专利名称：利用水力切割预破顶煤提高开采率的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高煤炭开采率的方法，尤其是一种利用水力切割预破顶煤提高开采率的方法。
背景技术：
放顶煤开采方法自20世纪7(Γ80年代出现以来已得到广泛的应用，大大降低了劳动强度，提高了采煤的工作效率。但是该技术在应用过程中，对部分煤层，如煤质较为坚硬、完整性较好的煤层，往往存在着顶煤难以完全放落、落煤块度较大、开采率不高的问题，造成了大量的资源浪费。针对这一问题，国内外科技工作者提出许多方法进行解决，如注水软化、高压注水致裂、深(浅)爆破等方法。这些方法在一定程度上减小了顶煤放落难度、提高了放顶煤开采率，但这些方法普遍存在着施工较为复杂、施工过程存在安全隐患的问题，同时在应用上具有局限性。如注水软化方法和高压注水致裂方法所采用的注水封孔措施在顶板上难以实现，而且放顶有效性、时效性很差；深(浅)孔爆破方法对于在煤炭开采中普遍遇到的煤体与岩体紧贴的中薄煤层，不仅在施工操作上难度较大，而且会造成顶板岩体的破裂，落煤中存在大量的岩石杂质，并严重破坏顶板的稳定性，形成安全隐患。所以，有必要针对该工程难题，提出科学、方便、符合工程力学规律的方法，有效预破顶煤，减少放落难度，提高放顶煤开采率。
发明内容
技术问题:本发明的目的是针对较为坚硬、完整性较好的顶板煤层，特别是针对与上部岩体紧贴的煤层放顶煤困难、开采率不高的问题，提供一种施工简单、时效性好、安全、有效提高顶煤开采率的采煤方法。技术方案:本发明利用水力切割预破顶煤提高开采率的方法，包括如下步骤:
a、用钻机在液压支架前的顶板煤体中打超前钻孔至煤体和岩层的界面处；
b、拔出钻杆，将前端安装有高压喷头的高压水管伸入超前钻孔底部，打开阀门，高压水射流按设定的压强和流量对煤体沿横向进行水力切割，并匀速转动高压水管，使高压水射流沿采掘方向在煤体中切割出半圆形的横向割缝，往复多次转动高压水管，使切割出的横向割缝达到设计半径；
C、将伸入超前钻孔中的高压喷头向下移动一段距离，继续对煤体进行水力割缝达到设计半径，重复水力切割多次，在超前钻孔内自上而下切割出多个横向割缝；
d、重复步骤a、b、c，在采煤工作面上的顶板煤体中，沿采煤工作面按设定间距施工多个超前钻孔，并利用水力在每个钻孔中切割出多个横向割缝；
e、随着放顶煤施工的进行，按步距将液压支架向前移动，并以该步距为排距，布置下一排超前钻孔。所述的液压支架移动的步距为1000mnTl500mm ;所述的超前钻孔的间距为1000mnTl500mm,直径为150mnT200mm,钻孔向米掘方向倾斜,倾角为60° 80° ;所述的横向割缝(7)的竖向间距为300mnT500mm,厚度为10mnT20mm,半径为500mnT750mm ;所述的高压水射流压强为20MPa 30MPa，流量为5(T70L/min。有益效果:本发明不但可以有效提高坚硬、完整煤层的顶煤开采率，减小落煤的块度，加快开采速度，而且施工简单方便、安全、时效性好。本发明一方面在顶板煤体中形成了众多的让压区，改变煤体中的力学条件，促进坚硬煤体在超前集中应力的作用下变形破裂，产生大量纵横交错的裂隙；另一方面，横向割缝减小了煤岩、煤煤的接触面积，在顶板高应力的作用下进一步挤压分界面上的煤体使其破碎，失去粘接能力，实现了人工分层，便于落煤。钻孔、横向割缝以及次生的大量裂隙将顶板煤层进行了超前切割预破分块，便于顶煤在自重作用下垮落，减少了因顶煤无法正常放落而造成的资源损失，且减小落煤的块度可避免大块落煤对液压支架的损坏及对放煤口的堵塞。该方法可有效解决坚硬、完整顶煤难以放落的难题，大大提高了顶煤开采率和开采施工进度。
图1是本发明的实施布置图。图2是图1中1-1的剖面图。图中:1_液压支架，2-煤体，3-超前钻孔，4-岩层，5-高压喷头，6-高压水管；7-横向割缝。
具体实施例方式如附图所示:本发明利用水力切割预破顶煤提高开采率方法的操作步骤为:
①用钻机在液压支架I前的顶板煤体2中打超前钻孔3至煤体2和岩层4的界面处；
②拔出钻杆，将前端安装有高压喷头5的高压水管6伸入超前钻孔3底部，打开阀门，使高压水射流以压强为20MPa 30MPa、流量为5(T70L/min对煤体2沿横向进行水力切割，并匀速转动高压水管6，使高压水射流沿采掘方向在煤体2中切割出半圆形的横向割缝7，往复多次转动高压水管6，使切割出的横向割缝7达到设计半径；
③将伸入超前钻孔3中的高压喷头5向下移动设定距离，继续对煤体2进行水力割缝达到设计半径，重复水力切割多次，在超前钻孔3内自上而下切割出多个横向割缝7 ;所述的横向割缝7的竖向间距为300mnT500mm,厚度为10mnT20mm,半径为500mnT750mm ;利用高压水射流在切割横向割缝7时，每个横向割缝7所需时间约为5mirTl0min，并往复匀速转动高压喷头5 20回次；
④重复步骤①、②、③，在采煤工作面上的顶板煤体2中，沿采煤工作面以设定间距施工多个超前钻孔3，并利用水力在每个钻孔中切割出多个横向割缝7 ;
⑤随着放顶煤施工的进行，按1000mnTl500mm的步距将液压支架I向前移动，并以该步距为排距，布置下一排超前钻孔3,超前钻孔3的间距为1000mnTl500mm,直径为150mnT200mm，钻孔向采掘方向倾斜，倾角为60° 80°。
权利要求
1.一种利用水力切割预破顶煤提高开采率的方法，其特征在于，包括如下步骤: a、用钻机在液压支架(I)前的顶板煤体(2)中打超前钻孔(3)至煤体(2)和岩层(4)的界面处； b、拔出钻杆，将前端安装有高压喷头(5)的高压水管(6)伸入超前钻孔(3)底部，打开阀门，高压水射流按设定的压强和流量对煤体(2)沿横向进行水力切割，并匀速转动高压水管(6)，使高压水射流沿采掘方向在煤体(2)中切割出半圆形的横向割缝(7)，往复多次转动高压水管(6)，使切割出的横向割缝(7)达到设计半径； C、将伸入超前钻孔(3)中的高压喷头(5)向下移动设定距离，继续对煤体(2)进行水力割缝达到设计半径，重复水力切割多次，在超前钻孔(3)内自上而下切割出多个横向割缝(7)； d、重复步骤a、b、c，在采煤工作面上的顶板煤体(2)中，沿采煤工作面按设定间距施工多个超前钻孔(3)，并利用水力在每个钻孔中切割出多个横向割缝(7); e、随着放顶煤施工的进行，按步距将液压支架(I)向前移动，并以该步距为排距，布置下一排超前钻孔(3)。
2.根据权利要求1所述的利用水力切割预破顶煤提高开采率的方法，其特征在于:所述的液压支架(I)移动的步距为IOOOmnT1500mm。
3.根据权利要求1所述的利用水力切割预破顶煤提高开采率的方法，其特征在于:所述的超前钻孔(3)的间距为1000mnTl500mm，直径为150mnT200mm，钻孔向采掘方向倾斜，倾角为60° 80°。
4.根据权利要求1所述的利用水力切割预破顶煤提高开采率的方法，其特征在于:所述的横向割缝(7)的竖向间距为300mm 500mm,厚度为IOmm 20mm,半径为500mm 750mm。
5.根据权利要求1所述的利用水力切割预破顶煤提高开采率的方法，其特征在于:所述的高压水射流压强为20MPa 30MPa，流量为5(T70L/min。
全文摘要
一种利用水力切割预破顶煤提高开采率的方法，针对较为坚硬、完整的顶板煤层，特别是针对与上部岩体紧贴的煤层放顶煤困难、落煤块度大、开采率不高的问题。在采煤工作面利用钻机向顶板煤体中打超前钻孔至煤岩交界面，将高压水管伸入钻孔中，利用高压水冲击力在顶煤中自上而下切割多个近水平的半圆形横向割缝。线性分布的钻孔在顶板煤体中形成了众多的让压区，改变煤体中的力学条件，促进坚硬、完整煤体在超前集中应力的作用下变形破裂，产生大量裂隙；横向割缝减小了煤岩、煤煤的接触面积，在顶板高应力的作用下进一步挤压分界面上的煤体使其破碎，失去粘接能力，实现了人工分层，便于落煤。该方法简单快捷，可操作性强，时效性好，可有效加快采煤速度，提高顶煤开采率。
文档编号E21C45/00GK103089269SQ20131002408
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者靖洪文, 曲天智, 杨旭旭, 陈坤福 申请人:中国矿业大学