專利名稱：一種薄基巖淺埋煤層長壁工作面保水開采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種薄基巖淺埋煤層長壁工作面保水開采方法，尤其適用于淺埋煤層的安全生產(chǎn)、礦區(qū)水資源的保護、生態(tài)環(huán)境建設及煤炭資源回收率的提高，特別是基巖厚度在采高10倍以上的淺埋煤層。
背景技術(shù)：
我國西部的神府-東勝煤田地處陜西北部內(nèi)蒙古南部，探明儲量達2236億噸，約占全國已探明儲量的1/3，屬世界八大煤田之一，是我國首個億噸煤炭生產(chǎn)基地。由于煤田地處毛烏素沙漠邊緣，上覆松散層厚度較大，為0～76.33m，平均32m，并有大量的潛水存在，礦區(qū)大部分地區(qū)煤層上覆主要含水層都屬此類。淺埋煤田開發(fā)和區(qū)域經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，必須在不斷改善區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境條件下完成，這就要大力開展植樹種草、綠化礦區(qū)，防風固沙，減少水土流失，為煤田開發(fā)營造優(yōu)美的自然環(huán)境。這一環(huán)境的營造，離不開水，沒有水，生命無法生存，缺水，煤田無法開發(fā)，保水與采煤的矛盾很突出。對于這樣一個世界級的大煤田，水顯得尤為珍貴。只有有足夠的水資源，才能促進煤田開發(fā)與區(qū)域經(jīng)濟的持續(xù)健康發(fā)展，人與自然和諧相處。
神東礦區(qū)大部分煤層屬于埋深在200m以內(nèi)的淺埋煤層，淺埋深、薄基巖、上覆厚松散風積沙層是其煤層的典型賦存特征，同時其基巖頂部普遍被風化，強風化帶一般5～8m；弱風化帶一般厚20m。淺埋煤層開采過程中，無論是礦井的正常涌水，還是以防治礦井水害為目的進行的人為疏干排水和采動形成的導水裂隙對煤系含水層的自然疏干，都會不同程度地影響或破壞含水層，造成地表水和地下水資源的極大浪費，使我國西部干旱半干旱地區(qū)的一些水資源匱乏礦區(qū)地下水進一步流失和污染，潛水水位下降嚴重，荒漠化問題日益嚴重。同時，許多煤礦在開采淺埋煤層過程中都發(fā)生了頂板潰水潰沙等安全事故，影響正常安全生產(chǎn)，保水防潰采煤問題一直是開發(fā)我國西部淺埋煤層面臨的一個典型難題。對于基巖厚度在采高10倍以下的典型淺埋煤層(基巖厚度一般小于50m)，目前一般采用房柱式采煤方法或短壁工作面進行開采，不使采空區(qū)頂板垮落。只要留設的煤柱不被壓垮失穩(wěn)，水資源就不會流失。但對于基巖厚度在采高10倍以上的淺埋煤層(基巖厚度一般大于50m)，如果仍采用上述采煤方法，則煤炭資源浪費非常嚴重，這是現(xiàn)場急待解決的一大問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對已有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種安全生產(chǎn)、減少浪費、環(huán)保、煤炭資源回收率高的薄基巖淺埋煤層長壁工作面保水開采方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的保水開采方法是a.根據(jù)煤層地質(zhì)測量信息數(shù)據(jù)確定開采工作面；b.盡量采用工作面傾斜長度在200m以上的大尺寸長壁工作面，其走向推進長度在運輸設備和地質(zhì)條件允許的范圍內(nèi)盡可能大，且不小于傾斜長度；c.工作面采用支撐力在8000kN以上的高強度液壓支架支撐，以防止工作面頂板出現(xiàn)臺階下沉，形成突水通道；d.選用適合長壁工作面快速推進的配套設備，并采用循環(huán)作業(yè)，保證長壁工作面日推進速度在15m以上；e.及時采用局部處理措施，在開切眼區(qū)域附近10～50m范圍內(nèi)局部充填或局部降低采高，以減少采動覆巖貫通裂縫，使基巖不發(fā)生整體錯動式破壞；并在老頂初次來壓區(qū)域附近10～50m范圍內(nèi)，局部降低采高或在其對應地表影響范圍內(nèi)局部注漿以減小覆巖的運移空間，使覆巖形成較為穩(wěn)定的砌體梁結(jié)構(gòu)，增強采動覆巖阻水作用。
采用上述方法，能使采動覆巖活動的最大動態(tài)變形值小于靜態(tài)變形值，并且最大動態(tài)變形值將會隨工作面推進速度的增大而減小。大尺寸工作面推進速度越快，覆巖下沉越平緩，其整體性越強，導水裂隙發(fā)育程度越小，相對而言就等于延緩了基巖的破斷，延長了其穩(wěn)定阻水的時間，可有效預防采出空間與上覆松散含水層水體間的采動覆巖導水通道的溝通。同時，在工作面快速推進條件下，基巖層整體切落，上方松風積砂層不能形成自身力學結(jié)構(gòu)，與煤層頂板同步整體下沉，在上覆松散層自重應力作用下，其原有的構(gòu)造裂隙和采動裂縫能較快的被壓實彌合，喪失了儲導水作用，變成隔水層。該方法水資源保護效果好，能安全生產(chǎn)、減少浪費、環(huán)保、煤炭資源回收率高。
具體實施例方式
本發(fā)明的薄基巖淺埋煤層長壁工作面保水開采方法，首先根據(jù)地質(zhì)測量提供的信息，分析覆巖的水文地質(zhì)參數(shù)，確定長壁工作面開采的范圍和需要及時采用局部處理的關(guān)鍵區(qū)域，以減少地下水的流失。選用高強度的液壓支架，在長壁開采中保證足夠的支架初撐力可以控制剪切破斷首先由采空區(qū)側(cè)開始，以防止工作面頂板出現(xiàn)臺階下沉，形成突水通道。依據(jù)長壁工作面中的長期開采經(jīng)驗，在長壁工作面中保證支架支撐力在8000kN以上，可以有效防止工作面頂板出現(xiàn)臺階下沉或滑落失穩(wěn)。選用適合快掘快采的大功率高可靠性重型配套設備，以達到工作面快速推進的要求。工作面主要設備的大修周期比一個工作面的服務時間長，在工作面開采期間不需要上井維修，以達到工作面快速推進的要求。采用正規(guī)的“三八”或“四六”循環(huán)作業(yè)，即割煤、移架、推溜，采煤機前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，端頭斜切進刀，雙向割煤的循環(huán)方式，日進在20刀以上，截深在0.8m以上，使長壁工作面日推進速度在15m以上。應用工作面快速搬家技術(shù)，實現(xiàn)快速通過斷層，保證大尺寸工作面快速推進。及時采用局部處理措施，因為開切眼附近是應力集中區(qū)，頂板基巖一般要在開切眼側(cè)發(fā)生剪切破斷，在開切眼附近進行局部充填或降低采高，以改善局部頂板的應力狀況，減小動壓破壞程度，減少覆巖貫通裂縫，使基巖不發(fā)生整體錯動式破壞，使采動導水裂隙發(fā)育高度得到降低。根據(jù)生產(chǎn)實踐，在開切眼附近區(qū)域10～50m范圍內(nèi)局部充填或局部降低采高，可有效降低采動導水裂隙發(fā)育高度。在老頂初次來壓區(qū)域附近10～50m范圍內(nèi)，局部降低采高或在其對應地表影響范圍內(nèi)局部注漿以減小覆巖的運移空間，適當降低采高以減小基本頂?shù)倪\移空間，有利于破斷巖塊朝反方向回轉(zhuǎn)靠工作面一側(cè)的裂縫被擠壓，而這一端裂縫的擠壓閉合運動是可有效防止頂板滲水或潰水，并且有利于基本頂形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而使薄基巖破壞程度減小，有效增強采動覆巖阻水作用。在其老頂初次來壓的對應含水層底部影響范圍內(nèi)局部注漿，可以有效防止導水裂隙溝通含水層，影響范圍大小可以由巖層斷裂角確定。工作面采動后，煤層采空區(qū)上覆巖層離層破斷，巖層在運移過程中，具有垂直向下和沿工作四周向中心水平運移兩個方向運動力的分量，其合力與分量可形成環(huán)工作面采空區(qū)四周和與其走向近于垂直的兩組微細裂隙，以環(huán)工作面采空區(qū)四周的裂隙為主。工作面的傾斜長度越大，采動巖體受工作面兩側(cè)影響的邊界效應越小，巖層總體上越偏向于以整體運移為主，阻水作用越好，實踐證明當工作面長度達到200m后，工作面采動覆巖的邊界效應不再明顯。從這種觀點來說，工作面的傾斜長度和走向推進長度越大，越有利于保水開采，所以要采用大尺寸長壁工作面。
權(quán)利要求
1.一種薄基巖淺埋煤層長壁工作面保水開采方法，其特征在于a.根據(jù)煤層地質(zhì)測量信息數(shù)據(jù)確定開采工作面；b.盡量采用工作面傾斜長度在200m以上的大尺寸長壁工作面，其走向推進長度在運輸設備和地質(zhì)條件允許的范圍內(nèi)盡可能大，且不小于傾斜長度；c.工作面采用支撐力在8000kN以上的高強度液壓支架支撐，以防止工作面頂板出現(xiàn)臺階下沉，形成突水通道；d.選用適合長壁工作面快速推進的配套設備，并采用循環(huán)作業(yè)，保證長壁工作面日推進速度在15m以上；e.及時采用局部處理措施，在開切眼區(qū)域附近10～50m范圍內(nèi)局部充填或局部降低采高，以減少采動覆巖貫通裂縫，使基巖不發(fā)生整體錯動式破壞；并在老頂初次來壓區(qū)域附近10～50m范圍內(nèi)，局部降低采高或在其對應地表影響范圍內(nèi)局部注漿以減小覆巖的運移空間，使覆巖形成較為穩(wěn)定的砌體梁結(jié)構(gòu)，增強采動覆巖阻水作用。
全文摘要
一種淺埋煤層長壁工作面保水開采方法，尤其適用于淺埋煤層的安全生產(chǎn)和水資源保護，根據(jù)煤層地質(zhì)測量信息數(shù)據(jù)確定開采工作面；盡量采用工作面長度在200m以上的大尺寸長壁工作面；工作面采用8000kN以上高強度的液壓支架支撐；選用合適長壁工作面快速推進的配套設備，并采用循環(huán)作業(yè)，保證長壁工作面日推進速度在15m以上；在開切眼區(qū)域附近10～50m范圍內(nèi)局部充填或局部降低采高，以減少采動覆巖貫通裂縫，使基巖不發(fā)生整體錯動式破壞；并在老頂初次來壓區(qū)域附近10～50m范圍內(nèi)，局部降低采高或在其對應地表影響范圍內(nèi)局部注漿以減小覆巖的運移空間，使覆巖形成較為穩(wěn)定的砌體梁結(jié)構(gòu)，增強采動覆巖阻水作用。該方法水資源保護效果好，能安全生產(chǎn)、減少浪費、環(huán)保、煤炭資源回收率高。
文檔編號E21D15/44GK101021154SQ20071002073
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者張東升, 馬立強, 劉玉德 申請人:中國礦業(yè)大學