行爆破；本實施例中，所述炸藥采用乳化炸藥。
[0032]步驟五、再在所述進(jìn)風(fēng)巷2內(nèi)和回風(fēng)巷6內(nèi)向所述頂部采煤層5的煤體開設(shè)第二注液孔眼9，向所述第二注液孔眼9內(nèi)注入堿性介質(zhì)溶液并對所述頂部采煤層5的煤體進(jìn)行第二次浸泡；在對所述頂部采煤層5的煤體進(jìn)行第二次浸泡的同時開始回采；
[0033]步驟六、按照步驟二至步驟五所述方法對下一個采煤層進(jìn)行卸壓處理；
[0034]步驟七、多次重復(fù)步驟六，直至完成所有采煤層的煤體卸壓。
[0035]本實施例中，采用第一次注液浸泡、超前預(yù)爆破和第二次注液浸泡結(jié)合的方式，達(dá)到煤體耦合強(qiáng)化致裂效果。通過第一次對煤體注液浸泡，其目的是弱化煤體壓力以達(dá)到劣化煤體的力學(xué)強(qiáng)度，達(dá)到弱化煤體、增加煤體裂隙發(fā)育程度并有效吸收煤體中處于游離狀態(tài)下的S02、H2S等酸性有毒氣體、并降低煤體中硫份的含量達(dá)到優(yōu)化煤質(zhì)的作用；并且堿性介質(zhì)溶液可以更好的傳遞爆轟波，達(dá)到傳遞煤體壓力的作用。通過爆破，可以對經(jīng)浸泡后的煤體進(jìn)行破碎。由于所述頂部采煤層一側(cè)懸空頂板、另一側(cè)煤層底板、上方煤層頂板和下方煤體對所述采煤層內(nèi)的煤體所施加的保持作用，雖然所述頂部采煤層5的煤體經(jīng)爆破后達(dá)到破碎，但破碎后的煤體保持整體形狀不發(fā)生變化，進(jìn)而不會對進(jìn)風(fēng)巷2、回風(fēng)巷6和采煤工作面造成較為嚴(yán)重的破壞，保證工作面的正?；夭?。并且由于第一次注液浸泡時所起到的傳遞煤體壓力、弱化煤體壓力的作用，使得煤體破碎的更加均勻。
[0036]本實施例中，通過對爆破后的煤體再次注入堿性介質(zhì)溶液，即第二次注液浸泡，可以進(jìn)一步幫助煤體裂隙的發(fā)育、并有效的吸附原為吸附狀態(tài)但經(jīng)爆破被進(jìn)一步釋放的so2、H2S0并且，煤體經(jīng)爆破后，使裂隙壁面與原始完整煤層接觸面積最大化，為第二次注液時堿性介質(zhì)溶液能從任意方向的煤層基質(zhì)向裂縫的滲流距離最短，極大地提高急傾斜特厚煤層整體破碎性和滲透率，實現(xiàn)原始煤層三維方向的“立體改造”，為連續(xù)回采、增產(chǎn)與改造創(chuàng)造條件。而且在兩次注液浸泡的過程中，都能有效預(yù)防煤體自然發(fā)火現(xiàn)象，對降低煤塵作用甚益，同時能夠在注入堿性介質(zhì)溶液時快速釋放瓦斯，減少瓦斯積聚。
[0037]本實施例中，在步驟五的回采作業(yè)中，向所述頂部采煤層5局部未破碎的煤塊內(nèi)裝入炸藥，進(jìn)行局部爆破。通過這種局部化的爆破改造主要是能將未能充分破碎的大塊煤體進(jìn)行專門的處理使其能順利放出，保證生產(chǎn)的連續(xù)性開展。
[0038]本實施例中，在步驟三中，對所述頂部采煤層5煤體浸泡的時間為半年到一年。這樣能夠達(dá)到對煤體的充分浸泡，使傳遞煤體壓力、弱化煤體壓力以達(dá)到劣化煤體的力學(xué)強(qiáng)度的效果達(dá)到最佳。在長時間的堿性介質(zhì)溶液浸潤作用下軟化煤體，滿足頂煤冒放要求，提高頂煤放出率，實現(xiàn)安全開采與增產(chǎn)提效。
[0039]本實施例中，在步驟三中，所述第一注液孔眼3從進(jìn)風(fēng)巷2和回風(fēng)巷6斜向上延伸至所述頂部采煤層5的煤體上部，并在所述頂部采煤層5煤體上部呈水平布設(shè)；在步驟五中，所述第二注液孔眼9從進(jìn)風(fēng)巷2和回風(fēng)巷6斜向上延伸至所述頂部采煤層5的煤體上部，并在所述頂部采煤層5煤體上部呈水平布設(shè)。這樣能夠使得注入煤體內(nèi)的堿性介質(zhì)溶液能夠從上向下進(jìn)行滲透，使堿性介質(zhì)溶液能夠充分實現(xiàn)對煤體的浸泡。
[0040]本實施例中，所述堿性介質(zhì)溶液由氧化鈣、水和表面活性劑混合制成。通過所述堿性介質(zhì)溶液對煤體內(nèi)的酸性氣體進(jìn)行中和,避免煤體內(nèi)的酸性氣體泄漏進(jìn)而對采煤作業(yè)環(huán)境造成污染。
[0041]本實施例中，所述堿性介質(zhì)溶液在一定時間內(nèi)產(chǎn)生較大膨脹壓力并向外傳遞，使煤巖體內(nèi)部開裂與破碎，其破碎效應(yīng)主要來源于CaO的水化反應(yīng)(如下式I和式2)。水分子會向石灰粒子內(nèi)部運(yùn)移擴(kuò)散，形成膨脹效應(yīng)，產(chǎn)生大量預(yù)裂隙。表面活性劑與堿性CaO及水形成減阻溶液，大幅降低水界面張力，使原來呈約束狀態(tài)的堿性CaO及水通過裂隙擴(kuò)展，提高煤巖濕潤性與力學(xué)強(qiáng)度劣化，在后續(xù)水力壓裂與爆破作用下導(dǎo)致煤巖體充分碎裂。
[0042]CaCHH2O = Ca (OH) 2+E (能量) (式 I)
[0043]Ca (OH) 2+H2S = CaS I +2H20 (式 2)
[0044]本實施例中，所述氧化鈣、水和表面活性劑的質(zhì)量比為6: 3:1。本實施例中，所述氧化鈣、水和表面活性劑的質(zhì)量比為6:3:1的原因是:在室內(nèi)巖石力學(xué)實驗中，將不同配比的堿性基質(zhì)溶液注入煤巖樣中，通過預(yù)埋的聲發(fā)射傳感器監(jiān)測巖樣的微觀損傷信號及在預(yù)留鉆孔中采用鉆孔窺視直觀地觀測孔內(nèi)裂隙的變形及擴(kuò)展演化過程，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧化鈣、水和表面活性劑的質(zhì)量比為6:3:1時，巖樣孔壁內(nèi)裂隙發(fā)育最為顯著，能夠有效的起到靜態(tài)致裂煤體的功效，且氧化鈣和水的質(zhì)量比為2:1時能夠保證氧化鈣的充分反應(yīng)、放熱，對酸性氣體的吸收效果也達(dá)到最佳。本實施例中，所述表面活性劑可采用如N-酰基肌氨酸鈉、N-?；劝彼徕c、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉或雷米邦A(yù)等高級脂肪酸鹽。
[0045]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、在豎直方向上將急傾斜特厚煤層劃分為多個采煤層； 步驟二、先在頂部采煤層(5)上設(shè)置進(jìn)風(fēng)巷(2)和回風(fēng)巷￠)，以及用于連接所述進(jìn)風(fēng)巷⑵和回風(fēng)巷(6)的切眼⑶； 步驟三、在所述進(jìn)風(fēng)巷(2)內(nèi)和回風(fēng)巷￠)內(nèi)向所述頂部采煤層(5)的煤體打第一注液孔眼(3)，然后向所述第一注液孔眼(3)內(nèi)注入堿性介質(zhì)溶液并對所述頂部采煤層(5)的煤體進(jìn)行第一次浸泡； 步驟四、在所述進(jìn)風(fēng)巷(2)內(nèi)和回風(fēng)巷￠)內(nèi)向所述頂部采煤層(5)煤體開設(shè)爆破孔，在所述爆破孔內(nèi)裝入炸藥并對所述頂部采煤層(5)的煤體進(jìn)行爆破； 步驟五、再在所述進(jìn)風(fēng)巷(2)內(nèi)和回風(fēng)巷￠)內(nèi)向所述頂部采煤層(5)的煤體開設(shè)第二注液孔眼(9)，向所述第二注液孔眼(9)內(nèi)注入堿性介質(zhì)溶液并對所述頂部采煤層(5)的煤體進(jìn)行第二次浸泡；在對所述頂部采煤層(5)的煤體進(jìn)行第二次浸泡的同時開始回采；步驟六、按照步驟二至步驟五所述方法對下一個采煤層進(jìn)行卸壓處理； 步驟七、多次重復(fù)步驟六，直至完成所有采煤層的煤體卸壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于:在步驟五的回采作業(yè)中，向所述頂部采煤層(5)局部未破碎的煤塊內(nèi)裝入炸藥，進(jìn)行局部爆破。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于:在步驟三中，對所述頂部采煤層(5)煤體浸泡的時間為半年到一年。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于:在步驟三中，所述第一注液孔眼(3)從進(jìn)風(fēng)巷(2)和回風(fēng)巷(6)斜向上延伸至所述頂部采煤層(5)的煤體上部，并在所述頂部采煤層(5)煤體上部呈水平布設(shè)；在步驟五中，所述第二注液孔眼(9)從進(jìn)風(fēng)巷(2)和回風(fēng)巷(6)斜向上延伸至所述頂部采煤層(5)的煤體上部，并在所述頂部采煤層(5)煤體上部呈水平布設(shè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于:所述堿性介質(zhì)溶液由氧化鈣、水和表面活性劑混合制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種急傾斜特厚煤層的煤體卸壓方法，其特征在于:所述氧化鈣、水和表面活性劑的質(zhì)量比為6:3:1。
【文檔編號】E21F7/00GK104358585SQ201410718308
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月29日
【發(fā)明者】來興平, 單鵬飛, 崔峰, 陳建強(qiáng), 曹建濤, 孫歡, 鄭建偉, 趙航航, 劉彪, 王春龍, 劉永紅 申請人:西安科技大學(xué)