一种坚硬顶板条件下安全采煤的顶板管理方法技术

本发明专利技术涉及一种用于坚硬顶板条件下保证安全采煤的综合顶板管理方法，特别是一种通过钻孔内局部爆破后注水使坚硬顶板从物理形态和力学性质综合弱化的方法，该方法能够解决煤层开采时坚硬顶板难以自行垮落而造成冲击地压大、支护困难和开采工作面危险的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于坚硬顶板条件下保证安全采煤的综合顶板管理方法，特别是一种通过钻孔内局部爆破后注水使坚硬顶板从物理形态和力学性质综合弱化的方法。
技术介绍
当煤层之下无直接顶或直接顶很薄，垮落后不能充填满采空区，而基本顶为坚硬、完整和厚度大的砂岩、砾岩或石灰岩时，这类顶板称为坚硬顶板。坚硬顶板的强度很高，而裂隙又不发育，其分层厚度一般在4~10m以上，单向抗压强度一般达80~100MPa以上，弹性模量达20~40GPa。坚硬顶板，尤其是厚层难冒顶坚硬顶板存在的问题是:当用刀柱采煤法或长壁垮落采煤法开采时，坚硬顶板能在采空区悬露很大面积而不垮落，初次来压和周期来压步距大，来压时产生动压冲击，容易损坏支架，严重情况下采空区悬顶面积可达几千、几万甚至十几万平方米。由于垮落前积聚了大量的能量，一旦垮落，积聚的能量将突然释放出来，典型的顶板冲击可造成高吨位液压支架立柱缸体炸裂，还会把已采出区域的空气瞬间压出，形成巨大的风暴，对矿井生产造成极大的危害。过去我国主要采用煤柱支撑法管理这类顶板，由于需要留设大量煤柱，工作面的采出率只有40%~60%。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种既能够提高煤炭采出率有能减少因顶板坚硬而产生的支护难度大，冲击地压强的危险的顶板处理方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案:一种用于坚硬顶板条件下保证安全采煤的综合顶板管理方法，其特征在于:在设计开采接续的块段两侧的煤巷中向煤层顶板方向钻孔，钻孔方向的长度为工作面宽度的0.3~0.4倍，钻孔延伸方向与水平面的夹角为10~20度，奇数号钻孔延伸方向与工作面推进方向夹角为40~50度，偶数号钻孔延伸方向与工作面推进方向夹角为130~140度，每个组合有两个钻孔存在，每组内的两个钻孔开钻距离为工作面宽度的0.45-0.56倍，且同一组的两条钻孔末端距离不超过2米，将炸药送至同一组的两个钻孔底部实施爆破，装药量以能够将同一组的两个钻孔交接处爆破至联通且破碎顶板不涉及煤层为原则，爆破完成后从奇数号钻孔开口处向内注水直至偶数号钻孔有水流出后将每组钻孔的两个开口密封，相邻两组钻孔的距离为一个工作面长度，工作面推进方向两侧的煤巷中的各组钻孔交替布设。钻孔布设俯视图如图1所示。【附图说明】图1钻孔布设俯视图。【具体实施方式】该方法主要用于综采工作面，其全部工序，包括钻孔、装药，爆破和注水工序都是在工作面顺槽内，或在工作面开采前或在开采前方进行。采用该放顶法的目的是使坚硬完整的顶板产生爆破裂隙，并在采煤工作面经过时进一步扩展，形成弱面，通过注水使弱面及其周围岩体力学强度降低从而降低了顶板的垮落难度。以山西大同2014年7月开采的某工作面为例。该工作面长150m，采用双巷钻孔组交替布设，本次设计中钻孔延伸方向与水平面的夹角为40度，奇数号钻孔延伸方向与工作面推进方向夹角为45度，偶数号钻孔延伸方向与工作面推进方向夹角为135度，每个组合有两个钻孔存在，每组钻孔中的两个钻孔相距10米，钻孔深度为7米，每组钻孔相距80米，采用高威力岩石炸药送入每个钻孔末端进行爆破，钻孔内部爆破完成后沿奇数号钻孔注水，待偶数号钻孔有水流出后将该组钻孔的两个钻孔口同时封闭。通过测试得出该工作面每次周期来压的工作面推进距离为35米~40米，说明本方法在施工现场中的应用测试得到了成功。【主权项】1.一种用于坚硬顶板条件下保证安全采煤的综合顶板管理方法，其特征在于:在设计开采接续的块段两侧的煤巷中向煤层顶板方向钻孔，钻孔方向的长度为工作面宽度的.0.3-0.4倍，钻孔延伸方向与水平面的夹角为35~45度，奇数号钻孔延伸方向与工作面推进方向夹角为40~50度，偶数号钻孔延伸方向与工作面推进方向夹角为130~140度，每个组合有两个钻孔存在，每组内的两个钻孔开钻距离为工作面宽度的0.45-0.56倍，且同一组的两条钻孔末端距离不超过2米，将炸药送至同一组的两个钻孔底部实施爆破，装药量以能够将同一组的两个钻孔交接处爆破至联通且破碎顶板不涉及煤层为原则，爆破完成后从奇数号钻孔开口处向内注水直至偶数号钻孔有水流出后将每组钻孔的两个开口密封，相邻两组钻孔的距离为一个工作面长度，工作面推进方向两侧的煤巷中的各组钻孔交替布设。【专利摘要】本专利技术涉及一种用于坚硬顶板条件下保证安全采煤的综合顶板管理方法，特别是一种通过钻孔内局部爆破后注水使坚硬顶板从物理形态和力学性质综合弱化的方法，该方法能够解决煤层开采时坚硬顶板难以自行垮落而造成冲击地压大、支护困难和开采工作面危险的问题。【IPC分类】E21F17-00【公开号】CN104747233【申请号】CN201510044040【专利技术人】荣德生, 贺莹, 崔铁军, 赫飞, 马恒 【申请人】辽宁工程技术大学【公开日】2015年7月1日【申请日】2015年1月28日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于坚硬顶板条件下保证安全采煤的综合顶板管理方法，其特征在于：在设计开采接续的块段两侧的煤巷中向煤层顶板方向钻孔，钻孔方向的长度为工作面宽度的0.3~0.4倍，钻孔延伸方向与水平面的夹角为35~45度，奇数号钻孔延伸方向与工作面推进方向夹角为40~50度，偶数号钻孔延伸方向与工作面推进方向夹角为130~140度，每个组合有两个钻孔存在，每组内的两个钻孔开钻距离为工作面宽度的0.45~0.56倍，且同一组的两条钻孔末端距离不超过2米，将炸药送至同一组的两个钻孔底部实施爆破，装药量以能够将同一组的两个钻孔交接处爆破至联通且破碎顶板不涉及煤层为原则，爆破完成后从奇数号钻孔开口处向内注水直至偶数号钻孔有水流出后将每组钻孔的两个开口密封，相邻两组钻孔的距离为一个工作面长度，工作面推进方向两侧的煤巷中的各组钻孔交替布设。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：荣德生，贺莹，崔铁军，赫飞，马恒，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21