一种煤层底板高承压水冻结法防突开采方法

本发明涉及煤炭开采以及矿井水害防治技术领域，具体为一种煤层底板高承压水冻结法防突开采方法。

背景技术：

煤炭资源是我国经济发展的主要能源，但近年来随着矿井开采深度以及规模的逐渐增加，矿井突水事故频发，根据国家有关机构统计，在矿井重大灾害事故中，水害事故在导致矿井死亡人数方面高居第二位，仅次于瓦斯事故，由于我国矿井水文地质条件较为复杂，致使工作面回采期间煤层底板透水事故逐年加重，矿井水害防治问题更加突出，严重影响了矿井的安全高效生产，因此，如何防治煤层底板高承压水突出，不仅成为采矿行业亟待解决的科学问题，同时也是新时代矿井绿色环保开采理念的必然要求。

国内外许多专家学者对煤层底板突水防治技术进行了研究，取得了以下成果：(1)对富水区域及时探测，针对有突水倾向的区域采用注浆加固的方法，确保工作面安全生产；(2)采用多种探测方法，如钻孔注水法、应力-位移监测法以及物探等，增强突水事故的预警能力；(3)降低工作面回采高度，减少采动对煤层底板含水层的影响；(4)增加预留煤柱尺寸，减弱采动对底板岩层的影响。

以上技术或存在隔水性能差、预警不及时，或造成煤炭资源的浪费以及水资源的流失，因此，如何兼顾煤炭资源安全高效开采与地下水资源保护是目前采矿行业亟待解决的科学问题。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种煤层底板高承压水冻结法防突开采方法，具备隔水性能较好，对地层的适应能力较强，施工方便，同时有利于解决回采期间巷道底鼓问题等优点，解决了现有技术或存在隔水性能差、预警不及时，或造成煤炭资源的浪费以及水资源的流失的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤层底板高承压水冻结法防突开采方法，包括以下步骤：

a、在回采巷道内施工多个底板钻孔，探明开采区域内煤层底板高承压水水文地质情况，获取煤层底板高承压水层位以及区域边界；

b、在回采巷道内施工制冷硐室，硐室间距为200m，硐室内安装制冷装置与制冷管路；

c、在回采巷道内施工冻结钻孔，钻孔直径为100mm，钻孔间距为1.5m，冻结钻孔终孔位置应超过含水层，超出距离不小于含水层厚度的20％；

d、制冷装置通过制冷管路与冻结钻孔相连，对底板含水层实施冻结，冻结帷幕宽度不小于2m，在开采区域与煤层底板高承压水相交的边界构建冻结帷幕，将煤层底板高承压水与开采区域隔绝，防止回采期间煤层底板高承压水向开采区域内排泄；

e、冻结工作完成后，在回采巷道内布置抽排系统，将位于冻结帷幕内的煤层底板高承压水抽离开采区域，人为的降低开采区域内底板水流量以及水压力；

f、抽排工作完成后，工作面准备回采，切眼内冻结钻孔在工作面回采前停止冻结，工作面回采至距离两巷冻结钻孔的10m位置时，该冻结钻孔停止维护冻结，让其自然解冻，停采线至采区巷道的冻结钻孔待工作面回采完毕后停止冻结。

优选的，所述的制冷硐室位于巷道非回采侧煤壁，所述冻结钻孔距离非回采侧煤壁距离为150mm，钻孔垂直打设。

优选的，所述的冻结钻孔的积极冻结温度为-28℃—-30℃，且冻结时间不小于35d，维护冻结温度为-22℃—-25℃。

优选的，当开采区域底板均含有高承压水时，回采巷道以及本工作面对应采区巷道均需施工冻结钻孔，即冻结钻孔构建的冻结帷幕应包围整个开采区域边界，冻结完成后布置抽排系统抽离开采区域内煤层底板高承压水，阻断承压水向开采区域内排泄通道。

优选的，当开采区域底板部分区域分布高承压水时，只需要在煤层底板高承压水与开采区域边界相交的位置施工冻结钻孔，构建冻结帷幕，冻结完成后布置抽排系统抽离开采区域内煤层底板高承压水，阻断地下水向开采区域内排泄。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种煤层底板高承压水冻结法防突开采方法，具备以下有益效果：

1、该煤层底板高承压水冻结法防突开采方法，通过在回采巷道2内施工多个底板钻孔来探明开采区域内煤层底板高承压水8水文地质情况和边界情况，然后在回采巷道2内建立冷硐室4，在冷硐室4内安装制冷装置和制冷管路7，并在回采巷道2内施工冻结钻孔5，当开采区域底板均含有高承压水时，冻结钻孔5完全施工于需要对应开采的巷道内，且冻结帷幕6应包围整个开采区域边界，然后通过制冷管路7与冻结钻孔5连通，使用制冷装置冻结水体，冻结完毕后通过抽排系统抽离开采区域内煤层底板高承压水8，阻断承压水向开采区域内排泄通道，另外，当开采区域底板部分含有高承压水时，只需要在煤层底板高承压水8与开采区域边界相交的位置施工冻结钻孔5，构建冻结帷幕6，然后通过制冷管路7与冻结钻孔5连通，使用制冷装置冻结水体，冻结完毕后通过抽排系统抽离开采区域内煤层底板高承压水8，阻断承压水向开采区域内排泄通道，从而人为的降低了开采区域内底板水流量及水压力，抽排完毕后，对工作面1进行回采，整体实现有效的开采，避免底板承压水向开采区域排泄，有效兼顾煤炭资源安全开采与地下水资源保护的目的。

2、该煤层底板高承压水冻结法防突开采方法，具备以下优势：(1)冻结法在隔水性能方面具有其他方法所无法比拟的优越性，同时该方法对各种地层的适应能力强，可有效阻断煤层底板承压水向开采区域排泄；(2)该方法操作简单，施工灵活，回采期间不影响工作面正常生产，同时绿色环保无污染，回采工作结束后，冻结区域自然解冻，不影响底板承压水的径流与排泄；(3)该方法极大增强冻结区域煤层底板岩体的强度，降低采动期间巷道底鼓量。

附图说明

图1是本发明开采区域煤层底板含水层冻结法布置剖面图；

图2是本发明开采区域全部分布高承压水时冻结法布置平面图；

图3是本发明开采区域部分分布高承压水时冻结法布置平面图；

图4是本发明冻结法扩展范围与冻结帷幕宽度平面示意图。

图中：1工作面、2回采巷道、3采区巷道、4制冷硐室、5冻结钻孔、6冻结帷幕、7制冷管路、8煤层底板高承压水、9含水层、10冻结扩展区域、11冻结帷幕宽度。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，一种煤层底板高承压水冻结法防突开采方法，包括以下步骤：

a、在回采巷道2内施工多个底板钻孔，探明开采区域内煤层底板高承压水8水文地质情况，获取煤层底板高承压水8层位以及区域边界；

b、在回采巷道2内施工制冷硐室4，的制冷硐室4位于巷道非回采侧煤壁，硐室间距为200m，硐室内安装制冷装置与制冷管路7；

c、在回采巷道2内施工冻结钻孔5，钻孔直径为100mm，钻孔间距为1.5m，冻结钻孔5距离非回采侧煤壁距离为150mm，钻孔垂直打设，的冻结钻孔5的积极冻结温度为-28℃—-30℃，且冻结时间不小于35d，维护冻结温度为-22℃—-25℃，冻结钻孔5终孔位置应超过含水层9，超出距离不小于含水层9厚度的20％；

d、制冷装置通过制冷管路7与冻结钻孔5相连，对底板含水层9实施冻结，冻结帷幕宽度11不小于2m，在开采区域与煤层底板高承压水8相交的边界构建冻结帷幕6，将煤层底板高承压水8与开采区域隔绝，防止回采期间煤层底板高承压水8向开采区域内排泄；

e、冻结工作完成后，在回采巷道2内布置抽排系统，将位于冻结帷幕6内的煤层底板高承压水8抽离开采区域，人为的降低开采区域内底板水流量以及水压力；

f、抽排工作完成后，工作面1准备回采，切眼内冻结钻孔5在工作面1回采前停止冻结，工作面1回采至距离两巷冻结钻孔5的10m位置时，该冻结钻孔5停止维护冻结，让其自然解冻，停采线至采区巷道3的冻结钻孔5待工作面1回采完毕后停止冻结。

当开采区域底板均含有高承压水时，回采巷道2以及本工作面1对应采区巷道均需施工冻结钻孔5，即冻结钻孔5构建的冻结帷幕6应包围整个开采区域边界，冻结完成后布置抽排系统抽离开采区域内煤层底板高承压水8，阻断承压水向开采区域内排泄通道。

当开采区域底板部分区域分布高承压水时，只需要在煤层底板高承压水8与开采区域边界相交的位置施工冻结钻孔5，构建冻结帷幕6，冻结完成后布置抽排系统抽离开采区域内煤层底板高承压水8，阻断地下水向开采区域内排泄。

综上所述，该煤层底板高承压水冻结法防突开采方法，具备以下优势：(1)冻结法在隔水性能方面具有其他方法所无法比拟的优越性，同时该方法对各种地层的适应能力强，可有效阻断煤层底板承压水向开采区域排泄；(2)该方法操作简单，施工灵活，回采期间不影响工作面正常生产，同时绿色环保无污染，回采工作结束后，冻结区域自然解冻，不影响底板承压水的径流与排泄；(3)该方法极大增强冻结区域煤层底板岩体的强度，降低采动期间巷道底鼓量。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。