專利名稱：采煤工作面頂板離層水體防治方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦采煤工作面頂板離層水體防治方法，尤其適用于開采前頂板已形成 離層積水的煤層。
背景駄
突水是煤礦四大災(zāi)害之一。科技人員雖然對煤礦突水條件、機(jī)理及防治方法進(jìn)行了 長期的研究，取得了卓有成效的成果；但是，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，具體地點(diǎn)防治水 研究的投入不足，以及一些技術(shù)還未得到解決等，我國煤礦突水事故時有發(fā)生。近年來， 隨著全國煤炭產(chǎn)量增加、開采深度加大、 一些特殊條件下開采增多等原因，煤礦突水事 故、特別是重大事故有增加趨勢，使煤礦安全生產(chǎn)形勢嚴(yán)峻。
例如淮北礦業(yè)集團(tuán)公司海孜煤礦一水平84采區(qū)7煤745工作面，2005年5月21日 12時13分，發(fā)生了瞬時最大流量達(dá)3887m3/h的頂板特大突(潰)水事故，造成了人員 死亡、瞬間淹沒工作面和附近巷道。突水事故發(fā)生前無明顯征兆；持續(xù)時間很短，僅3.5 小時衰減了97%;最大突水瞬間，伴有較大量的碎石、泥突出。
該突水事故原因經(jīng)調(diào)查鑒定為745面上覆巨厚堅硬火成巖，由于煤系地層與火成巖 在巖體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、變形性能方面存在明顯差異，下部10煤層開采中，火成巖下部地層 產(chǎn)生明顯離層，并被地下水充填，形成封閉的離層水體；上部7煤745工作面開采時， 其導(dǎo)水裂隙帶未達(dá)到該離層水體位置，而離層繼續(xù)擴(kuò)大，當(dāng)其發(fā)展達(dá)到一定空間規(guī)模后， 火成巖產(chǎn)生突然失穩(wěn)，對下部巖體突然加載，使導(dǎo)水裂隙帶以上的隔水巖層破壞，產(chǎn)生 上部工作面瞬間突水。
根據(jù)煤礦突水災(zāi)害發(fā)生層位位于煤層的頂板或底板，可以將煤礦突水分為兩大類，一 類為在我國煤礦中非常突出、非常普遍的底板水害問題；另一類則為煤礦頂板突水問題, 上述5. 21突水類型從大的方面可歸結(jié)為頂板水害問題。
關(guān)于頂板水害的水源方面，目前國內(nèi)外已有報道水源類型可以分為地表水、煤層頂 板含水層水和老塘水這三種類型；而5.21突水的突水水源，經(jīng)鑒定為一種以前未曾報道 過的煤層頂板離層水體，對于這種由于下部煤層先行開采形成的頂板離層積水造成上部 煤層開采過程中的工作面突水災(zāi)害事故，國內(nèi)外還未有先例報道研究。
關(guān)于頂板水害的防治技術(shù)方法方面，目前國內(nèi)外已采用的防治技術(shù)方法主要有1)留設(shè)防水煤、巖柱；2)改變采煤方法；3)注漿堵水；4)地面防、治水方法(如河流改 道、地面防滲堵漏、填洼排水等)；5)超前疏干，常用的疏干措施有地面井群疏干、
開鑿專門疏干平巷、多井聯(lián)合疏干、利用采煤準(zhǔn)備巷道超前疏干。其中"利用采煤準(zhǔn)備 巷道超前疏干"方法適用于采區(qū)工作面的疏干，其疏干鉆孔布置在采煤工作面內(nèi)，而隨 著工作面推進(jìn)至鉆孔，使其失去疏放水作用，由此影響工作面的正常推進(jìn)，甚至引起工
作面水害事故；同時，這類疏干鉆孔的孔深僅在待采煤層的導(dǎo)水裂隙帶范圍以內(nèi)，而5.21 突水中的突水水源——離層水體的發(fā)育高度則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過導(dǎo)水裂隙帶范圍，因此疏干鉆孔 達(dá)不到疏放離層積水的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)中的不足之處，提供一種避免離層水害事故發(fā)生，易于 實(shí)施，有效疏放頂板水、離層積水的采煤工作面頂板離層水體防治方法。 本發(fā)明所采用的工作面頂板離層水體防治方法
a、 預(yù)先在采煤工作面的下順槽內(nèi)間隔施工多個由上疏水孔和下疏水孔、或由多個下 疏水孔組成的疏水孔組，上疏水孔沿上山方向采煤工作面內(nèi)鉆 L;下疏水孔沿下山方向采 煤工作面外鉆孔；
b、 對所有鉆孔全程下設(shè)置花管，管口處安裝壓力表；
C、在采煤工作面開采前，通過井下已施工的上疏水孔和下疏水孔進(jìn)行采前疏放水工 作，并觀測水壓、水量等水情動態(tài)；
d、 當(dāng)疏放水水量達(dá)到工作面預(yù)計涌水量的70 80%時，對采煤工作面進(jìn)行開采工作；
e、 在采煤工作面開采過程中，仍需通過下山方向的采煤工作面以外的下疏水孔進(jìn)行 全過程疏放水作業(yè)，疏放離層積水水源；同時通過上山方向的工作面內(nèi)的上疏水孔進(jìn)行 頂板離層積水的動態(tài)監(jiān)測和疏放，直至采煤工作面開采完畢。
所述沿上山方向采煤工作面內(nèi)施工上疏水孔的終孔層位應(yīng)完全超出待采煤層導(dǎo)水 裂隙帶發(fā)育高度并穿越頂板離層積水預(yù)計層位，達(dá)到上覆堅硬巖層內(nèi)5 10m終止；所述 的疏水孔組為2個上疏水孔和1個下疏水孔組成，或?yàn)?個上疏水孔和2個下疏水孔組 成，或?yàn)?個上疏水孔組成，或?yàn)?個下疏水孔組成，或?yàn)?個上疏水孔和1個下疏水 孔組成；所述上疏水孔鉆孔與水平線的仰角"為30° 50° ;下疏水孔鉆孔與水平線的 仰角"為30 35° ;所述由上疏水孔和下疏水孔組成的疏水孔組的方位角在360°范圍 內(nèi)均勻分布，由多個上或下疏水孔組成的疏水孔組在以下順槽為界的180°范圍內(nèi)均勻分 布；所述的每組疏水孔之間的間隔距離為50 60m。
本發(fā)明采煤工作面頂板離層水體防治方法，由于采用在采煤工作面的下順槽內(nèi)間隔施 工多個由上疏水孔和下疏水孔、或由多個下疏水孔組成的疏水孔組，疏水鉆孔的孔深在 待采煤層經(jīng)過導(dǎo)水裂隙帶穿出離層積水范圍以外，可以有效的疏放頂板水，疏放離層積 水水源，實(shí)現(xiàn)采煤工作面無水作業(yè)環(huán)境，保障采煤工作面安全高效開采，避免離層水害 事故的發(fā)生，其方法簡便，易于實(shí)施，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明采煤工作面頂板離層水體防治方法鉆孔布置平面示意圖。 圖2是圖1的A—A剖面示意圖。
圖中l(wèi)一待采745工作面；2 —工作面下順槽(軌道巷、機(jī)巷)；3 —上疏水孔；4一
下疏水孔；5、 6、 7、 8、 9一疏水孔組；IO—工作面切眼；a—相鄰鉆孔組的水平距離；
ll一待采工作面預(yù)計導(dǎo)水裂隙帶范圍；12 —預(yù)計離層帶范圍；13—堅硬巖層；14一煤層； 15—中硬或軟弱煤系地層；C一上疏水孔3與水平線的仰角；"一下疏水孔4與水平線 的仰角。
具體實(shí)船式
下面結(jié)合附圖中的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述-
首先在采煤工作面1的下順槽2 (軌道巷、機(jī)巷)內(nèi)間隔施工由上疏水孔3 (上山方 向工作面內(nèi)鉆孔)和下疏水孔4 (下山方向工作面外鉆孔)組成的疏水孔組(井下鉆窩)5、 6、 8、 9和由下疏水孔4組成的疏水孔組7，依次施工鉆孔組，其布置形式取決于現(xiàn)場鉆 孔有無出水或根據(jù)出水量大小情況確定，出水量大，鉆孔數(shù)量就多，反之，鉆孔數(shù)量就 少，每組疏水孔一般不超出3個，下山方向鉆孔的應(yīng)多于上山方向的數(shù)目。由上疏水孔 和下疏水孔組成的疏水孔組的方位角(以正北方向N為0° ，順時針方向旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)方向 線的水平夾角)在360。范圍內(nèi)均勻分布，由多個上疏水孔或下疏水孔組成的疏水孔組在 以下順槽為界的180。范圍內(nèi)均勻分布。
鉆孔組的施工順序從采煤工作面1切眼10方向開始依次施工，疏水孔組5為2個上 疏水孔3和1個下疏水孔4組成；疏水孔組6為1個上疏水孔3和2個下疏水孔4組成； 疏水孔組7為3個下疏水孔4組成；疏水孔組8和9為1個上疏水孔3和1個下疏水孔4 組成，相鄰鉆孔組間的水平距離a為50 60m，圖1所示。所有上疏水孔3沿上山方向采 煤工作面內(nèi)鉆 L施工上疏水孔3該鉆孔必須保證完全超出待采煤層預(yù)計導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育 高度范圍11，并穿越頂板離層積水預(yù)計層位12，達(dá)到其上覆堅硬巖層13內(nèi)5 10m終止，
鉆孔與水平線所形成的仰角a為30° 50° ,以保證井下鉆孔的順利施工且盡量減少鉆 進(jìn)深度。下疏水孔4沿下山方向采煤工作面1夕卜鉆孔，下疏水孔4鉆孔與水平線的仰角yg 為30 35° ,有利于鉆孔的快速施工，該鉆孔孔深以達(dá)到并進(jìn)入上覆堅硬巖層13內(nèi)5 10m為宜，圖2所示。
在井下施工鉆孔組時，鉆孔內(nèi)全程下設(shè)花管，并在管孔口安裝壓力表。在采煤工作 面開采前，通過井下己施工的上疏水孔3和下疏水孔4進(jìn)行采前疏放水工作，并觀測水 壓、水量等水情動態(tài)，并進(jìn)行詳細(xì)記錄分析。當(dāng)疏放水水量達(dá)到工作面預(yù)計涌水量的70 80%時，可對采煤工作面l進(jìn)行開采工作。
在工作面開采過程中，通過下山方向的下疏水孔4進(jìn)行煤層開采全過程疏放水作業(yè)， 記錄其放水量；由于該鉆孔位于工作面采動影響范圍外，不會被采動破壞而失去疏放水 作用，能有效切斷離層積水水源。同時，通過上山方向鉆孔組的上疏水孔3在回采過程 中進(jìn)行頂板離層積水的水動態(tài)監(jiān)測，觀測水壓、水量等水情動態(tài)，并進(jìn)行詳細(xì)記錄，直 至采煤工作面開采完畢。
權(quán)利要求
1、一種采煤工作面頂板離層水體防治方法，其特征在于a、預(yù)先在采煤工作面(1)的下順槽(2)內(nèi)間隔施工多個由上疏水孔(3)和下疏水孔(4)、或由多個下疏水孔(4)組成的疏水孔組，上疏水孔(3)為沿上山方向采煤工作面內(nèi)鉆孔；下疏水孔(4)為沿下山方向采煤工作面外鉆孔；b、對所有鉆孔全程下設(shè)置花管，管口處安裝壓力表；c、在采煤工作面(1)開采前，通過井下已施工的上疏水孔(3)和下疏水孔(4)進(jìn)行采前疏放水工作，并觀測水壓、水量等水情動態(tài)；d、當(dāng)疏放水水量達(dá)到工作面預(yù)計涌水量的70～80％時，對采煤工作面(1)進(jìn)行開采工作；e、在采煤工作面(1)開采過程中，仍需通過下山方向的采煤工作面(1)以外的下疏水孔(4)進(jìn)行全過程疏放水作業(yè)，疏放離層積水水源；同時通過上山方向的工作面內(nèi)的上疏水孔(3)進(jìn)行頂板離層積水的動態(tài)監(jiān)測和疏放，直至采煤工作面(1)開采完畢。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采煤工作面頂板離層水體防治方法，其特征在于所述 沿上山方向采煤工作面(1)內(nèi)施工上疏水孔(3)的終孔層位應(yīng)完全超出待采煤層導(dǎo)水裂 隙帶發(fā)育高度(11)并穿越頂板離層積水預(yù)計層位(12),達(dá)到上覆堅硬巖層(13)內(nèi)的 5 10m終止0
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采煤工作面頂板離層水體防治方法，其特征在于所述 的疏水孔組為2個上疏水孔(3)和1個下疏水孔(4)組成，或?yàn)?個上疏水孔(3)和 2個下疏水孔(4)組成，或?yàn)?個上疏水孔(3)組成，或?yàn)?個下疏水孔(4)組成， 或?yàn)?個上疏水孔(3)和1個下疏水孔(4)組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的采煤工作面頂板離層水體防治方法，其特征在于 所述上疏水孔(3)鉆孔與水平線的仰角ct為30° 50° ;下疏水孔(4)鉆孔與水平線 的仰角A為30 35。。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的采煤工作面頂板離層水體防治方法，其特征在于 所述由上疏水孔和下疏水孔組成的疏水孔組的方位角在360°范圍內(nèi)均勻分布，由多個上 或下疏水孔組成的疏水孔組在以下順槽為界的180°范圍內(nèi)均勻分布。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采煤工作面頂板離層水體防治方法，其特征在于所述 的每組疏水孔之間的間隔距離a為50 60m。
全文摘要
一種采煤工作面頂板離層水體防治方法，適用于開采前頂板已形成離層積水的煤層。在工作面開采前，預(yù)先在工作面下順槽(軌道巷、機(jī)巷)分別向上山方向、下山方向施工鉆孔組，進(jìn)行采前井下簡易疏放水；在工作面開采時，通過工作面采動影響范圍外的下山方向鉆孔進(jìn)行開采“全過程”疏放水作業(yè)，切斷頂板離層積水水源；通過上山方向完全超出待采煤層預(yù)計導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度并穿越頂板離層積水預(yù)計層位的鉆孔進(jìn)行頂板離層積水的水動態(tài)監(jiān)測與疏放。通過離層積水水動態(tài)監(jiān)測，及采前、開采全過程疏放離層積水水源，實(shí)現(xiàn)采場無水作業(yè)環(huán)境，避免頂板離層積水水害事故的發(fā)生，保障工作面安全高效開采。其方法簡便，易于實(shí)施，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號E21F16/00GK101196123SQ20071030258
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者偉 李, 李鳳榮, 李小琴, 李成明, 李文平, 程新明 申請人:淮北礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司;中國礦業(yè)大學(xué)