[發明專利]利用水力切割預破頂煤提高開采率的方法

有效

• 申請號: 201310024083.3
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103089269A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 靖洪文;曲天智;楊旭旭;陳坤福
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C45/00
• 分類號: E21C45/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

技術領域

本發明涉及一種提高煤炭開采率的方法，尤其是一種利用水力切割預破頂煤提高開采率的方法。

背景技術

放頂煤開采方法自20世紀70~80年代出現以來已得到廣泛的應用，大大降低了勞動強度，提高了采煤的工作效率。但是該技術在應用過程中，對部分煤層，如煤質較為堅硬、完整性較好的煤層，往往存在著頂煤難以完全放落、落煤塊度較大、開采率不高的問題，造成了大量的資源浪費。針對這一問題，國內外科技工作者提出許多方法進行解決，如注水軟化、高壓注水致裂、深（淺）爆破等方法。這些方法在一定程度上減小了頂煤放落難度、提高了放頂煤開采率，但這些方法普遍存在著施工較為復雜、施工過程存在安全隱患的問題，同時在應用上具有局限性。如注水軟化方法和高壓注水致裂方法所采用的注水封孔措施在頂板上難以實現，而且放頂有效性、時效性很差；深（淺）孔爆破方法對于在煤炭開采中普遍遇到的煤體與巖體緊貼的中薄煤層，不僅在施工操作上難度較大，而且會造成頂板巖體的破裂，落煤中存在大量的巖石雜質，并嚴重破壞頂板的穩定性，形成安全隱患。所以，有必要針對該工程難題，提出科學、方便、符合工程力學規律的方法，有效預破頂煤，減少放落難度，提高放頂煤開采率。

發明內容

技術問題：本發明的目的是針對較為堅硬、完整性較好的頂板煤層，特別是針對與上部巖體緊貼的煤層放頂煤困難、開采率不高的問題，提供一種施工簡單、時效性好、安全、有效提高頂煤開采率的采煤方法。

技術方案：本發明利用水力切割預破頂煤提高開采率的方法，包括如下步驟：

a、用鉆機在液壓支架前的頂板煤體中打超前鉆孔至煤體和巖層的界面處；

b、拔出鉆桿，將前端安裝有高壓噴頭的高壓水管伸入超前鉆孔底部，打開閥門，高壓水射流按設定的壓強和流量對煤體沿橫向進行水力切割，并勻速轉動高壓水管，使高壓水射流沿采掘方向在煤體中切割出半圓形的橫向割縫，往復多次轉動高壓水管，使切割出的橫向割縫達到設計半徑；

c、將伸入超前鉆孔中的高壓噴頭向下移動一段距離，繼續對煤體進行水力割縫達到設計半徑，重復水力切割多次，在超前鉆孔內自上而下切割出多個橫向割縫；

d、重復步驟a、b、c，在采煤工作面上的頂板煤體中，沿采煤工作面按設定間距施工多個超前鉆孔，并利用水力在每個鉆孔中切割出多個橫向割縫；

e、隨著放頂煤施工的進行，按步距將液壓支架向前移動，并以該步距為排距，布置下一排超前鉆孔。

所述的液壓支架移動的步距為1000mm~1500mm；所述的超前鉆孔的間距為1000mm~1500mm，直徑為150mm~200mm，鉆孔向采掘方向傾斜，傾角為60°~80°；所述的橫向割縫（7）的豎向間距為300mm~500mm，厚度為10mm~20mm，半徑為500mm~750mm；所述的高壓水射流壓強為20MPa~30MPa，流量為50~70L/min。

有益效果：本發明不但可以有效提高堅硬、完整煤層的頂煤開采率，減小落煤的塊度，加快開采速度，而且施工簡單方便、安全、時效性好。本發明一方面在頂板煤體中形成了眾多的讓壓區，改變煤體中的力學條件，促進堅硬煤體在超前集中應力的作用下變形破裂，產生大量縱橫交錯的裂隙；另一方面，橫向割縫減小了煤巖、煤煤的接觸面積，在頂板高應力的作用下進一步擠壓分界面上的煤體使其破碎，失去粘接能力，實現了人工分層，便于落煤。鉆孔、橫向割縫以及次生的大量裂隙將頂板煤層進行了超前切割預破分塊，便于頂煤在自重作用下垮落，減少了因頂煤無法正常放落而造成的資源損失，且減小落煤的塊度可避免大塊落煤對液壓支架的損壞及對放煤口的堵塞。該方法可有效解決堅硬、完整頂煤難以放落的難題，大大提高了頂煤開采率和開采施工進度。

附圖說明

圖1是本發明的實施布置圖。

圖2是圖1中Ⅰ-Ⅰ的剖面圖。

圖中：1-液壓支架，2-煤體，3-超前鉆孔，4-巖層，5-高壓噴頭，6-高壓水管；7-橫向割縫。

具體實施方式

如附圖所示：本發明利用水力切割預破頂煤提高開采率方法的操作步驟為：

①用鉆機在液壓支架1前的頂板煤體2中打超前鉆孔3至煤體2和巖層4的界面處；

②拔出鉆桿，將前端安裝有高壓噴頭5的高壓水管6伸入超前鉆孔3底部，打開閥門，使高壓水射流以壓強為20MPa~30MPa、流量為50~70L/min對煤體2沿橫向進行水力切割，并勻速轉動高壓水管6，使高壓水射流沿采掘方向在煤體2中切割出半圓形的橫向割縫7，往復多次轉動高壓水管6，使切割出的橫向割縫7達到設計半徑；?