急倾斜煤层顶煤超前注水软化技术
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急倾斜煤层顶煤超前注水软化技术
1.1 顶煤弱化研究背景
特厚煤层放顶煤开采,是近年逐渐发展起来的一种新的开采技术,在条件适宜时,放顶煤具有高产高效,低耗安全,掘进率低,系统简单,成本低,效益好等优点,是实现矿井高产高效的主要技术途径之一。
随着放顶煤开采技术的发展,放顶煤的应用范围不断拓展,中硬以上煤层,通过采取一些技术措施,改善顶煤的冒放性,可取得良好的经济效益。
在具有良好的煤层赋存条件,厚及特厚煤层综采放顶煤开采技术己得到全面推广应用。
对于放顶煤开采,为寻求新的顶煤破碎方法,采用煤层注水软化以及超前预爆破方式最终实现取消炸药爆破的放
顶煤开采方式,同时实现工作面生产的真正安全高效。
按照《煤矿安全规程》第68条规定“采用预裂爆破对坚硬顶板或坚硬顶煤进行弱化处理时,应在工作面未采动区进行,并制定专门的安全技术措施。
严禁在工作面采用炸药爆破方法处理顶煤、顶板及卡在放煤口的大块煤(矸)。
”为了逐步取消顶煤爆破工作,实现工作面连续安全高效生产,同时为有效降低粉尘浓度、防治瓦斯和煤炭自燃发火等,
1.2 急倾斜煤层顶煤超前注水软化项目实施的必要性
1.2.1 抑制粉尘产生,改善作业场所环境
煤尘的危害是多方面的,其主要构成对人体健康的危害,其次是具有爆炸性。
为解决粉尘危害,矿井引进新的设备和工艺,如采煤机割煤内外喷雾、架后放煤喷雾、架前移
架喷雾、运煤转载喷雾、电控喷雾和GE药剂防尘技术等,但还不能根本上从源头遏制煤尘产生,矿井通过煤层注水软化技术对煤体的内部预先均匀湿润,水通过孔隙对煤尘进行包裹,使其失去飞扬能力,同时煤层高压注水使湿润煤的塑性增强,脆性减弱。
当煤体受到外力作用时,脆性破坏变为塑性变形,减少了煤体被破碎为尘粒的可能,降低了煤尘的产生量。
1.2.2 软化煤层
为了解决工作面采用炸药爆破落煤方式存在的安全隐患,对工作面顶煤和夹矸实行超前预注水软化,破坏煤层的节理,使煤体脆性减弱,塑性增强,使坚硬顶煤容易冒落,从而达到工作面连续割煤,实现安全高效开采。
1.2.3 防治冲击地压
矿井随着开采深度的加大,冲击性地压就越明显,在采掘工作面经常可以听见“抬炮”声,在回采工作面经常出现煤壁突然垮落,给工作面生产带来一定的安全隐患。
矿井通过煤层注水软化煤体,改变煤体的裂隙结构,降低了煤的弹性和储蓄能量的能力,使煤体脆性减弱,塑性增强,促使煤壁前方塑性变形区变宽,应力集中带向煤壁深处移动并变宽,使煤体冲击倾向减弱,改善能量释放过程中在时间上的稳定性和在空间上的均匀性,从而防止或大大减弱了冲击地压发生和强度。
1.2.4 抑制工作面瓦斯的涌出
在煤层注水过程,水从煤体的裂隙和孔隙中挤走大量的游离沼气,同时使吸附状态的沼气稀释,延迟释放的时间,大大降低了煤层开采时的沼气溢出量。
1.2.5 预防煤层自燃
煤层注水后,采空区内的遗煤含水量增大,煤体的导热系数和热容量增大,使遗煤的温度不易升高,从而延长了采空区浮煤的自燃发火时间,避免自燃火灾的发生,对防灭火工作起到一定预防作用。
1.2.6 减少回采工作工序,提高原煤的产量,降低劳动强度
煤层注水技术成熟后,超前煤层注水软化使煤体破碎,因此,回采工作面将取消在工作面架前打眼,装药和爆破工序,为工作面生产提供充足的时间,实现工作面连续生产提高了工作面的生产能力。
同时该工序的取消,职工的劳动强度将大幅度减轻,实现了本质安全。
1.2.7 降低吨煤成本
煤层注水软化后,工作面将取消顶煤爆破中使用的炸药和雷管。
吨煤成本将降低,同时煤体注水软化后,煤体的物理性质发生了变化,采煤机能很容易进行切割,特别是工作面的夹矸,不在需要用爆破的手段进行预裂,这将大大降低采煤机截齿的消耗,延长了采煤机的大修期及使用寿命。
1.2.8 提高矿井安全系数
煤层注水软化后,顶煤冒落性将提高,工作面能实现均匀放煤,有效防止顶煤大面积突然垮落,造成大量的气体涌出,同时煤层注水能有效抑制煤尘产生、减弱冲击性地压产生,有效预防煤层自燃的发生,若煤层中含有H2S气体,亦可通过在注水中加入碱性物质如生石灰进行中和,全面改善工作面安全状况。
1.3 研究目的
通过煤层注水软化破坏煤体物理结构,降低煤体硬度,增加煤层裂隙,提前预裂或破碎煤体,利用矿山压力和液压支架的反复支撑作用等方式对顶煤进行破碎,提高顶煤冒放性,从而逐步取消工作面钻孔爆破,实现工作面连续安全高效的生产。
(1)通过煤层注水工作的进行降低煤(岩)层结构及其坚固性系数f,f系数由注水前的2~3降低到1左右。
取得较好的可放性。
(2)进一步提高工作面的回采率,通过高压注水对煤体进行超前预裂,使工作面回采率值由注水前78%提升到95%以上。
(3)降低块煤粒度,杜绝大块煤卡住放煤口,将块煤粒度普遍降到40cm*40cm*40cm以下。
(4)通过煤层注水的实施从而取消工作面钻孔爆破工序。