提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的方法，從而克服現(xiàn)有綜放工作面初采期間控制頂煤垮落技術(shù)不完善而導(dǎo)致的頂煤回收率低的缺陷，該方法包括在工作面初采前，在工作面高抽巷中施工水力壓裂工藝巷，在水力壓裂工藝巷內(nèi)施工若干組鉆孔，每組具體分為不同方向的四個鉆孔，其中三個鉆孔是布置在頂板巖層中，另外一個鉆孔布置在頂煤中，每個鉆孔中進(jìn)行水力壓裂。本發(fā)明利用頂煤、頂板中開楔形槽裂縫進(jìn)行水力壓裂實現(xiàn)了初采頂煤回收率的提高，工藝簡單、具有可操作性、成本低、效益高、提高頂煤回收率、降低安全隱患，從而實現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)。
【專利說明】提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及煤炭資源回收、提高回收率的一種方法，具體為提高綜放工作面初采 期間頂煤回收率的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]目前，我國很多礦區(qū)存在特厚煤層的賦存特征，針對這種特征在開采技術(shù)上采用 了特厚煤層綜放開采的方式，然而，特厚煤層綜放開采工作面初采60m范圍頂煤不易垮落、 初采期間頂煤回收率低一直以來是世界采礦界的技術(shù)難題，尤其是頂板強(qiáng)度lOOMPa、煤層 強(qiáng)度30MPa以上的“兩硬”特厚煤層(18m以上)綜放工作面初采20m范圍內(nèi)頂煤基本難以 垮落，從而造成頂煤回收率低，不僅浪費了大量煤炭資源，同時由于老塘的大量遺煤容易引 起的發(fā)火和瓦斯絕對涌出量突然增大問題增加了煤礦的安全投入成本，給安全生產(chǎn)帶來了 極大的威脅。
[0004]一般情況下控制頂煤垮落的方法，包括煤體注水軟化、提高液壓支架初撐力、人工 深孔爆破等，這些方法在實際生產(chǎn)中都取得了一定的成效，但是仍然存在一些問題:煤體注 水軟化實施后，軟化效果需要很長時間，同時煤體中注水量的多少與煤體滲透系數(shù)有著很 大的關(guān)系，對于滲透系數(shù)小、孔隙率低的煤體效果不是很好；提高液壓支架初撐力，從而給 支架上覆煤體與頂板巖體一定的壓力，造成煤巖分界面的離層，從而使得頂煤容易垮落，然 而這種方法對于煤層較硬的頂煤來說，效果不是很好；人工深孔爆破技術(shù)能夠很好地實現(xiàn) 煤體破碎，但是對于含瓦斯煤層采用這種方法會嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。
[0005]綜合來看，在提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的問題上一直沒有好的解決辦 法，因此，研究探索提高綜放工作面初采期間頂煤回收率增加整個工作面回采期間回收率 的方法便顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的 方法，從而克服現(xiàn)有綜放工作面初采期間控制頂煤垮落技術(shù)不完善而導(dǎo)致的頂煤回收率低 的缺陷。
[0007]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的方法，包括以下步驟，
(I)在工作面初采前，在工作面高抽巷(j )中施工水力壓裂工藝巷，在水力壓裂工藝巷 內(nèi)施工若干組鉆孔，每組具體分為不同方向的四個鉆孔，其中三個鉆孔是布置在頂板巖層 中，另外一個鉆孔布置在頂煤中，在頂煤中的鉆孔深度為煤層厚度減去采高，在鉆孔中不需 要開楔形槽；在頂板中的三個鉆孔每個鉆孔的孔深根據(jù)煤層據(jù)上覆堅硬老頂?shù)木嚯x確定， 其中兩個鉆孔在孔內(nèi)不同范圍內(nèi)施工2個楔形槽和孔底施工I個楔形槽，另外一個鉆孔在孔底施工I個楔形槽；
(2)每個鉆孔中進(jìn)行水力壓裂，壓裂前進(jìn)行水力壓裂安裝桿內(nèi)接水力壓裂封孔器，安裝 桿的長度略小于鉆孔深度；
(3)當(dāng)封孔器位置確定后，在水力壓裂鉆孔周圍采用木楔進(jìn)行固定并采用水泥漿封孔， 然后連接水力壓裂高壓泵，開啟控制箱，實施壓裂；
(4)壓裂過程實時同步觀測壓力、流量隨時間的變化過程，技術(shù)判別定向裂縫的壓裂情 況，從而對液泵控制箱進(jìn)行及時控制；
(5)在頂煤中布置應(yīng)力、變形傳感器、頂煤放出規(guī)律跟蹤儀；
(6)初采頂煤垮落觀測并電子秤計算初采出煤量。
[0008]作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(I)中所述鉆孔是采用普通液壓或風(fēng)動鉆機(jī)施工， 施工至開槽位置時候，再換上開楔形槽鉆頭進(jìn)行切槽處理。
[0009]作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(I)中所述若干組鉆孔之間的距離為20m，鉆孔孔 徑為4>60_。
[0010]作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(2)所述的水力壓裂安裝桿直徑為Ct40mm，封孔 器 50mm。
[0011]作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(3)所述的高壓泵額定壓力為60MPa。
[0012]本發(fā)明提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的原理是:通過在頂煤中布置水力壓 裂孔軟化頂煤來降低頂煤強(qiáng)度，從而增加其冒放性；通過在堅硬頂板中布置水力壓裂孔進(jìn) 行高壓弱化頂板強(qiáng)度，一是增加頂板巖石的垮落來促進(jìn)頂煤的冒放性，二是通過頂板巖石 垮落后落入采空區(qū)形成矸石墻，從而對頂煤冒放遺留采空區(qū)起到約束作用，這樣不僅有利 用頂煤冒放，同時能夠使得冒放的頂煤更容易進(jìn)入后溜，從而極大地增加了頂煤的回收率。
[0013]本發(fā)明利用頂煤、頂板中開楔形槽裂縫進(jìn)行水力壓裂實現(xiàn)了初采頂煤回收率的提 高。綜放工作面采用該方法后，初采期間20m范圍內(nèi)由原來的不垮落頂煤回收率為0%變?yōu)?頂煤回收率85%，再推進(jìn)40m范圍內(nèi)頂煤回收率由原來的60%提高為93%，極大的提高了經(jīng) 濟(jì)收入。以塔山煤礦8212工作面例進(jìn)行分析:8212工作面，平均煤厚18.17m，斜長230.5m， 工作面初采距離60m，多出煤148073噸，按照每噸400元計算，可增加收入5922.9200萬元。 本發(fā)明工藝簡單、具有可操作性、成本低、效益高、提高頂煤回收率、降低安全隱患，從而實 現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為某工作面水力壓裂鉆孔剖面圖；
圖2為某工作面水力壓裂鉆孔布置平面圖。
[0015]圖中:a_l#鉆孔，b-2#鉆孔，c-3#鉆孔，d_4#鉆孔，e_水力壓裂工藝巷，f_運輸順 槽，g-切眼，h-工作面切眼巷，1-運輸順槽，j-高抽巷，k-皮帶順槽。
【具體實施方式】
[0016]為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步清 楚、完整的說明。
[0017]如圖1、圖2所示，本發(fā)明所述的一種提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的方法，包括以下步驟:
(I)在工作面初采前，在工作面高抽巷j中距切眼g 25m施工一條向皮帶順槽k方向 的水力壓裂工藝巷e，在水力壓裂工藝巷e內(nèi)施工若干組鉆孔，每組具體分為不同方向的四 個鉆孔a、b、c和d，其中三個鉆孔a、b、c是布置在頂板巖層中，另外一個鉆孔d布置在頂煤 中，在頂煤中的鉆孔d深度為煤層厚度減去采高，在鉆孔中不需要開楔形槽；在頂板中的三 個鉆孔a、b、c，每個鉆孔的孔深根據(jù)煤層據(jù)上覆堅硬老頂?shù)木嚯x確定，其中兩個鉆孔a、c在 孔內(nèi)不同范圍內(nèi)施工2個楔形槽和孔底施工I個楔形槽，另外一個鉆孔b在孔底施工I個 楔形槽。
[0018]所述鉆孔(a、b、c)是采用普通液壓或風(fēng)動鉆機(jī)施工，施工至開槽位置時候，再換上 開楔形槽鉆頭進(jìn)行切槽處理。
[0019]所述若干組鉆孔之間的距離為20m，鉆孔孔徑為60mm。
[0020](2)每個鉆孔中進(jìn)行水力壓裂，壓裂前進(jìn)行水力壓裂安裝桿內(nèi)接水力壓裂封孔器， 安裝桿的長度略小于鉆孔深度；所述的水力壓裂安裝桿直徑為040mm，封孔器(3550mm。
[0021](3)當(dāng)封孔器位置確定后，在水力壓裂鉆孔周圍采用木楔進(jìn)行固定并采用水泥漿 封孔，然后連接水力壓裂高壓泵，開啟控制箱，實施壓裂；高壓泵額定壓力為60MPa。
[0022](4)壓裂過程實時同步觀測壓力、流量隨時間的變化過程，技術(shù)判別定向裂縫的壓 裂情況，從而對液泵控制箱進(jìn)行及時控制；
(5)在頂煤中布置應(yīng)力、變形傳感器、頂煤放出規(guī)律跟蹤儀；
(6)初采頂煤垮落觀測并電子秤計算初采出煤量。
【權(quán)利要求】
1.一種提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的方法，其特征在于，包括以下步驟，(1)在工作面初采前，在工作面高抽巷(j)中施工水力壓裂工藝巷(e)，在水力壓裂工 藝巷(e)內(nèi)施工若干組鉆孔，每組具體分為不同方向的四個鉆孔(a、b、c、d)，其中三個鉆孔 (a、b、c)是布置在頂板巖層中，另外一個鉆孔(d)布置在頂煤中，在頂煤中的鉆孔(d)深度 為煤層厚度減去采高，在鉆孔中不需要開楔形槽；在頂板中的三個鉆孔(a、b、c)，每個鉆孔 的孔深根據(jù)煤層據(jù)上覆堅硬老頂?shù)木嚯x確定，其中兩個鉆孔(a、c)在孔內(nèi)不同范圍內(nèi)施工 2個楔形槽和孔底施工I個楔形槽，另外一個鉆孔(b)在孔底施工I個楔形槽；(2)每個鉆孔中進(jìn)行水力壓裂，壓裂前進(jìn)行水力壓裂安裝桿內(nèi)接水力壓裂封孔器，安裝 桿的長度略小于鉆孔深度；(3)當(dāng)封孔器位置確定后，在水力壓裂鉆孔周圍采用木楔進(jìn)行固定并采用水泥漿封孔， 然后連接水力壓裂高壓泵，開啟控制箱，實施壓裂；(4)壓裂過程實時同步觀測壓力、流量隨時間的變化過程，技術(shù)判別定向裂縫的壓裂情 況，從而對液泵控制箱進(jìn)行及時控制；(5)在頂煤中布置應(yīng)力、變形傳感器、頂煤放出規(guī)律跟蹤儀；(6)初采頂煤垮落觀測并電子秤計算初采出煤量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的方法，其特征在于: 步驟(I)中所述鉆孔(a、b、c)是采用普通液壓或風(fēng)動鉆機(jī)施工，施工至開槽位置時候，再換 上開楔形槽鉆頭進(jìn)行切槽處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的方法，其特征在 于:步驟(I)中所述若干組鉆孔之間的距離為20m，鉆孔孔徑為(teOmm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的方法，其特征在于: 步驟(2)所述的水力壓裂安裝桿直徑為4>40mm,封孔器4>50mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的方法，其特征在于: 步驟(3)所述的高壓泵額定壓力為60MPa。
【文檔編號】E21C41/16GK103498680SQ201310483719
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】于斌, 匡鐵軍, 段宏飛, 劉錦榮 申請人:大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司