一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，在待采煤工作區(qū)域的兩側(cè)開(kāi)設(shè)風(fēng)巷和運(yùn)輸巷；由風(fēng)巷和運(yùn)輸巷分別向待采煤工作區(qū)域開(kāi)設(shè)多個(gè)注水深孔，孔深為80～120m；當(dāng)工作面采至距注水深孔15～50m時(shí)，對(duì)注水深孔進(jìn)行注水，工作面采至距注水深孔2～3m時(shí)停止注水，采用動(dòng)壓注水，注水壓力為3～5MPa；在垂直于工作面煤壁開(kāi)設(shè)多個(gè)注水淺孔，孔深8～10m；使用注水器注水，所述注水淺孔采用錯(cuò)茬式布置，即每天每個(gè)注水淺孔內(nèi)注水位置沿注水淺孔的長(zhǎng)度方向錯(cuò)開(kāi)1～2m。本發(fā)明通過(guò)松軟煤層注水，增強(qiáng)了煤的塑性，提高了煤體的粘結(jié)性，增加煤體的抗剪強(qiáng)度，起到固結(jié)煤壁，減少片幫的作用，有效降低了工作面煤塵。
【專利說(shuō)明】
一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于松軟煤層的采煤工藝，尤其涉及的是一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]松軟煤層，是指硬度系數(shù)f= 0.3?1.0的煤層。其地質(zhì)條件復(fù)雜，工作面回采過(guò)程中易出現(xiàn)煤壁片幫、掉頂?shù)默F(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致工作面不能正常生產(chǎn)，以前主要采取人工超前使棚或注化學(xué)材料固幫結(jié)頂?shù)姆绞竭M(jìn)行處理，但是，超前使棚過(guò)程中人員進(jìn)入煤壁側(cè)作業(yè)，工傷事故多發(fā)，安全隱患大，停采周期長(zhǎng);注化學(xué)材料成本高，以目前的經(jīng)濟(jì)形式，企業(yè)無(wú)法負(fù)擔(dān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，提高煤體的粘結(jié)性，有效控制采煤工作面片幫、掉頂。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟:
[0005](I)在待采煤工作區(qū)域的兩側(cè)開(kāi)設(shè)風(fēng)巷和運(yùn)輸巷；
[0006](2)由風(fēng)巷和運(yùn)輸巷分別向待采煤工作區(qū)域開(kāi)設(shè)多個(gè)注水深孔，孔深為80?120m;當(dāng)工作面采至距注水深孔15?50m時(shí)，對(duì)注水深孔進(jìn)行注水，工作面采至距注水深孔2?3m時(shí)停止注水，采用動(dòng)壓注水，注水壓力為3?5MPa;
[0007](3)在垂直于工作面煤壁開(kāi)設(shè)多個(gè)注水淺孔，孔深8?10m;使用注水器注水，所述注水淺孔采用錯(cuò)茬式布置，即每天每個(gè)注水淺孔內(nèi)注水位置沿注水淺孔的長(zhǎng)度方向錯(cuò)開(kāi)I?2m;注水后煤體含水率2.1?5.1 %，采用靜壓注水，注水壓力為2.5?3.5MPa，單孔注水時(shí)間為2?2.5h。
[0008]目前，礦井直接供給井下所用的清水，一般水壓為2.5?3.5mpa，稱為“靜壓”；在井下設(shè)置水栗，根據(jù)需要進(jìn)行二次增壓的，稱為“動(dòng)壓”。
[0009]注水深孔和注水淺孔的注水時(shí)間需要同時(shí)進(jìn)行。目前，綜采工作面面長(zhǎng)普遍在200?300m，甚至有面長(zhǎng)更長(zhǎng)的工作面，單純使用注水深孔注水，工作面中部煤層不能有效的浸濕，注水量也不達(dá)標(biāo)；如果單純使用注水淺孔注水，要達(dá)到注水量要求，必須要注更加長(zhǎng)的時(shí)間，與工作面正常生產(chǎn)時(shí)間沖突；所以必須結(jié)合兩種注水方式，在最少影響生產(chǎn)的情況下，能夠使工作面注水量、均勻程度上都達(dá)到要求。
[0010]所述注水淺孔的開(kāi)孔位置距頂板1.0?1.5m處的煤體中，并向下有2?4°水平角，注水淺孔的間距3?5m。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述注水淺孔有多組，每組3個(gè)注水淺孔之間間距3m，相鄰每組的間距5m。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(3)中，當(dāng)工作面煤質(zhì)變硬或變軟處，在原定注水淺孔之間補(bǔ)打注水淺孔或在同一斷面布置兩個(gè)注水孔，加大注水孔密度。補(bǔ)打注水孔的方式有兩種，平行煤層方向和垂直煤層方向。
[0013]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(3)中，在煤壁片幫處，先架棚背幫維護(hù)后再進(jìn)行注水。
[0014]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(3)中，在過(guò)變薄帶、斷層期間，煤厚大于
0.5m段進(jìn)行注水。
[0015]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(3)中，在煤層中部含0.3m以下厚度夾矸，注水淺孔必須穿過(guò)夾矸，夾矸厚度大于0.3m時(shí)，在夾矸上下各布置一個(gè)注水淺孔。
[0016]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(3)中，局部地段中班割煤煤塵較大時(shí)，割煤結(jié)束后立即打孔補(bǔ)注水。
[0017]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(3)中，注水濕潤(rùn)半徑為2?3m，在注水器上加接延長(zhǎng)管，注水器延伸入注水淺孔內(nèi)。
[0018]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(3)中，注水時(shí)，當(dāng)水流通過(guò)煤體裂隙從暴露的老眼中淌出時(shí)，用黃泥將老眼封堵，注水結(jié)束后及時(shí)取出黃泥。
[0019]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明通過(guò)松軟煤層注水，增強(qiáng)了煤的塑性，提高了煤體的粘結(jié)性，增加煤體的抗剪強(qiáng)度，起到固結(jié)煤壁，減少片幫的作用，有效降低了工作面煤塵。通過(guò)對(duì)采煤工作面注水前后的粉塵監(jiān)測(cè)結(jié)果看，注水前，割煤期間上出口 20m范圍內(nèi)粉塵濃度在160?250mg/m3之間；注水后，害幌期間上出口 20m范圍內(nèi)粉塵濃度在100?170mg/m3之間；大大降低了粉塵濃度，改善了勞動(dòng)環(huán)境。有效的降低了工作面瓦斯?jié)舛?。通過(guò)煤層注水，工作面瓦斯含量平均下降24.3%，瓦斯得以有效釋放，保證了工作面的安全快速回采。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖2是注水濕潤(rùn)半徑分布趨勢(shì)圖；
[0022]圖3是不同含水率下煤體抗剪強(qiáng)度變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0024]如圖1所示，本實(shí)施例包括風(fēng)巷9、運(yùn)輸巷10、液壓支架1、注水淺孔2、注水深孔3、增壓栗7、清水管8、注水干管4和注水管6;在待采煤工作區(qū)域的兩側(cè)開(kāi)設(shè)風(fēng)巷9和運(yùn)輸巷10;由風(fēng)巷9和運(yùn)輸巷10分別向待采煤工作區(qū)域開(kāi)設(shè)多個(gè)注水深孔3，在垂直于工作面煤壁開(kāi)設(shè)多個(gè)注水淺孔2，工作面煤壁上設(shè)有液壓支架I，液壓支架I和注水淺孔2之間設(shè)有截止閥5，截止閥5連接注水管6，風(fēng)巷9和工作面煤壁上依次連接注水干管4，注水干管4連接外部的增壓栗7和清水管8。本實(shí)施例的包括深孔注水和淺孔注水兩個(gè)工藝。
[0025]本實(shí)施例的深孔注水工藝為:
[0026]由風(fēng)巷9和運(yùn)輸巷10分別向待采煤工作區(qū)域開(kāi)設(shè)多個(gè)注水深孔3，注水深孔3的孔深為80?120m;當(dāng)工作面采至距注水深孔315?50m時(shí)，對(duì)注水深孔3進(jìn)行注水，工作面采至距注水深孔32m時(shí)停止注水，采用動(dòng)壓注水，注水壓力為3?5MPa，根據(jù)煤體的膨脹情況對(duì)壓力進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
[0027]本實(shí)施例的淺孔注水工藝為:
[0028]在垂直于工作面煤壁開(kāi)設(shè)多個(gè)注水淺孔2，孔深8?1m;淺孔注水范圍:工作面上出口向下5m至下出口向上5m;使用注水器注水，所述注水淺孔2采用錯(cuò)茬式布置，即每天每個(gè)注水淺孔2內(nèi)注水位置沿注水淺孔2的長(zhǎng)度方向錯(cuò)開(kāi)I?2m;注水后煤體含水率2.1?5.1%，采用靜壓注水，注水壓力為2.5?3.5MPa。
[0029]據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多次注水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，注水壓力在3MPa左右時(shí)，注水時(shí)間最長(zhǎng)，效果最好;壓力過(guò)大時(shí)，煤壁會(huì)在短時(shí)間內(nèi)因注水發(fā)生片幫，人員需要對(duì)片幫處維護(hù);壓力過(guò)小時(shí)，煤體深處得不到有效的滲透，在夜班后期割煤期間工作面煤塵較大。
[0030]單孔注水時(shí)間為2?2.5h，根據(jù)工作面面長(zhǎng)，確定開(kāi)茬數(shù)量，避免因?yàn)樽⑺绊懝ぷ髅嬲８蠲骸?br>[0031]所述注水淺孔2的開(kāi)孔位置距頂板1.0?1.5m處的煤體中，并向下有2?4°水平角，注水淺孔2有多組，每組3個(gè)注水淺孔2之間間距3m，相鄰每組的間距5m。
[0032]工作面煤層原始含水率為2.0%，垂直煤壁施工一個(gè)1m的注水淺孔2進(jìn)行注水，煤壁浸濕后停止注水，并在Ih后沿傾斜距離lm、2m、3m、4m處施工測(cè)試孔，并沿孔深每隔Im收集煤肩進(jìn)行全水分實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如2圖所示，從圖中可以看出，注水沿煤層的走向滲透大于傾斜滲透，各測(cè)試孔深部2m范圍內(nèi)煤體均得到了有效滲透，含水率達(dá)到5.0 %左右，并隨著傾斜及走向距離的增大，含水率逐步降低，最終接近于原煤含水率，從圖中可以看出，在I?3m深度內(nèi)的煤體注水滲透效果最好，即注水濕潤(rùn)半徑為I?3m，因而將煤壁注水淺孔2間距確定為3?5m。
[0033]如圖3所示，圖3為煤體在不同含水率下其抗剪強(qiáng)度變化趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)煤體原始含水率為2%，注水后煤體含水率為2.1?5.1 %。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出煤體含水率與抗剪強(qiáng)度之間的擬合曲線方程為:y = -0.1848x2+1.7442x+2.7906，為一條拋物線，從曲線中可以看出，隨著煤體含水率增加，其抗剪強(qiáng)度有隨之增大的趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到最大值后，煤體抗剪強(qiáng)度又減小的趨勢(shì)，計(jì)算得知當(dāng)煤體含水率在4.7 %左右時(shí)，其抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大值，為6.9MPa。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，煤層注水到位后，煤機(jī)滾筒割過(guò)的煤壁有著清晰的截割痕跡，并且在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無(wú)碎煤片落現(xiàn)象，多處采高超過(guò)3.2m的煤壁仍完整呈立面狀，基本杜絕了片幫掉頂現(xiàn)象。
[0034]當(dāng)工作面煤質(zhì)變硬或變軟處，在原定注水淺孔2之間補(bǔ)打注水淺孔2或在同一斷面布置兩個(gè)注水孔，加大注水孔密度。在煤壁片幫處，先架棚背幫維護(hù)后再進(jìn)行注水。
[0035]在過(guò)變薄帶、斷層期間，煤厚大于0.5m段進(jìn)行注水。在煤層中部含0.3m以下厚度夾矸，注水淺孔2必須穿過(guò)夾矸，夾矸厚度大于0.3m時(shí)，在夾矸上下各布置一個(gè)注水淺孔2。
[0036]局部地段中班割煤煤塵較大時(shí)，割煤結(jié)束后立即打孔補(bǔ)注水。
[0037]注水濕潤(rùn)半徑為2?3m，在注水器上加接延長(zhǎng)管，注水器延伸入注水淺孔2內(nèi)。
[0038]注水時(shí)，當(dāng)水流通過(guò)煤體裂隙從暴露的老眼中淌出時(shí)，用黃泥將老眼封堵，注水結(jié)束后及時(shí)取出黃泥，避免弱化瓦斯排放效果。
[0039]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在待采煤工作區(qū)域的兩側(cè)開(kāi)設(shè)風(fēng)巷和運(yùn)輸巷； (2)由風(fēng)巷和運(yùn)輸巷分別向待采煤工作區(qū)域開(kāi)設(shè)多個(gè)注水深孔，孔深為80?120m;當(dāng)工作面采至距注水深孔15?50m時(shí)，對(duì)注水深孔進(jìn)行注水，工作面采至距注水深孔2?3m時(shí)停止注水，采用動(dòng)壓注水，注水壓力為3?5MPa ； (3)在垂直于工作面煤壁開(kāi)設(shè)多個(gè)注水淺孔，孔深8?10m;使用注水器注水，所述注水淺孔采用錯(cuò)茬式布置，即每天每個(gè)注水淺孔內(nèi)注水位置沿注水淺孔的長(zhǎng)度方向錯(cuò)開(kāi)I?2m;注水后煤體含水率2.1?5.1 %，采用靜壓注水，注水壓力為2.5?3.5MPa，單孔注水時(shí)間為2?2.5h02.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，其特征在于，所述注水淺孔的開(kāi)孔位置距頂板1.0?1.5m處的煤體中，并向下有2?4°水平角，注水淺孔的間距3?5m。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，其特征在于，所述注水淺孔有多組，每組3個(gè)注水淺孔之間間距3m，相鄰每組的間距5m。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，當(dāng)工作面煤質(zhì)變硬或變軟處，在原定注水淺孔之間補(bǔ)打注水淺孔或在同一斷面布置兩個(gè)注水孔，加大注水孔密度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，在煤壁片幫處，先架棚背幫維護(hù)后再進(jìn)行注水。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，在過(guò)變薄帶、斷層期間，煤厚大于0.5m段進(jìn)行注水。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，在煤層中部含0.3m以下厚度夾矸，注水淺孔必須穿過(guò)夾矸，夾矸厚度大于0.3m時(shí)，在夾矸上下各布置一個(gè)注水淺孔。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，局部地段中班割煤煤塵較大時(shí)，割煤結(jié)束后立即打孔補(bǔ)注水。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，注水濕潤(rùn)半徑為2?3m，在注水器上加接延長(zhǎng)管，注水器延伸入注水淺孔內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種松軟煤層采煤工作面注水防片幫的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，注水時(shí)，當(dāng)水流通過(guò)煤體裂隙從暴露的老眼中淌出時(shí)，用黃泥將老眼封堵，注水結(jié)束后及時(shí)取出黃泥。
【文檔編號(hào)】E21F5/02GK105863717SQ201610425271
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】李萬(wàn)峰, 邵宏杰, 錢統(tǒng)傲, 劉飛, 靖可, 侯俊領(lǐng)
【申請(qǐng)人】淮南礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司