一种适用于倾斜煤层的注浆开采方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于倾斜煤层的注浆开采方法，包括如下步骤：步骤一、确定注浆平面的位置：将所述注浆平面(1)的位置设计为：在煤层(2)以上40‑80m区间内的岩层中，岩层强度与厚度乘积最大的岩层底板下方10m处，所述煤层(2)为倾斜煤层，所述注浆平面(1)与所述煤层(2)平行设置；步骤二、布置钻孔：在煤层(2)开采中会确定工作面倾斜长和工作面走向长，钻孔采用竖直钻孔(3)和水平钻孔(4)相结合的方式，开始钻孔；步骤三、注浆：包括浆液的选择和注浆，注浆完成后形成坚硬人工注浆层(5)，进行煤层(2)的开采。本发明专利技术所述适用于倾斜煤层的注浆开采方法安全可靠、经济实用、能大大提高煤炭采出率。

Grouting method suitable for inclined coal seam

The invention discloses a method for grouting inclined coal seam mining method, which comprises the following steps: step one, determine the grouting plane: the plane grouting design (1) position: in coal seam (2) more than 40 80m range of strata, and the thickness of the product of the largest rock strength rock bottom below 10m, the coal seam (2) for the inclined coal seam, the seam grouting plane (1) and the (2) is arranged in parallel; step two, layout: (2) drilling in coal seam mining working face length and inclination will determine the direction of the working face, using vertical borehole drilling (3) and horizontal drilling (4) combination, and begin drilling; step three, including: the selection and grouting grout, grouting is formed after the completion of hard artificial grouting layer (5), (2) coal seam mining. The method of grouting for the inclined coal seam in the invention is safe, reliable, economical and practical, and can greatly improve the coal recovery rate.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于倾斜煤层的注浆开采方法
本专利技术涉及煤矿安全开采领域，特别是涉及一种适用于倾斜煤层的注浆开采方法。
技术介绍
安全开采一直是煤炭领域永恒的主题，而降低吨煤成本也是煤炭企业一直在追求的目标，特别是在目前经济转型和煤炭形势低迷的情况下，一方面，煤炭产能过剩，另一方面，某些地方资源逐渐枯竭，同时大部分煤矿都在亏损，主要原因之一是煤炭开采成本过高，成本高导致煤炭竞争力大幅下降，同时为了在大环境下维持运营，经常亏本销售，从而导致很多煤矿企业亏损，形成恶性循环，因此在规划新的采区或者开采新的煤层时，需要详细规划，摒除以前粗放式开采方法，尽量提高资源采出率，同时降低成本，因此，急需一种新的适用于倾斜煤层的注浆开采方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种安全可靠、经济实用、能大大提高煤炭采出率的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，在倾斜煤层开采时，将以前留设的防水防砂煤柱，通过人工注浆增加关键层，保证安全开采。一种适用于倾斜煤层的注浆开采方法，包括如下步骤：步骤一、确定注浆平面的位置：将所述注浆平面的位置设计为：在煤层以上40-80m区间内的岩层中，岩层强度与厚度乘积最大的的岩层底板下方10m处，所述煤层为倾斜煤层，所述注浆平面与所述煤层平行设置；步骤二、布置钻孔：在煤层开采中会确定工作面倾斜长和工作面走向长，钻孔采用竖直钻孔和水平钻孔相结合的方式，所述竖直钻孔的底端设置在所述注浆平面上，每个所述竖直钻孔的底端均连接有4个所述水平钻孔；设计所述竖直钻孔和所述水平钻孔的位置和参数并开始钻孔；步骤三、注浆：包括浆液的选择和注浆，注浆完成后形成坚硬注浆平面，进行煤层的开采。本专利技术所述的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其中，所述注浆平面的一侧边缘与所述煤层在所述注浆平面的投影的同一侧的边缘之间的距离为A＝0.15hcscθ，h为煤柱高度，单位为m，θ为煤层倾角；h的计算方法为：当煤层倾角在0～60°范围内时，有如下三种情况：煤层直接顶的岩石强度为坚硬岩石时：煤层直接顶的岩石强度为中等强度岩石时：煤层直接顶的岩石强度为软岩时：其中，H为煤层厚度，单位为m；n为分层开采的层数，n在一次采全高的情况下计为1，在分层开采时计为2；所述岩石强度的确定方式为：以饱和单轴抗压强度为判断标准，单位为MPa；当饱和单轴抗压强度f饱＞45时，岩石为坚硬岩石；当10＜f饱＜45，岩石为中等强度岩石；当f饱＜10时，岩石为软岩；当煤层倾角大于60°时，h直接确定为40m。本专利技术所述的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其中，所述竖直钻孔和4个所述水平钻孔之间通过曲线钻孔进行连接，所述曲线钻孔数量为4个，位于所述注浆平面内，所述曲线钻孔的一端与所述竖直钻孔连接，另一端与所述水平钻孔连接；4个所述水平钻孔分为两组，两个为一组，位于同一组的两个水平钻孔和两个曲线钻孔一起形成了一个U型钻孔，每个竖直钻孔的底端连接有两个所述U型钻孔，且两个所述U型钻孔的底部相连，开口相反。本专利技术所述的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其中，对钻孔进行注浆后，浆液的扩散半径为15～20m；所述竖直钻孔的设置方式包括在工作面倾斜长和工作面走向长两个方向上确定设计点，最终确定竖直钻孔的具体布置数量和位置。本专利技术所述的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其中，在工作面倾斜长方向上所述竖直钻孔的排数为x，为整数，计算公式为B/t，B为注浆平面面宽度，单位为m，计算公式为B＝0.15·h·cscθ*2+h·cscθ＝1.3h·cscθ，t为一个竖直钻孔倾斜方向等效距离值，单位为m；分以下两种情况确定x的数值：B/t的计算结果的整数为F，如计算结果不带小数，则y＝F，如计算结果带有小数，则y＝F+1。本专利技术所述的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其中，在工作面走向长方向上，所述竖直钻孔的排数为y，为整数，计算公式为L/2p，L为工作面走向的设计长度，单位为m，p为所述水平钻孔的走向距离最大设计值，单位为m；分以下两种情况确定y的数值：L/2p的计算结果的整数为E，如计算结果不带小数，则y＝E，如计算结果带有小数，则y＝E+1；计算得到所述竖直钻孔在工作面倾斜长和工作面走向长两个方向上的布置排数，确定在所述注浆平面上的钻孔位置，所述竖直钻孔在所述注浆平面上均匀分布。本专利技术所述的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其中，所述曲线钻孔的整体结构为半径R＝B/4x的圆环的1/4，单位为m，所述水平钻孔的长度为L/4-R，单位为m。本专利技术所述的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其中，t为70m，工作面倾斜长C为200m，L为2000m，p为550m，接顶f饱＝40MPa，煤层倾角θ为31°，H为3.6m，一次采全高，n＝1，则直接顶为中等强度岩石，则h为51m，B为130m，计算得到y为2，x为2。本专利技术所述的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其中，在注浆过程中，前五分之三的注浆量采用第一注浆液，后五分之二的注浆量采用第二注浆液；所述第一注浆液采用P.O42.5标号的普通硅酸盐水泥，水灰比0.55:1～0.60:1，选用3％的水玻璃作为速凝剂，选用6‰的CaCl2作为早强剂，百分比均为相对所述普通硅酸盐水泥的重量百分比，注浆压力控制在(7H埋/100)MPa以内；所述第二注浆液采用超细水泥，其水泥浆液中最大颗粒不超过24μm，水灰比为0.65:1～0.75:1，选用2％的水玻璃作为速凝剂，注浆压力为(9H埋/100)MPa，H埋为所在竖直钻孔末端与地表之间的距离。本专利技术适用于倾斜煤层的注浆开采方法与现有技术不同之处在于：本专利技术适用于倾斜煤层的注浆开采方法是针对任何新开采的煤层或者工作面，本专利技术目的是提高煤层开采上限，注浆置换煤柱，保证安全开采，同时利用地面注浆进行沿空留巷，同时本专利技术是针对走向长壁采煤法的。本专利技术适用于倾斜煤层的注浆开采方法主要包括注浆，人为增加一层坚硬关键层，以此关键层代替并置换原先的煤柱，提高煤炭采出率，本专利技术是一种安全可靠、经济实用、能大大提高煤炭采出率的煤炭开采设计方法。本专利技术还具有如下优点：从地面往地下打钻孔，在煤层以上40-80m以内的岩层中，岩层强度与厚度乘积最大的的岩层下方10m停止，然后沿着煤层倾斜方向打竖直钻孔，每一个竖直钻孔分四个斜钻孔，这样人为增加了一层关键层，以关键层置换煤柱，多开采处将近一个工作面的煤炭，按照3.5m采高计算，3.5*2000*200*0.9＝126万吨，吨煤价格420，即5亿的销售额；一个数值钻孔，四个水平钻孔，极大地降低了成本，因为距离地面较近，所以注浆压力和输送距离都完全在合理范畴之内；优化各项参数，保证工艺实施安全可靠。下面结合附图对本专利技术的适用于倾斜煤层的注浆开采方法作进一步说明。附图说明图1为本专利技术中注浆平面和煤层的相对位置的立体示意图；图2为图1的侧视图；图3为本专利技术中竖直钻孔和水平钻孔的布置示意图；图4为一个竖直钻孔和水平钻孔的结构示意图；图5为另一个方向上一个竖直钻孔和水平钻孔的结构示意图。具体实施方式实施例1如图1～图5所示，本专利技术适用于倾斜煤层的注浆开采方法包括如下步骤：步骤一、确定注浆平面的位置：将注浆平面1的位置设计为：在煤层2以上40-80m区间内的岩层中，岩层强度与厚度乘积最大的的岩层底板下方10m处，煤层2为倾斜煤层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、确定注浆平面(1)的位置：将所述注浆平面(1)的位置设计为：在煤层(2)以上40‑80m区间内的岩层中，岩层强度与厚度乘积最大的的岩层底板下方10m处，所述煤层(2)为倾斜煤层，所述注浆平面(1)与所述煤层(2)平行设置；步骤二、布置钻孔：在煤层(2)开采中会确定工作面倾斜长和工作面走向长，钻孔采用竖直钻孔(3)和水平钻孔(4)相结合的方式，所述竖直钻孔(3)的底端设置在所述注浆平面(1)上，每个所述竖直钻孔(3)的底端均连接有4个所述水平钻孔(4)；设计所述竖直钻孔(3)和所述水平钻孔(4)的位置和参数并开始钻孔；步骤三、注浆：包括浆液的选择和注浆，注浆完成后形成坚硬人工注浆层(5)，进行煤层(2)的开采。

【技术特征摘要】
1.一种适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、确定注浆平面(1)的位置：将所述注浆平面(1)的位置设计为：在煤层(2)以上40-80m区间内的岩层中，岩层强度与厚度乘积最大的的岩层底板下方10m处，所述煤层(2)为倾斜煤层，所述注浆平面(1)与所述煤层(2)平行设置；步骤二、布置钻孔：在煤层(2)开采中会确定工作面倾斜长和工作面走向长，钻孔采用竖直钻孔(3)和水平钻孔(4)相结合的方式，所述竖直钻孔(3)的底端设置在所述注浆平面(1)上，每个所述竖直钻孔(3)的底端均连接有4个所述水平钻孔(4)；设计所述竖直钻孔(3)和所述水平钻孔(4)的位置和参数并开始钻孔；步骤三、注浆：包括浆液的选择和注浆，注浆完成后形成坚硬人工注浆层(5)，进行煤层(2)的开采。2.根据权利要求1所述的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其特征在于：所述注浆平面(1)的一侧边缘与所述煤层(2)在所述注浆平面(1)的投影的同一侧的边缘之间的距离为A＝0.15hcscθ，h为煤柱高度，单位为m，θ为煤层倾角；h的计算方法为：当煤层倾角θ在0～60°范围内时，有如下三种情况：煤层直接顶的岩石强度为坚硬岩石时：煤层直接顶的岩石强度为中等强度岩石时：煤层直接顶的岩石强度为软岩时：其中，H为煤层厚度，单位为m；n为分层开采的层数，n在一次采全高的情况下计为1，在分层开采时计为2；所述岩石强度的确定方式为：以饱和单轴抗压强度为判断标准，单位为MPa；当饱和单轴抗压强度f饱＞45时，岩石为坚硬岩石；当10＜f饱＜45，岩石为中等强度岩石；当f饱＜10时，岩石为软岩；当煤层倾角θ大于60°时，h直接确定为40m。3.根据权利要求2所述的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其特征在于：所述竖直钻孔(3)和4个所述水平钻孔(4)之间通过曲线钻孔(6)进行连接，所述曲线钻孔(6)数量为4个，位于所述注浆平面(1)内，所述曲线钻孔(6)的一端与所述竖直钻孔(3)连接，另一端与所述水平钻孔(4)连接；4个所述水平钻孔(4)分为两组，两个为一组，位于同一组的两个水平钻孔(4)和两个所述曲线钻孔(6)一起形成了一个U型钻孔，每个竖直钻孔(3)的底端连接有两个所述U型钻孔，且两个所述U型钻孔的底部相连，开口相反。4.根据权利要求3所述的适用于倾斜煤层的注浆开采方法，其特征在于：对钻孔进行注浆后，浆液的扩散半径为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华磊，张蓓，蔡金龙，许军策，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34