[發明專利]一種基于二氧化碳爆破的弱化堅硬煤層放頂煤的方法

有效

• 申請號: 201610263144.5
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105804753B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 朱志潔;陳鎣;宋衛華;張宏偉;李勝;韓軍;霍丙杰;湯國水;蘭天偉;孫寶志
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21C37/14
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 李在川

技術領域

本發明屬于煤礦開采技術領域，具體涉及一種基于二氧化碳爆破的弱化堅硬煤層放頂煤的方法。

背景技術

在堅硬煤層放頂煤開采中，遇到的突出技術難題就是頂煤不能自行充分破碎、頂煤冒落塊度大，不能從支架放煤口放出，從而造成煤炭資源回收率低，采空區遺煤多留下自燃發火的隱患，威脅礦井安全，解決這一難題的現有方法是煤層高壓注水或爆破。

其中，煤層高壓注水在支承壓力作用下總是有裂隙產生，高壓水易沿煤層原有裂隙(包括原生裂隙和支承壓力作用產生的裂隙)泄出，但是水力壓裂作用方向性明顯，不易將頂煤破壞為塊度適中的散體，同時煤層注水影響煤質。

順槽內爆破是在工作面運輸順巷槽和回風巷槽向頂煤鉆孔爆破，由于此法為深孔爆破，容易造成炮孔封堵過實，工作面兩端會出現爆破盲區， 會影響頂煤的采出，采用該方法工程量較大，且爆破工序與運輸順槽的皮帶運輸系統相互沖突；工藝巷爆破弱化充分利用了爆破弱化后支承壓力可再壓裂的破碎過程，達到了降低塊度，提高了頂煤采出率的目的，但增加了巷道的掘進量，使得工作面投資較大。目前，頂煤采出率低是堅硬煤層放頂煤開采中亟待解決的技術難題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于二氧化碳爆破的弱化堅硬煤層放頂煤的方法，目的是通過采用在工作面液壓支架頂梁之間靠近煤壁的頂板處向上方頂煤打眼進行二氧化碳爆破，對堅硬頂煤進行弱化，節省投資、提高安全性。

實現本發明目的的技術方案，按照以下步驟進行：

（1）在進行煤層回采過程中，在液壓支架頂梁之間靠近煤壁的頂板處，每間隔5～8個液壓支架設置穿透頂煤煤體到達煤層頂板的鉆孔，鉆孔與煤層頂板呈一定傾角α，鉆孔的長度為L；

（2）將二氧化碳致裂器置于鉆孔內，插至孔底，采用囊袋式或橡膠封孔器封孔，封孔長度為(0.1～0.2)L,并設置止飛器，連接導線，使用發爆器啟動加熱器，按照鉆孔次序依次進行將二氧化碳爆破，最終使堅硬頂煤產生裂隙，強度弱化。

其中，所述的鉆孔直徑為60mm～80mm，相鄰兩個鉆孔之間的距離為8m~10m。

所述的鉆孔與煤層頂板呈一定傾角α為30°~60°。

所述的隨著工作面的回采每間隔一定距離在頂煤實施二氧化碳爆破，即爆破循環步距≤L×cosα。

所述的使用發爆器啟動加熱器，使加熱二氧化碳致裂器內部的液態二氧化碳成為氣體，二氧化碳致裂器中壓力持續增大壓迫200MPa定壓剪切片，使其中的定壓剪切片破斷，釋放高壓氣體，致裂煤體。

與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是：

本發明采用二氧化碳爆破對堅硬頂煤進行弱化，具體在工作面液壓支架頂梁之間靠近煤壁的頂板處向上打眼進行二氧化碳爆破。本發明方法能夠節省投資，不必另開工藝巷和增大順槽斷面等，而且二氧化碳致裂器爆破過程中快速釋放的二氧化碳氣體可以避免因放炮產生明火而引起瓦斯事故，安全性較高，能有效避免在高瓦斯礦井，頂煤爆破容易引起瓦斯爆炸，爆破后的頂煤裂隙發育，效果直接有效

本發明采用二氧化碳爆破對堅硬頂煤進行弱化后，頂煤放出率比頂板致裂之前提高了20%～30%，致裂效果明顯，取得了顯著的經濟效益。經現場觀測及統計可知，二氧化碳爆破后煤體呈相對均勻、粒度相對較小的塊狀結構，放煤過程中煤塊呈散體流動狀態，放煤順利，未見煤塊或矸石封堵放煤口。

附圖說明

圖1是本發明基于二氧化碳爆破的弱化堅硬煤層放頂煤的方法的示意圖；

圖2是圖1的A-A截面圖；

其中：1：回采巷道；2：液壓支架；3：采空區；4：實體煤；5：鉆孔；6：煤層頂板；7：頂煤；8：爆破裂隙區。

具體實施方式

本發明實施例以新疆某煤礦為例進行說明。

實施例

本實施例的基于二氧化碳爆破的弱化堅硬煤層放頂煤的方法，煤層厚度為12m，采用綜合機械化放頂煤方法進行開采，采高3m，放煤高度7m。如圖1、圖2所示，按照以下步驟進行：

（1）在進行煤層回采過程中，液壓支架2頂梁之間靠近煤壁的頂板處，每間隔5個液壓支架設置穿透頂煤7煤體到達煤層頂板6的鉆孔5，鉆孔5與煤層頂板6呈一定傾角α 45o，鉆孔5的長度L為10m；

（2）將二氧化碳致裂器置于鉆孔5內，插至孔底，采用囊袋式或橡膠封孔器封孔，封孔長度為1.5m，并設置止飛器連接導線，使用發爆器啟動加熱器，按照鉆孔次序依次進行將二氧化碳爆破，最終使堅硬頂煤7產生裂隙，如圖2所示的爆破裂隙區8，強度被弱化。