CN103233738B - 一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，该方法步骤如下所示：一、在煤层进风巷施工钻孔；二、向步骤一所述钻孔中正向装填乳胶基质***，然后用封孔器对装填有***的钻孔进行封孔处理，待封孔处理完成后引爆***对煤层进行***；三、配制碱性介质悬浮液；四、采用注浆泵向***后的钻孔中注入碱性介质悬浮液，然后对注入碱性介质悬浮液的钻孔进行封孔处理，注入的碱性介质悬浮液向煤层中裂隙渗透。本发明首先对钻孔进行***，然后注入碱性介质悬浮液，碱性介质悬浮液渗透入煤层中，既能促进***煤体裂隙进一步发展发育，实现顶煤弱化，同时碱性介质悬浮液可以中和煤层中的H2S气体，消除了生产过程中H2S气体大量涌出的危害。

Description

一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法
技术领域
本发明属于采矿工程技术领域，具体涉及一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法。
背景技术
对于急倾斜特厚煤层(煤层倾角45°以上，煤层厚度8m以上)，现有的水平综采放顶煤工艺中关键一步是对顶煤的弱化与破碎，尤其是对于坚硬顶板的大面积悬空，目前主要通过架前打眼放炮或提前深孔***实现顶煤的弱化，出于安全考虑，目前国家安监局对***在井下的使用做了相关限制，而且对于坚硬厚煤层，过度依赖***手段会对巷道的稳定性造成严重影响。另外，***过程中煤层中的H2S等酸性气体会大量释放，严重影响正常生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法。该方法首先对钻孔进行***，然后采用注入碱性介质悬浮液的方式使碱性介质悬浮液渗透入煤层中，由于所采用碱性介质具有一定的膨胀性，既能促进***煤体裂隙进一步发展发育，实现顶煤弱化，同时碱性介质悬浮液可以中和煤层中的H2S气体，消除了生产过程中H2S气体大量涌出的危害，符合国家煤矿安全规程的倡导方向。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在煤层进风巷施工钻孔；
步骤二、采用装药机向步骤一所述钻孔中正向装填***，然后用封孔器对装填有***的钻孔进行封孔处理，封孔处理完成后引爆***对顶煤进行***；
步骤三、将CaO、水硬性物质、活化剂和水混合后搅拌均匀，得到碱性介质悬浮液；所述碱性介质悬浮液中CaO的质量百分含量为65％，水硬性物质的质量百分含量为5％，活化剂的质量百分含量为3％，其中，所述水硬性物质为水泥或粉煤灰，活化剂为膨润土或钠基膨润土；
步骤四、待步骤二中所述***结束30分钟后，采用注浆泵向***后的钻孔中注入步骤三中所述碱性介质悬浮液，然后对注入碱性介质悬浮液的钻孔进行封孔处理，注入的碱性介质悬浮液向煤层裂隙中渗透，实现对顶煤的进一步弱化并中和吸附于煤层中的H2S气体。
上述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，步骤一中所述钻孔的直径为110mm，相邻两排钻孔之间的间距为3m，钻孔深度为20m～40m。
上述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，步骤二中所述封孔处理采用黄土作为封孔材料。
上述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，步骤二中所述封孔处理采用封孔器或马丽散封孔袋。
上述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，步骤二中所述***为乳胶基质***。
上述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，步骤四中所述封孔处理采用黄土作为封孔材料，封孔长度为3m～5m。
上述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，步骤四中所述封孔处理采用封孔器或马丽散封孔袋。
上述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，步骤四中所述封孔处理结束后，向工作面喷洒质量浓度为1％的Na2CO3水溶液，向过渡支架区域涂撒Na2CO3粉末。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明首先对钻孔进行***，然后采用注入碱性介质悬浮液的方式使碱性介质悬浮液渗透入煤层中，由于所采用碱性介质具有一定的膨胀性，既能促进***煤体裂隙进一步发展发育，实现顶煤弱化，同时碱性介质悬浮液可以中和煤层中的H2S气体，消除了生产过程中H2S气体大量涌出的危害，符合国家煤矿安全规程的倡导方向。
2、本发明的顶煤综合弱化方法完善了采煤生产工序，提高了采煤的连续性。
3、本发明采用的碱性介质悬浮液投资较低，节约了生产成本。
4、本发明的方法在实现顶煤弱化的同时达到了治理H2S的目的，有效提高了生产效率。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
图2为本发明顶煤弱化过程中H2S气体浓度随时间的变化曲线。
图3为本发明顶煤弱化后钻孔9-2内距离孔口2m—4m处煤体松动与裂隙发育情况的电视观测图。
图4为本发明顶煤弱化后钻孔9-2内距离孔口4m—6m处煤体松动与裂隙发育情况的电视观测图。
图5为本发明顶煤弱化后钻孔9-2内距离孔口6m—8m处煤体松动与裂隙发育情况的电视观测图。
图6为本发明顶煤弱化后钻孔9-2内距离孔口8m—10m处煤体松动与裂隙发育情况的电视观测图。
图7为本发明顶煤弱化后钻孔9-2内距离孔口10m—12m处煤体松动与裂隙发育情况的电视观测图。
图8为本发明顶煤弱化后钻孔9-2内距离孔口12m—14m处煤体松动与裂隙发育情况的电视观测图。
图9为本发明顶煤弱化后钻孔9-2内距离孔口14m—16m处煤体松动与裂隙发育情况的电视观测图。
图10为本发明顶煤弱化后钻孔9-2内距离孔口16m—18m处煤体松动与裂隙发育情况的电视观测图。
图11为本发明顶煤弱化后钻孔9-2内距离孔口18m—20m处煤体松动与裂隙发育情况的电视观测图。
图12为本发明顶煤弱化后钻孔9-2内距离孔口20m—22m处煤体松动与裂隙发育情况的电视观测图。
具体实施方式
以神华新疆能源有限责任公司碱沟煤矿东一采区+518水平B4-6工作面为例，煤层倾角85°，厚度为50.5米，走向长度为450米，倾斜长度为23米。
选取距离开切眼150m～160m区域阶段具体施工情况进行说明，提前工作面10m处开始采用ZDY-800型液压钻机在进风巷施工钻孔，钻孔的直径为110mm，相邻两排钻孔之间的间距为3m，钻孔深度为20m～40m，由于钻孔数量庞大，这里仅选取三组，每组挑选2个钻孔进行说明，6个钻孔各流程施工参数如表1、表2和表3所示：
表1选取的6个钻孔的实际施工参数
钻孔名称 施工位置 钻孔长度(m) 倾角(°) 钻孔直径(cm)
8-1 距开切眼152m 24.6 25 110
8-2 距开切眼152m 21.5 37 110
9-1 距开切眼155m 32.6 21 110
9-2 距开切眼155m 25.3 35 110
10-1 距开切眼158m 22.8 19 110
10-2 距开切眼158m 36.0 32 110
表2深孔***实际施工参数
钻孔名称 乳胶基质***装填长度(m) 封孔长度(m) 装药方式
8-1 11.8 7 连续正向装药
8-2 8.3 7 连续正向装药
9-1 16.6 8 连续正向装药
9-2 12 8 连续正向装药
10-1 9.5 8 连续正向装药
10-2 17.5 8 连续正向装药
注：封孔处理时采用的封孔材料为黄土(也可采用膨胀水泥)；封孔处理一般采用BQF-100封孔器，钻孔区域煤体变形或破碎严重的情况下采用马丽散封孔袋。
表3碱性介质悬浮液注入实际施工参数
注：碱性介质悬浮液中的粉煤灰可用水泥代替，膨润土可用钠基膨润土代替；封孔长度根据实际施工情况控制在3m～5m；封孔处理时采用的封孔材料为黄土(也可采用膨胀水泥)；封孔处理一般采用BQF-100封孔器，钻孔区域煤体变形或破碎严重的情况下采用马丽散封孔袋。
除此之外，向工作面喷洒质量浓度为1％的Na2CO3水溶液，向过渡支架区域涂撒Na2CO3粉末。
按照以上施工参数开展施工过程中，采用瓦斯检测仪和H2S气体检测仪严格监测施工区域周围的各类气体浓度，并及时统计上报，现就H2S气体监测情况分析如下：本测试仪选用KT-601型矿用H2S气体检测仪，通过人工交接班连续监测，从***前4小时开始，每小时监测一次，监测持续时间为24小时，监测重点区域为综合弱化施工区域(距离开切眼150m～160m)。监测数据如表4所示：
表4H2S气体浓度监测数据
针对以上数据，综合绘制H2S浓度-时间关系图像(见图2)，并对其进行针对性分析。从图2中可以看出，在***前4小时内，H2S气体浓度变化不明显，基本稳定在3.5ppm附近，这一阶段的H2S浓度处于较高水平，可以明显的闻到臭鸡蛋刺激气味；深孔***后，由于煤体出现松动，气体大量释放，监测区域的H2S气体浓度直线上升，最高时达到10.1ppm；此后，碱性介质悬浮液大量注入松动煤体，随着碱性溶液的作用，H2S气体得到有效地吸附与中和，因此H2S浓度逐渐降低至安全规程规定的最高允许浓度值以下，到了第20个小时，空气中H2S浓度降至0.8ppm，低于1ppm，且基本稳定。除此之外，经过一个星期的试验探索，现场工作人员反应基本没有或者很少有刺激性臭鸡蛋气味的出现。
对于煤体弱化效应而言，整个施工流程结束后，选取其中1个钻孔(9-2孔)作为研究和验证对象，通过钻孔电视观测煤体松动与裂隙发育情况，结果如图3—12所示，从图中可以明显看出，钻孔内大部分阶段内裂隙得到了进一步的扩展和发育，距离孔口6m～14m，16m～20m范围内煤体较为松动，呈现一定的破碎状，顶煤得到了实质性的弱化，这将对生产起到积极的促进作用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在煤层进风巷施工钻孔；
步骤二、采用装药机向步骤一所述钻孔中正向装填***，然后用封孔器对装填有***的钻孔进行封孔处理，封孔处理完成后引爆***对顶煤进行***；
步骤三、将CaO、水硬性物质、活化剂和水混合后搅拌均匀，得到碱性介质悬浮液；所述碱性介质悬浮液中CaO的质量百分含量为65％，水硬性物质的质量百分含量为5％，活化剂的质量百分含量为3％，其中，所述水硬性物质为水泥或粉煤灰，活化剂为膨润土或钠基膨润土；
步骤四、待步骤二中所述***结束30分钟后，采用注浆泵向***后的钻孔中注入步骤三中所述碱性介质悬浮液，然后对注入碱性介质悬浮液的钻孔进行封孔处理，注入的碱性介质悬浮液向煤层裂隙中渗透，实现对顶煤的进一步弱化并中和吸附于煤层中的H2S气体；封孔处理结束后，向工作面喷洒质量浓度为1％的Na2CO3水溶液，向过渡支架区域涂撒Na2CO3粉末。
2.根据权利要求1所述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，其特征在于，步骤一中所述钻孔的直径为110mm，相邻两排钻孔之间的间距为3m，钻孔深度为20m～40m。
3.根据权利要求1所述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，其特征在于，步骤二中所述封孔处理采用黄土作为封孔材料。
4.根据权利要求1所述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，其特征在于，步骤二中所述封孔处理采用封孔器或马丽散封孔袋。
5.根据权利要求1所述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，其特征在于，步骤二中所述***为乳胶基质***。
6.根据权利要求1所述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，其特征在于，步骤四中所述封孔处理采用黄土作为封孔材料，封孔长度为3m～5m。
7.根据权利要求1所述一种急倾斜特厚煤层顶煤综合弱化方法，其特征在于，步骤四中所述封孔处理采用封孔器或马丽散封孔袋。
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