[发明专利]厚煤层错层位外错式综放开采沿顶布置钻孔预裂顶煤

说明书

本发明涉及一种厚煤层错层位外错式综放开采沿顶布置钻孔预裂顶煤的方法。当煤层埋藏较浅、厚度较大、煤体比较坚硬、有较厚夹矸层时(统称为坚硬厚煤层)，矿山压力作用不能使顶煤及时垮落和充分破碎，应力水平难以达到破坏顶煤致密煤块的程度。并且块体大，不易从支架后方放出。错层位外错式综放开采，其中一条回风巷道沿顶布置，可利用沿顶巷道水平布置钻孔，钻孔注静态破碎剂预裂顶煤利于裂隙发育。煤体裂隙分布对顶煤可放性的影响煤体裂隙分布对其可放性的影响主要有两个方面:一是裂隙面的存在降低了煤体的强度；二是裂隙的密度、组数和贯通性等的增大,使煤体冒落的块度减小,易于放出。完成顶煤预裂，增加顶煤回收率，减少采空区遗煤自燃发火严重的隐患，保证工作面安全高效生产。

技术领域

本发明专利涉及一种厚煤层错层位外错式综放开采沿顶布置钻孔预裂顶煤的方法，特别适用于浅埋顶煤硬度较大和含夹矸的煤层。

背景技术

20世纪50年代以来，由于西方工业化国家对煤炭能源的需求较高，厚煤层开采技术发展进程较快。经过60多年来国内外学者对厚煤层开采方法的研究与实践，研究成果归纳起来主要有四种开采方法：综放开采、大采高综采、大采高综放、错层位综放开采及分层开采。而其中综放开采和错层位开采又是我国常使用的厚煤层开采方法，分为机采部分和放落部分，放落部分主要体现在是顶煤冒放特征、顶煤运移规律、顶煤破坏机理方面，由于顶煤的存在,老顶的运动效应将被“弱化”。

错层位顶煤开采方法实际上是高落放矿法和长壁开采法相结合而成的一种采煤方法，放顶煤开采的基本原则是“以放为主，以采促放”。综采放顶煤开采中，顶煤只有在到达支架放煤口位置时及时垮落和充分破碎，才有可能被安全充分地放出。因此，顶煤及时垮落和充分破碎是采用综采放顶煤采煤方法的基本前提和必要条件。

综放采场矿压显现更加剧烈，大尺度的顶煤体能否在矿山压力的作用下破碎、冒落、放出，实现综放工作面的高采出率，已成为制约厚煤层采用综放开采的关键技术问题。将顶煤沿横向从实体煤至采空区依次分为原岩应力区、弹性区、塑性区和散体区并确定了分区原则(图4)，该分区方法从力学角度直观有效地看出顶煤体的介质转化特征。在放顶煤开采中，顶煤破坏的主要动力来自矿山压力，顶煤能否及时垮落和充分破碎主要取决于煤体的整体强度和矿山压力的大小。当煤层埋藏较浅、厚度较大、煤体比较坚硬、有较厚夹矸层时(统称为坚硬厚煤层)，矿山压力作用不能使顶煤及时垮落和充分破碎，这将使大量顶煤难以回收，造成资源采出率低，并埋下采空区遗煤自然发火严重的隐患，同时也必将严重威胁工作面安全生产，严重制约工作面产效的提高。因此采矿界曾经普遍认为坚硬厚煤层不能采用综采放顶煤技术开采。要将综采放顶煤采煤方法应用于坚硬厚煤层的开采中，就必须首先解决坚硬顶煤垮冒难的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是在厚煤层错层位外错式综放开采中沿顶巷道布置钻孔预裂提高顶煤冒放性，能有效解决坚硬煤层顶煤垮冒难的问题，提高工作面回收率，特别适用于顶煤硬度较大合含夹矸的煤层中不易放落的问题。

技术方案实施步骤：

a图1中首采工作面回风巷道(沿顶巷道)(3)超前工作面5m处布置钻机(5)，向实体煤体中打设钻孔(4)预裂顶煤。钻孔(4)打设角度全部取0°，和上覆岩层顶板平行打钻孔(4)，钻孔(4)水平方向倾斜一定角度打设，包括支架上方顶煤。

b钻孔(4)打设完毕后，利用钻孔中注静态破碎剂预裂顶煤(图3b)，然后继续推进工作面，支架后尾梁进行放煤作业。

c随着工作面的不断推进，不断重复a、b步骤，完成顶煤预裂，增加顶煤回收率。