一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法
【专利摘要】本发明公开了一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，在待采煤工作区域的两侧开设风巷和运输巷；由风巷和运输巷分别向待采煤工作区域开设多个注水深孔，孔深为80～120m；当工作面采至距注水深孔15～50m时，对注水深孔进行注水，工作面采至距注水深孔2～3m时停止注水，采用动压注水，注水压力为3～5MPa；在垂直于工作面煤壁开设多个注水浅孔，孔深8～10m；使用注水器注水，所述注水浅孔采用错茬式布置，即每天每个注水浅孔内注水位置沿注水浅孔的长度方向错开1～2m。本发明通过松软煤层注水，增强了煤的塑性，提高了煤体的粘结性，增加煤体的抗剪强度，起到固结煤壁，减少片帮的作用，有效降低了工作面煤尘。
【专利说明】
一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种适用于松软煤层的采煤工艺，尤其涉及的是一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法。
【背景技术】
[0002]松软煤层，是指硬度系数f= 0.3?1.0的煤层。其地质条件复杂，工作面回采过程中易出现煤壁片帮、掉顶的现象，严重时导致工作面不能正常生产，以前主要采取人工超前使棚或注化学材料固帮结顶的方式进行处理，但是，超前使棚过程中人员进入煤壁侧作业，工伤事故多发，安全隐患大，停采周期长;注化学材料成本高，以目前的经济形式，企业无法负担。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，提高煤体的粘结性，有效控制采煤工作面片帮、掉顶。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤:
[0005](I)在待采煤工作区域的两侧开设风巷和运输巷；
[0006](2)由风巷和运输巷分别向待采煤工作区域开设多个注水深孔，孔深为80?120m;当工作面采至距注水深孔15?50m时，对注水深孔进行注水，工作面采至距注水深孔2?3m时停止注水，采用动压注水，注水压力为3?5MPa;
[0007](3)在垂直于工作面煤壁开设多个注水浅孔，孔深8?10m;使用注水器注水，所述注水浅孔采用错茬式布置，即每天每个注水浅孔内注水位置沿注水浅孔的长度方向错开I?2m;注水后煤体含水率2.1?5.1 %，采用静压注水，注水压力为2.5?3.5MPa，单孔注水时间为2?2.5h。
[0008]目前，矿井直接供给井下所用的清水，一般水压为2.5?3.5mpa，称为“静压”；在井下设置水栗，根据需要进行二次增压的，称为“动压”。
[0009]注水深孔和注水浅孔的注水时间需要同时进行。目前，综采工作面面长普遍在200?300m，甚至有面长更长的工作面，单纯使用注水深孔注水，工作面中部煤层不能有效的浸湿，注水量也不达标；如果单纯使用注水浅孔注水，要达到注水量要求，必须要注更加长的时间，与工作面正常生产时间冲突；所以必须结合两种注水方式，在最少影响生产的情况下，能够使工作面注水量、均匀程度上都达到要求。
[0010]所述注水浅孔的开孔位置距顶板1.0?1.5m处的煤体中，并向下有2?4°水平角，注水浅孔的间距3?5m。
[0011]作为本发明的优选方式之一，所述注水浅孔有多组，每组3个注水浅孔之间间距3m，相邻每组的间距5m。
[0012]作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中，当工作面煤质变硬或变软处，在原定注水浅孔之间补打注水浅孔或在同一断面布置两个注水孔，加大注水孔密度。补打注水孔的方式有两种，平行煤层方向和垂直煤层方向。
[0013]作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中，在煤壁片帮处，先架棚背帮维护后再进行注水。
[0014]作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中，在过变薄带、断层期间，煤厚大于
0.5m段进行注水。
[0015]作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中，在煤层中部含0.3m以下厚度夹矸，注水浅孔必须穿过夹矸，夹矸厚度大于0.3m时，在夹矸上下各布置一个注水浅孔。
[0016]作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中，局部地段中班割煤煤尘较大时，割煤结束后立即打孔补注水。
[0017]作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中，注水湿润半径为2?3m，在注水器上加接延长管，注水器延伸入注水浅孔内。
[0018]作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中，注水时，当水流通过煤体裂隙从暴露的老眼中淌出时，用黄泥将老眼封堵，注水结束后及时取出黄泥。
[0019]本发明相比现有技术具有以下优点:本发明通过松软煤层注水，增强了煤的塑性，提高了煤体的粘结性，增加煤体的抗剪强度，起到固结煤壁，减少片帮的作用，有效降低了工作面煤尘。通过对采煤工作面注水前后的粉尘监测结果看，注水前，割煤期间上出口 20m范围内粉尘浓度在160?250mg/m3之间；注水后，害幌期间上出口 20m范围内粉尘浓度在100?170mg/m3之间；大大降低了粉尘浓度，改善了劳动环境。有效的降低了工作面瓦斯浓度。通过煤层注水，工作面瓦斯含量平均下降24.3%，瓦斯得以有效释放，保证了工作面的安全快速回采。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的结构示意图；
[0021 ]图2是注水湿润半径分布趋势图；
[0022]图3是不同含水率下煤体抗剪强度变化图。
【具体实施方式】
[0023]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0024]如图1所示，本实施例包括风巷9、运输巷10、液压支架1、注水浅孔2、注水深孔3、增压栗7、清水管8、注水干管4和注水管6;在待采煤工作区域的两侧开设风巷9和运输巷10;由风巷9和运输巷10分别向待采煤工作区域开设多个注水深孔3，在垂直于工作面煤壁开设多个注水浅孔2，工作面煤壁上设有液压支架I，液压支架I和注水浅孔2之间设有截止阀5，截止阀5连接注水管6，风巷9和工作面煤壁上依次连接注水干管4，注水干管4连接外部的增压栗7和清水管8。本实施例的包括深孔注水和浅孔注水两个工艺。
[0025]本实施例的深孔注水工艺为:
[0026]由风巷9和运输巷10分别向待采煤工作区域开设多个注水深孔3，注水深孔3的孔深为80?120m;当工作面采至距注水深孔315?50m时，对注水深孔3进行注水，工作面采至距注水深孔32m时停止注水，采用动压注水，注水压力为3?5MPa，根据煤体的膨胀情况对压力进行适当的调整。
[0027]本实施例的浅孔注水工艺为:
[0028]在垂直于工作面煤壁开设多个注水浅孔2，孔深8?1m;浅孔注水范围:工作面上出口向下5m至下出口向上5m;使用注水器注水，所述注水浅孔2采用错茬式布置，即每天每个注水浅孔2内注水位置沿注水浅孔2的长度方向错开I?2m;注水后煤体含水率2.1?5.1%，采用静压注水，注水压力为2.5?3.5MPa。
[0029]据现场多次注水试验发现，注水压力在3MPa左右时，注水时间最长，效果最好;压力过大时，煤壁会在短时间内因注水发生片帮，人员需要对片帮处维护;压力过小时，煤体深处得不到有效的渗透，在夜班后期割煤期间工作面煤尘较大。
[0030]单孔注水时间为2?2.5h，根据工作面面长，确定开茬数量，避免因为注水而影响工作面正常割煤。
[0031]所述注水浅孔2的开孔位置距顶板1.0?1.5m处的煤体中，并向下有2?4°水平角，注水浅孔2有多组，每组3个注水浅孔2之间间距3m，相邻每组的间距5m。
[0032]工作面煤层原始含水率为2.0%，垂直煤壁施工一个1m的注水浅孔2进行注水，煤壁浸湿后停止注水，并在Ih后沿倾斜距离lm、2m、3m、4m处施工测试孔，并沿孔深每隔Im收集煤肩进行全水分实验，实验结果如2图所示，从图中可以看出，注水沿煤层的走向渗透大于倾斜渗透，各测试孔深部2m范围内煤体均得到了有效渗透，含水率达到5.0 %左右，并随着倾斜及走向距离的增大，含水率逐步降低，最终接近于原煤含水率，从图中可以看出，在I?3m深度内的煤体注水渗透效果最好，即注水湿润半径为I?3m，因而将煤壁注水浅孔2间距确定为3?5m。
[0033]如图3所示，图3为煤体在不同含水率下其抗剪强度变化趋势。实验煤体原始含水率为2%，注水后煤体含水率为2.1?5.1 %。由实验数据分析得出煤体含水率与抗剪强度之间的拟合曲线方程为:y = -0.1848x2+1.7442x+2.7906，为一条抛物线，从曲线中可以看出，随着煤体含水率增加，其抗剪强度有随之增大的趋势，当达到最大值后，煤体抗剪强度又减小的趋势，计算得知当煤体含水率在4.7 %左右时，其抗剪强度达到最大值，为6.9MPa。现场发现，煤层注水到位后，煤机滚筒割过的煤壁有着清晰的截割痕迹，并且在较长一段时间内无碎煤片落现象，多处采高超过3.2m的煤壁仍完整呈立面状，基本杜绝了片帮掉顶现象。
[0034]当工作面煤质变硬或变软处，在原定注水浅孔2之间补打注水浅孔2或在同一断面布置两个注水孔，加大注水孔密度。在煤壁片帮处，先架棚背帮维护后再进行注水。
[0035]在过变薄带、断层期间，煤厚大于0.5m段进行注水。在煤层中部含0.3m以下厚度夹矸，注水浅孔2必须穿过夹矸，夹矸厚度大于0.3m时，在夹矸上下各布置一个注水浅孔2。
[0036]局部地段中班割煤煤尘较大时，割煤结束后立即打孔补注水。
[0037]注水湿润半径为2?3m，在注水器上加接延长管，注水器延伸入注水浅孔2内。
[0038]注水时，当水流通过煤体裂隙从暴露的老眼中淌出时，用黄泥将老眼封堵，注水结束后及时取出黄泥，避免弱化瓦斯排放效果。
[0039]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)在待采煤工作区域的两侧开设风巷和运输巷； (2)由风巷和运输巷分别向待采煤工作区域开设多个注水深孔，孔深为80?120m;当工作面采至距注水深孔15?50m时，对注水深孔进行注水，工作面采至距注水深孔2?3m时停止注水，采用动压注水，注水压力为3?5MPa ； (3)在垂直于工作面煤壁开设多个注水浅孔，孔深8?10m;使用注水器注水，所述注水浅孔采用错茬式布置，即每天每个注水浅孔内注水位置沿注水浅孔的长度方向错开I?2m;注水后煤体含水率2.1?5.1 %，采用静压注水，注水压力为2.5?3.5MPa，单孔注水时间为2?2.5h02.根据权利要求1所述的一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，其特征在于，所述注水浅孔的开孔位置距顶板1.0?1.5m处的煤体中，并向下有2?4°水平角，注水浅孔的间距3?5m。3.根据权利要求2所述的一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，其特征在于，所述注水浅孔有多组，每组3个注水浅孔之间间距3m，相邻每组的间距5m。4.根据权利要求1所述的一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，当工作面煤质变硬或变软处，在原定注水浅孔之间补打注水浅孔或在同一断面布置两个注水孔，加大注水孔密度。5.根据权利要求1所述的一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在煤壁片帮处，先架棚背帮维护后再进行注水。6.根据权利要求1所述的一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在过变薄带、断层期间，煤厚大于0.5m段进行注水。7.根据权利要求1所述的一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在煤层中部含0.3m以下厚度夹矸，注水浅孔必须穿过夹矸，夹矸厚度大于0.3m时，在夹矸上下各布置一个注水浅孔。8.根据权利要求1所述的一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，局部地段中班割煤煤尘较大时，割煤结束后立即打孔补注水。9.根据权利要求1所述的一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，注水湿润半径为2?3m，在注水器上加接延长管，注水器延伸入注水浅孔内。10.根据权利要求1所述的一种松软煤层采煤工作面注水防片帮的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，注水时，当水流通过煤体裂隙从暴露的老眼中淌出时，用黄泥将老眼封堵，注水结束后及时取出黄泥。
【文档编号】E21F5/02GK105863717SQ201610425271
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】李万峰, 邵宏杰, 钱统傲, 刘飞, 靖可, 侯俊领
【申请人】淮南矿业(集团)有限责任公司