[发明专利]一种遗留煤柱的切角破坏方法

说明书

本发明属于煤矿开采领域，公开了一种遗留煤柱的切角破坏方法，包括以下步骤：S1、补勘探明遗留煤柱的留设形状、尺寸、遗留煤柱的底板与下煤层的顶板间的垂距、遗留煤柱的形心到下煤层回采巷道形心的距离；S2、确定切割底角钻孔和切割顶角钻孔的位置，并计算切割底角钻孔和切割顶角钻孔的角度和长度；S3、根据计算结果，在下煤层回采巷道中，钻设切割底角钻孔和切割顶角钻孔；钻孔到达遗留煤柱后，沿钻孔方向对遗留煤柱外侧进行形状切割，直至使遗留煤柱在矿山压力作用下发生破坏。本发明安全性高，效果好，可以广泛应用于煤矿开采领域。

技术领域

本发明属于煤矿开采领域，具体涉及一种遗留煤柱的切角破坏方法，尤其是对上部遗留煤柱进行切角处理，将煤柱压破坏形式转变为剪破坏形式，从而实现煤柱在支承压力作用下破坏的方法。

背景技术

由于受到开采水平、设备条件和地质因素等因素的限制，在煤层开采过程中，留设了大量的各类煤柱，用来支撑顶板、保护上煤层巷道，确保安全生产。这些煤柱将永久留在地下，无法采出，造成了资源的大量浪费。更重要的是，煤柱的存在会导致应力集中，致使下煤层开采矿压显现异常，易发生压架、冒顶、冲击地压等事故。也会加大下煤层保护煤柱的留设尺寸，降低了回采率，进一步浪费资源。

现在资源日益枯竭，能源供应日趋紧张，煤炭作为优质的不可再生资源，尽可能的减少煤柱对开采的影响，提高回采率，降低事故发生率是急需解决的问题。针对这一问题，专家学者及工程技术人员做了大量卓有成效的工作，并取得了较好效果。例如，通过爆破手段、水力压裂、超临界CO2预裂、低温液氮预裂等方法对上部煤柱进行破坏，起到降低煤柱应力集中的作用，实现下煤层开采事故降低和煤柱尺寸减小的目的。但是这些方法没有利用矿山压力的作用，更没有针对煤柱破坏特点进行设计，所以导致实施效果不理想。具体表现在：

（1）成本高。现有方法没有充分利用顶底板对煤柱的作用力，仅通过增加炸药、压裂液、低温液氮的用量实现煤柱的整体破碎，导致煤柱破坏所需材料用量过大，增加成本。

（2）技术难度大。没有根据煤柱的破坏形式和破坏特点进行处理。现有技术手段是通过压力破坏煤柱整体性，而煤柱的抗压强度远大于抗剪强度，所以需要较大外力才能破坏煤柱，增加了技术难度。

（3）安全性低、效果差。现有技术没有考虑以上因素，导致爆破易采空区积气爆炸，存在较大安全隐患；而水力压裂过程中，压裂液体易通过煤柱裂隙流入采空区，破坏效果很差。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种遗留煤柱的切角破坏方法，其通过在矿山压力作用下，通过确定煤柱破坏角度而改变破坏形式，造成煤柱破坏，以减少下煤层开采事故率，提高资源回收率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种遗留煤柱的切角破坏方法，其赋存条件为在下煤层上方存在遗留煤柱，且遗留煤柱两侧存有有害气体；所述遗留煤柱用于支撑上煤层顶板以及保护上煤层巷道；所述方法包括以下步骤：

S1、补勘探明遗留煤柱的留设形状、尺寸、遗留煤柱的底板与下煤层的顶板间的垂距、遗留煤柱的形心到下煤层回采巷道形心的距离；

S2、确定切割底角钻孔和切割顶角钻孔的位置，并计算切割底角钻孔和切割顶角钻孔的角度和长度；

S3、根据计算结果，在下煤层回采巷道中，钻设切割底角钻孔和切割顶角钻孔；钻孔到达遗留煤柱后，沿钻孔方向对遗留煤柱外侧进行形状切割，直至使遗留煤柱在矿山压力作用下发生破坏。

所述步骤S2中，切割底角钻孔和切割顶角钻孔的位置为下煤层回采巷道靠近遗留煤柱的一侧墙上。

所述步骤S2中，切割底角钻孔和切割顶角钻孔的角度的计算公式为：

α=arctan((h+ c₁)/（H-0.5d))；