[發明專利]微波加熱消減厚硬頂板及遺留煤柱復合強礦壓的方法

有效

• 申請號: 201910642128.0
• 申請日: 2019-07-16
• 公開（公告）號: CN110388207B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 馮國瑞;毋皓田;白錦文;閆勇敢;章敏;韓艷娜;劉欽;康立勛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21C37/16;E21C37/18
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種微波加熱消減厚硬頂板及遺留煤柱復合強礦壓的方法。采用微波加熱裝置，在殘采區遺留煤柱正上方的地面鉆取“式”鉆井，“式”鉆井分為“式”鉆井垂直段和“式”鉆井水平段兩部分，“式”鉆井垂直段穿過上覆煤層厚硬頂板及上覆煤層到達下伏殘采區遺留煤柱內，“式”鉆井水平段在上覆煤層厚硬頂板內與工作面推進方向平行，一井雙用，對上覆煤層厚硬頂板及下伏殘采區遺留煤柱進行預裂，達到消減厚硬頂板及殘采區遺留煤柱復合強礦壓的目的。本發明充分利用微波加熱破巖的高效率、能量密度大、適應性廣、穿透性強等特點，實現煤礦綠色開采，安全生產。

技術領域

本發明涉及一種微波加熱式消減厚硬頂板及遺留煤柱復合強礦壓的方法，屬于煤礦開采技術領域。

背景技術

所謂上行開采方法，即先采下伏煤層后采上覆煤層。當上覆煤層開采時，會經過層間厚硬頂板及下伏殘采區遺留煤柱群，受到上下復合強礦壓影響采煤工作。

復合強礦壓主要來源于：(a)厚硬頂板：由于自然地質條件，許多礦區的上覆煤層存在厚度大、強度高、節理裂隙不發育、完整性好的厚硬頂板；(b)殘采區遺留煤柱：新中國成立初期我國的采煤工藝相對落后，為保證圍巖的穩定性、保障工作面的安全生產，會留設部分煤柱支撐上覆巖層；在現代高度機械化的開采過程中，受構造及其它開采條件的限制，部分煤柱的留設不可避免；采用柱式體系采煤法時，部分煤柱會留下不采。這就導致在煤層開采完畢后，殘采區會有大量的遺留煤柱。

當開采受到厚硬頂板及下伏殘采區遺留煤柱復合強礦壓影響的上覆煤層時，會造成工作面礦壓顯現強烈，工作面片幫嚴重，巷道底鼓，采空區頂板垮落劇烈并伴有巨響，工作面支架壓力增加明顯，支架壓死、巷道單體支柱破壞也時有發生，而且采場厚硬頂板的初次/周期來壓步距也會增大,并積聚大量的能量,當采場厚硬頂板突然跨落時，積聚的能量就會瞬間釋放出來，從而引發劇烈的沖擊動力災害，造成設備損壞，人員傷亡，嚴重危害礦井安全生產。

厚硬頂板及殘采區遺留煤柱造成的復合強礦壓的預測及防治工作較為困難，當前對于厚硬頂板及殘采區遺留煤柱影響的上覆煤層工作面復合強礦壓的控制方法有：a、被動控制法：(1)調整上覆煤層工作面的開采方向、布置方位，從而避開下伏殘采區遺留煤柱的集中應力影響區，但工作面仍受厚硬頂板壓力的影響，并未從根本上解決問題；(2)加強上覆煤層工作面的支護，但當工作面礦壓顯現強烈時，通過單純加強支護的技術措施就很難保證安全生產，且支護成本高；(3)在受厚硬頂板及殘采區遺留煤柱影響的上覆煤層工作面，也留設更大的煤柱，但造成了煤炭資源的極大浪費；b、主動控制法：(1)在厚硬頂板及殘采區遺留煤柱中進行爆破，但施工工程量大，可控性差,尤其對于高瓦斯礦井容易引發瓦斯爆炸,存在安全隱患；(2)采用水壓致裂厚硬頂板及殘采區遺留煤柱，但消耗了大量的水資源,且致裂過程中高壓壓裂液中的化學試劑容易污染井下環境。由以上復合強礦壓的控制方法可以看出，被動控制法效果不好，沒有真正解決問題；主動控制法施工地點多在工作面或者巷道內，影響采煤工作，并且需要分別致裂厚硬頂板及殘采區遺留煤柱，步驟繁瑣。因此,需要尋找一種效率高、易控制、效果好的消減厚硬頂板及殘采區遺留煤柱復合強礦壓的方法來保障工作面的安全生產。

當微波(頻率為300MHz～300GHz的電磁波)作用于巖體上，電磁場以波的形式給巖體以能量，能量又通過巖石的吸熱而轉換，使物體內部產生類似摩擦,溫度升高，在巖體中產生內應力以及巖體中水分的蒸發、物質的分解和膨脹等共同作用下而導致巖體破裂。微波加熱的特點為高效率、能量密度大、不需介質傳熱、穿透性強等。目前它已被廣泛應用于油氣鉆井、開采、原油輸送、化學工業、醫療等領域。然而,微波加熱消減復合強礦壓的技術在煤炭開采技術領域(尤其在微波加熱地面“式”消減厚硬頂板及殘采區遺留煤柱復合強礦壓方面)的應用卻很少。

發明內容