採煤工作面頂板離層水體防治方法
2023-04-27 09:56:26
專利名稱：採煤工作面頂板離層水體防治方法
技術領域：
本發明涉及煤礦採煤工作面頂板離層水體防治方法，尤其適用於開採前頂板已形成 離層積水的煤層。
背景駄
突水是煤礦四大災害之一。科技人員雖然對煤礦突水條件、機理及防治方法進行了 長期的研究，取得了卓有成效的成果；但是，由於地質條件的複雜性，具體地點防治水 研究的投入不足，以及一些技術還未得到解決等，我國煤礦突水事故時有發生。近年來， 隨著全國煤炭產量增加、開採深度加大、 一些特殊條件下開採增多等原因，煤礦突水事 故、特別是重大事故有增加趨勢，使煤礦安全生產形勢嚴峻。
例如淮北礦業集團公司海孜煤礦一水平84採區7煤745工作面，2005年5月21日 12時13分，發生了瞬時最大流量達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。突水事故發生前無明顯徵兆；持續時間很短，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。
該突水事故原因經調查鑑定為745面上覆巨厚堅硬火成巖，由於煤系地層與火成巖 在巖體結構、強度、變形性能方面存在明顯差異，下部10煤層開採中，火成巖下部地層 產生明顯離層，並被地下水充填，形成封閉的離層水體；上部7煤745工作面開採時， 其導水裂隙帶未達到該離層水體位置，而離層繼續擴大，當其發展達到一定空間規模後， 火成巖產生突然失穩，對下部巖體突然加載，使導水裂隙帶以上的隔水巖層破壞，產生 上部工作面瞬間突水。
根據煤礦突水災害發生層位位於煤層的頂板或底板，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為頂板水害問題。
關於頂板水害的水源方面，目前國內外已有報導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，經鑑定為一種以前未曾報導 過的煤層頂板離層水體，對於這種由於下部煤層先行開採形成的頂板離層積水造成上部 煤層開採過程中的工作面突水災害事故，國內外還未有先例報導研究。
關於頂板水害的防治技術方法方面，目前國內外已採用的防治技術方法主要有1)留設防水煤、巖柱；2)改變採煤方法；3)注漿堵水；4)地面防、治水方法(如河流改 道、地面防滲堵漏、填窪排水等)；5)超前疏幹，常用的疏幹措施有地面井群疏幹、
開鑿專門疏幹平巷、多井聯合疏幹、利用採煤準備巷道超前疏幹。其中"利用採煤準備 巷道超前疏幹"方法適用於採區工作面的疏幹，其疏幹鑽孔布置在採煤工作面內，而隨 著工作面推進至鑽孔，使其失去疏放水作用，由此影響工作面的正常推進，甚至引起工
作面水害事故；同時，這類疏幹鑽孔的孔深僅在待採煤層的導水裂隙帶範圍以內，而5.21 突水中的突水水源——離層水體的發育高度則遠遠超過導水裂隙帶範圍，因此疏幹鑽孔 達不到疏放離層積水的目的。
發明內容
本發明的目的是針對已有技術中的不足之處，提供一種避免離層水害事故發生，易於 實施，有效疏放頂板水、離層積水的採煤工作面頂板離層水體防治方法。 本發明所採用的工作面頂板離層水體防治方法
a、 預先在採煤工作面的下順槽內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採煤工作面內鑽 L;下疏水孔沿下山方向採 煤工作面外鑽孔；
b、 對所有鑽孔全程下設置花管，管口處安裝壓力表；
C、在採煤工作面開採前，通過井下已施工的上疏水孔和下疏水孔進行採前疏放水工 作，並觀測水壓、水量等水情動態；
d、 當疏放水水量達到工作面預計湧水量的70 80%時，對採煤工作面進行開採工作；
e、 在採煤工作面開採過程中，仍需通過下山方向的採煤工作面以外的下疏水孔進行 全過程疏放水作業，疏放離層積水水源；同時通過上山方向的工作面內的上疏水孔進行 頂板離層積水的動態監測和疏放，直至採煤工作面開採完畢。
所述沿上山方向採煤工作面內施工上疏水孔的終孔層位應完全超出待採煤層導水 裂隙帶發育高度並穿越頂板離層積水預計層位，達到上覆堅硬巖層內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，或為1個上疏水孔和2個下疏水孔組 成，或為3個上疏水孔組成，或為3個下疏水孔組成，或為1個上疏水孔和1個下疏水 孔組成；所述上疏水孔鑽孔與水平線的仰角"為30° 50° ;下疏水孔鑽孔與水平線的 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°範圍 內均勻分布，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°範圍內均勻分 布；所述的每組疏水孔之間的間隔距離為50 60m。
本發明採煤工作面頂板離層水體防治方法，由於採用在採煤工作面的下順槽內間隔施 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，疏水鑽孔的孔深在 待採煤層經過導水裂隙帶穿出離層積水範圍以外，可以有效的疏放頂板水，疏放離層積 水水源，實現採煤工作面無水作業環境，保障採煤工作面安全高效開採，避免離層水害 事故的發生，其方法簡便，易於實施，具有良好的社會效益和經濟效益。
圖1是本發明採煤工作面頂板離層水體防治方法鑽孔布置平面示意圖。 圖2是圖1的A—A剖面示意圖。
圖中l一待採745工作面；2 —工作面下順槽(軌道巷、機巷)；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—相鄰鑽孔組的水平距離；
ll一待採工作面預計導水裂隙帶範圍；12 —預計離層帶範圍；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。
具體實船式
下面結合附圖中的實施例對本發明作進一步的描述-
首先在採煤工作面1的下順槽2 (軌道巷、機巷)內間隔施工由上疏水孔3 (上山方 向工作面內鑽孔)和下疏水孔4 (下山方向工作面外鑽孔)組成的疏水孔組(井下鑽窩)5、 6、 8、 9和由下疏水孔4組成的疏水孔組7，依次施工鑽孔組，其布置形式取決於現場鑽 孔有無出水或根據出水量大小情況確定，出水量大，鑽孔數量就多，反之，鑽孔數量就 少，每組疏水孔一般不超出3個，下山方向鑽孔的應多於上山方向的數目。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° ，順時針方向旋轉至目標方向 線的水平夾角)在360。範圍內均勻分布，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。範圍內均勻分布。
鑽孔組的施工順序從採煤工作面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，相鄰鑽孔組間的水平距離a為50 60m，圖1所示。所有上疏水孔3沿上山方向採 煤工作面內鑽 L施工上疏水孔3該鑽孔必須保證完全超出待採煤層預計導水裂隙帶發育 高度範圍11，並穿越頂板離層積水預計層位12，達到其上覆堅硬巖層13內5 10m終止，
鑽孔與水平線所形成的仰角a為30° 50° ,以保證井下鑽孔的順利施工且儘量減少鑽 進深度。下疏水孔4沿下山方向採煤工作面1夕卜鑽孔，下疏水孔4鑽孔與水平線的仰角yg 為30 35° ,有利於鑽孔的快速施工，該鑽孔孔深以達到並進入上覆堅硬巖層13內5 10m為宜，圖2所示。
在井下施工鑽孔組時，鑽孔內全程下設花管，並在管孔口安裝壓力表。在採煤工作 面開採前，通過井下己施工的上疏水孔3和下疏水孔4進行採前疏放水工作，並觀測水 壓、水量等水情動態，並進行詳細記錄分析。當疏放水水量達到工作面預計湧水量的70 80%時，可對採煤工作面l進行開採工作。
在工作面開採過程中，通過下山方向的下疏水孔4進行煤層開採全過程疏放水作業， 記錄其放水量；由於該鑽孔位於工作面採動影響範圍外，不會被採動破壞而失去疏放水 作用，能有效切斷離層積水水源。同時，通過上山方向鑽孔組的上疏水孔3在回採過程 中進行頂板離層積水的水動態監測，觀測水壓、水量等水情動態，並進行詳細記錄，直 至採煤工作面開採完畢。
權利要求
1、一種採煤工作面頂板離層水體防治方法，其特徵在於a、預先在採煤工作面(1)的下順槽(2)內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)為沿上山方向採煤工作面內鑽孔；下疏水孔(4)為沿下山方向採煤工作面外鑽孔；b、對所有鑽孔全程下設置花管，管口處安裝壓力表；c、在採煤工作面(1)開採前，通過井下已施工的上疏水孔(3)和下疏水孔(4)進行採前疏放水工作，並觀測水壓、水量等水情動態；d、當疏放水水量達到工作面預計湧水量的70～80％時，對採煤工作面(1)進行開採工作；e、在採煤工作面(1)開採過程中，仍需通過下山方向的採煤工作面(1)以外的下疏水孔(4)進行全過程疏放水作業，疏放離層積水水源；同時通過上山方向的工作面內的上疏水孔(3)進行頂板離層積水的動態監測和疏放，直至採煤工作面(1)開採完畢。
2、 根據權利要求1所述的採煤工作面頂板離層水體防治方法，其特徵在於所述 沿上山方向採煤工作面(1)內施工上疏水孔(3)的終孔層位應完全超出待採煤層導水裂 隙帶發育高度(11)並穿越頂板離層積水預計層位(12),達到上覆堅硬巖層(13)內的 5 10m終止0
3、 根據權利要求1所述的採煤工作面頂板離層水體防治方法，其特徵在於所述 的疏水孔組為2個上疏水孔(3)和1個下疏水孔(4)組成，或為1個上疏水孔(3)和 2個下疏水孔(4)組成，或為3個上疏水孔(3)組成，或為3個下疏水孔(4)組成， 或為1個上疏水孔(3)和1個下疏水孔(4)組成。
4、 根據權利要求1或3所述的採煤工作面頂板離層水體防治方法，其特徵在於 所述上疏水孔(3)鑽孔與水平線的仰角ct為30° 50° ;下疏水孔(4)鑽孔與水平線 的仰角A為30 35。。
5、 根據權利要求1或3所述的採煤工作面頂板離層水體防治方法，其特徵在於 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°範圍內均勻分布，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°範圍內均勻分布。
6、 根據權利要求1所述的採煤工作面頂板離層水體防治方法，其特徵在於所述 的每組疏水孔之間的間隔距離a為50 60m。
全文摘要
一種採煤工作面頂板離層水體防治方法，適用於開採前頂板已形成離層積水的煤層。在工作面開採前，預先在工作面下順槽(軌道巷、機巷)分別向上山方向、下山方向施工鑽孔組，進行採前井下簡易疏放水；在工作面開採時，通過工作面採動影響範圍外的下山方向鑽孔進行開採「全過程」疏放水作業，切斷頂板離層積水水源；通過上山方向完全超出待採煤層預計導水裂隙帶發育高度並穿越頂板離層積水預計層位的鑽孔進行頂板離層積水的水動態監測與疏放。通過離層積水水動態監測，及採前、開採全過程疏放離層積水水源，實現採場無水作業環境，避免頂板離層積水水害事故的發生，保障工作面安全高效開採。其方法簡便，易於實施，具有良好的社會效益和經濟效益。
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 優先權日2007年12月27日
發明者偉 李, 李鳳榮, 李小琴, 李成明, 李文平, 程新明 申請人:淮北礦業(集團)有限責任公司;中國礦業大學