CN112647945A - 一种用于保护层开采坚硬顶板切顶方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于保护层开采坚硬顶板切顶方法,属于采矿工程矿压控制与切顶卸压技术领域,本发明采用理论计算***切顶位置,确定钻孔参数,开始钻孔施工、装药、封孔;按照理论结果进行阶段性***切顶;最后检验切顶效果。本发明以经典板结构理论、弹性基础梁理论为依据,结合实际顶板条件,采用***切顶的方法,缩短悬顶长度,有效控制了顶板垮落步距,操作性强、成本低、切顶速度快且效果好。尤其对于保护层开采,***切顶技术能有使煤岩体产生新的裂隙,扩大裂隙甚至贯通裂隙,增大煤岩体的破碎程度,极大地促进了瓦斯释放、流通,提高被保护层的透气性,进而提高抽采钻孔的预抽率,使瓦斯应力得以提前释放,有效地防治煤与瓦斯突出和冲击地压。
Description
技术领域
本发明属于采矿工程矿压控制与切顶卸压技术领域,具体涉及一种在工作面两侧巷道向坚硬顶板内布置双向钻孔,在钻孔内放置专用***药管对采空区大面积悬露的坚硬顶板进行***的强制切顶方法。
背景技术
工作面回采后由于矿山压力的作用,顶板产生周期性的垮落,形成工作面采空区。但对于煤层之上赋存有强度高、厚度大、整体性强、节理裂隙不发育、短期内不易自然垮落的坚硬顶板,导致采空区顶板不能紧跟工作面顶板冒落,形成长距离悬顶状态。
长距离悬顶容易造成初次来压和周期来压步距大,来压时产生动压冲击,损坏支架,典型的顶板冲击可造成高吨位液压支架立柱缸体炸裂;若悬露顶板冒落,产生的强烈风暴会摧毁、吹倒工作面设备,造成人员伤亡。尤其是对于保护层开采,大面积的坚硬顶板悬露而不垮落容易造成煤层透气性系数降低,使煤体瓦斯积聚、瓦斯压力增加、超标,给保护层抽采带来极大困难。
为了解决上述问题,通常采用拆卸锚索网、高压注水软化顶板等技术措施。但存在以下缺陷:①退锚索网增加工序,增加成本;②退锚后顶板仍可能存在长距离悬顶的问题;③高压注水对岩性有要求,对于砂岩、砾岩等不容易被水软化的顶板岩石,效果不明显;④高压注水不容易控制顶板垮落尺寸;⑤高压水容易泥化裂隙、节理,阻碍瓦斯释放。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种简易可行、容易控制、切顶效果好的通过合理布置钻孔***坚硬顶板的切顶方法,以解决在实施拆卸锚索网、高压注水等技术措施过程中发生的工序复杂、生产成本高、效果不明显、不易控制及仍会形成长距离悬顶等问题。
本发明提供的一种用于保护层开采坚硬顶板切顶方法,包括如下操作步骤:
步骤1、计算初次来压步距、周期来压步距;
L1—初次来压步距,m;
h—老顶岩层厚度,m;
Rt—老顶极限抗拉强度,MPa;
q—加于老顶上的载荷,KN/m2;
L2=(0.25~0.5)L1
L2—周期来压步距,m;
步骤2、设置切顶作业位置;
为保证***切顶效果明显,故在回采工作面两条顺槽,距开切眼2倍初次来压步距分别布置一个钻场进行切顶作业,将布置好的这组钻场设定为第一组,之后的每组钻场与前一组钻场之间的间距均为2~3倍周期来压步距;
步骤3、设定钻孔参数;
每个钻场布置3个钻孔,分别为端头切断孔、老顶切断孔、块度控制孔,所述3个钻孔的孔间距均为1m,呈等边三角形排布,孔直径均为60mm~75mm;
其中,端头切断孔水平转角为75°,仰角为55°,孔深为20m;老顶切断孔水平转角为45°,仰角为20°~27°,孔深为45m~60m;块度控制孔水平转角为0°,仰角为10°~15°,孔深为60m~85m;
步骤4、钻孔施工、装药;
按照步骤3中钻孔参数在钻场内施工,并采用压风排渣方式把钻孔内的碎渣排除,为防止垮孔,当***孔施工完毕后,立即用探孔管探孔,验明孔深,验孔完毕且合格后,立即装药;其中,装药方式为:采用煤矿瓦斯抽排专用***药管装药,装入的药包直径为32mm~45mm,端头切断孔装入的药包长度为15m,老顶切断孔装入的药包长度为30m~45m,块度控制孔装入的药包长度为42m~60m;
步骤5、封孔;
钻孔施工、装药完毕后,进行封孔操作;封孔材料为速凝膨胀及不收缩水泥浆,端头切断孔封孔长度为5m,老顶切断孔封孔长度为15m,块度控制孔封孔长度为18m~25m;
步骤6、实施***切顶作业;
在完成封孔操作后,每隔10天起爆一组钻孔,起爆前,顺次检查起爆网路,查看线路连接,检测符合安全起爆标准后起爆,***时使用风水喷雾、***后冲刷岩帮、开放水幕;
步骤7、切顶作业效果检验;
通过对切顶工作面液压支架受力及缩量监测观测,得出矿压显现特征和顶板来压规律;通过对比分析***切顶前后瓦斯含量、煤体瓦斯压力、抽采浓度变化及风排瓦斯量变化情况,得出切顶作业对保护层开采的影响。
上述一种用于保护层开采坚硬顶板切顶方法,其中:
所述步骤6中,所述的一组钻孔,含有6个钻孔;由步骤2可知,将钻场分为组,每组含有2个钻场,之后步骤3中对每个钻场布置3个钻孔,故一组钻孔含6个钻孔;另外,由于***连线为孔内、孔间串联方式,故该步骤中所述的顺次检查起爆网路即为沿串联引线检查起爆网路。
本发明具有如下优点:
本发明根据坚硬顶板工作面地质条件,采用理论计算***切顶位置,确定钻孔参数,开始钻孔施工、装药、封孔;按照理论结果进行阶段性***切顶;最后检验切顶效果。本发明以经典板结构理论、弹性基础梁理论为依据,结合实际顶板条件,采用***切顶的方法,缩短悬顶长度,有效控制了顶板垮落步距,操作性强、成本低、切顶速度快且效果好。尤其对于保护层开采,***切顶技术能有使煤岩体产生新的裂隙,扩大裂隙甚至贯通裂隙,增大煤岩体的破碎程度,极大地促进了瓦斯释放、流通,提高被保护层的透气性,进而提高抽采钻孔的预抽率,使瓦斯应力得以提前释放,有效地防治煤与瓦斯突出和冲击地压。
附图说明
图1工作面前方切顶钻孔平面布置图。
图2工作面前方切顶钻孔剖面布置图。
图3钻场内钻孔布置示意图;图中123分别表示3个不同钻场。
图4钻孔装药及封孔示意图。
具体实施方式
结合实施例,对本发明方法做进一步说明。
某矿保护层工作面开采深度为1100m,走向长572m,倾向长150m,选用走向长壁全冒落采煤法,后退式回采。采面支护采用液压支架控制顶板,最大控顶距5.14m,最小控顶距4.54m。根据地质钻孔资料显示,煤层厚度1.0m,煤层倾角6°,属于薄煤层。直接顶为0~6m的砂质泥岩,老顶为9m中粒砂岩,属于坚硬顶板。存在的问题是:当采用垮落采煤法开采时,坚硬顶板能在采空区悬露很大面积而不垮落,来压时产生动压冲击,容易损坏支架;由于大面积顶板悬而不垮落,采空区积聚大量瓦斯,瓦斯浓度严重超限,严重危害矿井生产。
一种用于保护层开采坚硬顶板切顶方法,具体操作步骤如下:
步骤1、计算保护层工作面初次来压步距及周期来压步距;
老顶为中粒砂岩,厚度为9.0m,经实验室试验得出中粒砂岩极限抗拉强度Rt为6.5MPa,同时根据煤层柱状图得出加于老顶上覆载荷q为3.6×105,由此得出老顶初次来压步距L1为54m,周期来压步距L2最大为27m。
步骤2、设置切顶作业位置;
在回采工作面两条顺槽,距开切眼2倍初次来压步距,即108m处,分别布置一个钻场进行切顶作业,将布置好的这组钻场设定为第一组,之后的每组钻场与前一组钻场之间的间距均为70m,即约2.6倍周期来压步距,具体布置如图1所示。
步骤3、设定钻孔参数;
每个钻场布置3个钻孔,分别为端头切断孔、老顶切断孔、块度控制孔,如图3所示,3个钻孔的孔间距均为1m,呈等边三角形排布,上进风巷钻孔直径为60mm,下进风巷直径为75mm;
如图1、2所示,设定端头切断孔水平转角为75°,上进风巷仰角为55°,孔深为20m,下进风巷仰角为55°,孔深为20m;老顶切断孔水平转角为45°,上进风巷仰角为20°,孔深为45m,下进风巷仰角为27°,孔深为60m;块度控制孔水平转角为0°,上进风巷仰角为10°,孔深为60m,下进风巷仰角为15°,孔深为85m。
步骤4、钻孔施工、装药;
按照步骤3中钻孔参数在钻场内施工,并采用压风排渣方式把钻孔内的碎渣排除,以保证之后的探孔管和药管能顺利下放。当***孔施工完毕后,立即用探孔管探孔,验明孔深,验孔完毕且合格;
其中,装药方式为:采用煤矿瓦斯抽排专用***药管的装药,上进风巷装入的药包直径为32mm,下进风巷装入的药包直径为45mm。端头切断孔装入的药包长度为15m,上进风巷老顶切断孔装入的药包长度为30m,下进风巷老顶切断孔装入的药包长度为45m,上进风巷块度控制孔装入的药包长度为42m,下进风巷块度控制孔装入的药包长度为60m。
步骤5、封孔;
钻孔施工、装药后,如图4所示进行封孔操作;封孔材料为速凝膨胀及不收缩水泥浆,端头切断孔封孔长度为5m;老顶切断孔封孔长度为15m;上进风巷块度控制孔封孔长度为18m,下进风巷块度控制孔封孔长度为25m。
步骤6、***切顶作业;
封孔操作完成后,每隔10天起爆一组钻孔,起爆前,顺次检查起爆网路,查看线路连接,检测符合安全起爆标准后起爆,***时使用风水喷雾、***后冲刷岩帮、开放水幕。
步骤7、对切顶工作面液压支架受力及缩量监测观测;对比分析***切顶前后煤体瓦斯压力、抽采浓度变化等参数。
结果显示,顶板垮落特征为:工作面回采至52m处时,中部部分支架后开始出现零星垮落。采面推进到58m,对第一组切顶孔进行了***,***后大部分坚硬顶板垮落。支架最大压力26MPa,可推断老顶初次来压步距为55m,与理论计算基本符合。工作面推进至83m,出现全面垮落:大部分支架垮落,已到强制放顶区域。从以上顶板垮落过程可知:初次来压步距应该为55m,周期来压步距为20m~30m。在垮落过程中,支架压力显现不明显,一般在26MPa~27MPa,在正常可控范围内。
瓦斯参数变化特征为:回风巷***前后,***位置前后30m范围内平均抽放浓度由6.5%上升到57%,平均抽放负压由236mmHg下降到230mmHg,平均压差上升了0.2mmH2O,平均日抽放量由641m3上升至742m3;进风巷***位置前后30m范围内平均抽放浓度由18%上升至38.8%,平均抽放负压由235mmHg下降到210mmHg,平均压差下降了0.4mmH2O,平均日抽放量由984m3上升至1251m3。
综上所述,保护层开采坚硬顶板切顶方法有效控制了顶板垮落步距,操作性强、切顶速度快且效果显著。同时,扩大煤体裂隙甚至贯通裂隙,增大煤岩体的破碎程度,极大地促进了瓦斯释放、流通,提高被保护层的透气性,进而提高抽采钻孔的预抽率,取得了良好的效果。
Claims (4)
1.一种用于保护层开采坚硬顶板切顶方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、计算初次来压步距、周期来压步距;
L1—初次来压步距,m;
h—老顶岩层厚度,m;
Rt—老顶极限抗拉强度,MPa;
q—加于老顶上的载荷,KN/m2;
L2=(0.25~0.5)L1
L2—周期来压步距,m;
步骤2、设置切顶作业位置;
在回采工作面两条顺槽,距开切眼2倍初次来压步距分别布置一个钻场进行切顶作业,将布置好的这组钻场设定为第一组,之后的每组钻场与前一组钻场之间的间距均为2~3倍周期来压步距;
步骤3、设定钻孔参数;
每个钻场布置3个钻孔,分别为端头切断孔、老顶切断孔、块度控制孔,所述3个钻孔的孔间距均为1m,呈等边三角形排布,孔直径均为60mm~75mm;
其中,端头切断孔水平转角为75°,仰角为55°,孔深为20m;老顶切断孔水平转角为45°,仰角为20°~27°,孔深为45m~60m;块度控制孔水平转角为0°,仰角为10°~15°,孔深为60m~85m;
步骤4、钻孔施工、装药;
按照步骤3中钻孔参数在钻场内施工,并采用压风排渣方式把钻孔内的碎渣排除,为防止垮孔,当***孔施工完毕后,立即用探孔管探孔,验明孔深,验孔完毕且合格后,立即装药;
步骤5、封孔;
钻孔施工、装药完毕后,进行封孔操作;
步骤6、实施***切顶作业;
在完成封孔操作后,每隔10天起爆一组钻孔,起爆前,顺次检查起爆网路,查看线路连接,检测符合安全起爆标准后起爆,***时使用风水喷雾、***后冲刷岩帮、开放水幕;
步骤7、切顶作业效果检验;
通过对切顶工作面液压支架受力及缩量监测观测,得出矿压显现特征和顶板来压规律;通过对比分析***切顶前后瓦斯含量、煤体瓦斯压力、抽采浓度变化及风排瓦斯量变化情况,得出切顶作业对保护层开采的影响。
2.根据权利要求1所述的一种用于保护层开采坚硬顶板切顶方法,其特征在于,所述步骤4中,采用的装药方式为:采用煤矿瓦斯抽排专用***药管装药,装入的药包直径为32mm~45mm,端头切断孔装入的药包长度为15m,老顶切断孔装入的药包长度为30m~45m,块度控制孔装入的药包长度为42m~60m。
3.根据权利要求1所述的一种用于保护层开采坚硬顶板切顶方法,其特征在于,所述步骤5中,进行封孔操作时,采用的封孔材料为速凝膨胀及不收缩水泥浆,端头切断孔封孔长度为5m,老顶切断孔封孔长度为15m,块度控制孔封孔长度为18m~25m。
4.根据权利要求1所述的一种用于保护层开采坚硬顶板切顶方法,其特征在于,所述步骤6中,所述的一组钻孔,含有6个钻孔;所述的顺次检查起爆网路即为沿串联引线检查起爆网路。
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