CN112943242A - 一种用于提高煤炭开采块煤率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高煤炭开采块煤率的方法，所述方法包括对预开采煤体的工作面钻探多个钻孔，沿着所述预开采煤体切割形成多个与所述多个钻孔相连通多个预裂缝，所述多个预裂缝之间连通；利用封孔器将距离所述预裂缝较近的钻孔密封，通过封孔器的中心孔注入高压水，对所述预开采煤体压裂卸压，预裂成块状煤体。本发明实施例利用正交定向割缝压裂方法，主要利用钻机在预开采煤层内打钻孔形成正交式的裂缝带，并通过注入高压水进行水力压裂从而实现对煤岩体进行卸压及防冲的有效技术手段，不仅解决工作面内的煤岩动力灾害问题，并且能够使预开采的煤岩体可以提前预裂成块状结构从而提高采掘工作面的块煤率。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种用于提高煤炭开采块煤率的方法。
背景技术
目前，随着我国开采深度的逐渐增加，煤岩动力灾害问题变得越来越突出，尤其是在提高块煤率的方法中，现有的做法通过振动炮破坏煤层层理，降低煤层强度，再采用滚筒采煤机采煤，该采煤方法中，采煤机的工作效率降低，并使顶板造成一定影响，还会增加额外的成本。此外，还出现了众多采取块煤的方式都具有一定的局限性，该些方法均存在着工作面内的煤岩动力灾害问题，也未能有效地提高煤炭开采的块煤率。亟待研发一种的新的可提高块煤率的开采方法。
发明内容
为此，本发明提供一种用于提高煤炭开采块煤率的方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明实施例提供一种用于提高煤炭开采块煤率的方法，所述方法包括对预开采煤体的工作面钻探多个钻孔，沿着所述预开采煤体切割形成多个与所述多个钻孔相连通多个预裂缝，所述多个预裂缝之间连通；
利用封孔器将距离所述预裂缝较近的钻孔密封，通过封孔器的中心孔注入高压水，对所述预开采煤体压裂卸压，预裂成块状煤体。
本发明的一个实施例中，所述钻孔的直径为45～50mm。
本发明的一个实施例中，所述多个钻孔中，相邻钻孔间的距离小于10m。
本发明的一个实施例中，所述预裂缝的宽度大于所述钻孔直径的2倍。
本发明的一个实施例中，所述钻孔的深度大于10m。
本发明的一个实施例中，与同一所述钻孔相连通的相邻裂缝之间的距离范围为3-5m。
本发明的一个实施例中，所述高压水致裂压强计算公式为P＝p≥1.3(σ1+Rt)，式中，p：定向水压致裂所需启动压强估算值，MPa；σ1：致裂点最大主应力，MPa；Rt：致裂点顶板岩层抗拉强度，MPa。
本发明的一个实施例中，所述钻孔方向为平行或垂直于所述煤层的延伸方向。
本发明具有如下优点：
本发明实施例利用正交定向割缝压裂方法，主要利用钻机在预开采煤层内打钻孔形成正交式的裂缝带，并通过注入高压水进行水力压裂从而实现对煤岩体进行卸压及防冲的有效技术手段，不仅解决工作面内的煤岩动力灾害问题，并且能够使预开采的煤岩体可以提前预裂成块状结构从而提高采掘工作面的块煤率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例中正交割缝技术的实施图；
图2为本发明实施例的预裂缝扩展示意图；
图3为本发明实施例的中钻孔在煤体工作面上的位置示意图；
图4为本发明实施例的中钻孔在巷道处的位置示意图；
图中：100-钻孔；200-预裂缝；300-预开采煤体；400-工作面。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，本发明实施例提供一种用于提高煤炭开采块煤率的方法，该方法包括：在巷道及工作面400内，利用钻机对预开采煤体300的工作面400钻探多个钻孔100，钻孔100方向为平行或垂直于煤层的延伸方向，钻孔100的直径为45～50mm，当钻孔100的深度到达预定深度时，一般钻孔100的深度大于10m，并通过移动钻机使整个预开采煤体300致裂成块状从而降低冲击危险性且提高其块煤率。然后利用割缝刀具替换钻头后，沿着预开采煤体300切割形成多个与多个钻孔100相连通多个预裂缝200，形成楔形切口预裂缝200，切口预裂缝200的宽度一般大于钻孔100直径的2倍，重复此过程不断向深部延伸，可在煤层中形成多个预裂缝200，多个预裂缝200之间连通，从而形成相互正交、相互贯通的预裂缝200；利用封孔器将距离预裂缝200较近的钻孔100密封，通过封孔器的中心孔注入高压水，当高压水至预裂缝200处时，预裂缝200的楔形尖端会形成拉应力集中从而使煤岩体中的裂缝进一步扩张成裂缝带，实现整个对预开采煤体300压裂卸压，预裂成块状煤体。另外，为了煤层的断裂卸压，可在巷道和工作面400处等间距的移动钻机以形成多组裂缝带。本实施例在工作面400处利用钻机向煤层内进行钻孔100、割缝等工作从而形成相互相贯通的预裂缝200带，使预开采煤体300完整性得到有效预裂，降低冲击危险性，并且可以提高预开采煤层的块煤率。
其中，在钻孔100过程中，钻孔100的具体布置中，钻孔100从工作面400巷道内施工至煤层内；钻孔100从工作面400内施工至煤层内；钻孔100高度为施工所在煤层中部位置；
钻孔100直径为45～50mm；为确保技术有效实施，钻孔100深度L大于10m；钻孔100间距不大于10m；预裂缝200切槽的宽度大于钻孔100直径的2倍；相邻预裂缝200间距，同一钻孔100内不同位置处的预裂缝200间距范围设计在L/3～L/2处，一般约为3-5m；视预裂缝200间隔而定封孔器长度，封孔器的大小为其直径一般设置为1～2m；钻孔100的方向平行于煤层层面的延伸方向。
其中，高压注水的过程中，高压水致裂压强计算公式为P＝p≥1.3(σ1+Rt)，式中，p：定向水压致裂所需启动压强估算值，MPa；σ1：致裂点最大主应力，MPa；Rt：致裂点顶板岩层抗拉强度，MPa。
较佳的，为了提高效率，待所有定向预裂缝200切割完成后，进行压裂工作。在钻孔100外端利用封孔器进行封孔，封孔器放置在距离第一个定向预裂缝2000.5～1.0m的位置，然后向密封钻孔100内注入高压水，使钻孔100内的所有定向裂缝压裂扩展。
其中，本发明实施例中，切割预裂缝200时，可选用的割缝刀具为切槽式刀具，该切槽式刀具可设为圆柱杆体，该圆柱杆体内含推杆，内推杆上固定有两片刀片，推杆体的两侧设有纵向的切口，以便刀片在弹簧作用下从切口中推出；此外，割缝装置的末端还存在定向锥，用以提供给整个割缝刀片装置一个力以使切割刀具更容易从切槽内推出。
本发明的提高煤炭开采块煤率的方法，在具体操作过程中，当钻杆向预开采煤体300钻进一定深度后，可撤出钻杆并将钻头更换为割缝刀具，然后，利用割缝刀具切割至钻孔100孔底，启动钻机后，进行定向割缝，切割前，可先将钻具进行空钻，将煤粉冲出，待钻孔100中煤粉冲洗干净，缓慢推动钻杆转动，使钻杆沿轴向向前运动，在弹簧作用下，刀片不断伸展，从而在钻孔100中切割出定向裂缝。割缝刀具的钻杆向前的移动量不能超过纵向切槽的长度。割缝刀具的钻杆必须要缓慢地向前移动，否则容易损坏割缝刀具。随着钻杆的旋转，割缝刀具会在钻孔100内形成垂直于钻孔100轴向的预裂缝200。为了更好地对煤层进行块状致裂，重复该过程，不断向前进行，形成多个垂直于钻孔100轴向上的多个预裂缝200。本发明的方法在巷道内实施完压裂工作之后，同样，在工作面400开采的方法，再在回采工作面400处沿工作面400推进方向对煤层进行钻孔100割缝压裂工作，工作面400内施工所形成的裂缝带与巷道内压裂所形成的裂缝带相互正交，经过多***作后，在煤层中形成相互贯通、相互正交的裂缝带，达到煤体卸压防冲和提高块煤率的目的。
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 (8)
1.一种用于提高煤炭开采块煤率的方法，其特征在于，
所述方法包括对预开采煤体的工作面钻探多个钻孔，沿着所述预开采煤体切割形成多个与所述多个钻孔相连通多个预裂缝，所述多个预裂缝之间连通；
利用封孔器将距离所述预裂缝较近的钻孔密封，通过封孔器的中心孔注入高压水，对所述预开采煤体压裂卸压，预裂成块状煤体。
2.如权利要求1所述的用于提高煤炭开采块煤率的方法，其特征在于，
所述钻孔的直径为45～50mm。
3.如权利要求1所述的用于提高煤炭开采块煤率的方法，其特征在于，
所述多个钻孔中，相邻钻孔间的距离小于10m。
4.如权利要求1所述的用于提高煤炭开采块煤率的方法，其特征在于，
所述预裂缝的宽度大于所述钻孔直径的2倍。
5.如权利要求1所述的用于提高煤炭开采块煤率的方法，其特征在于，
所述钻孔的深度大于10m。
6.如权利要求1所述的用于提高煤炭开采块煤率的方法，其特征在于，
与同一所述钻孔相连通的相邻裂缝之间的距离范围为3-5m。
7.如权利要求1所述的用于提高煤炭开采块煤率的方法，其特征在于，
所述高压水致裂压强计算公式为P＝p≥1.3(σ1+Rt)，式中，p：定向水压致裂所需启动压强估算值，MPa；σ1：致裂点最大主应力，MPa；Rt：致裂点顶板岩层抗拉强度，MPa。
8.如权利要求1所述的用于提高煤炭开采块煤率的方法，其特征在于，
所述钻孔方向为平行或垂直于所述煤层的延伸方向。
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