一种巨厚煤层采煤面超前定向卸压施工体系的制作方法

1.本实用新型属于巨厚煤层开采技术领域，具体涉及一种巨厚煤层采煤面超前定向卸压施工体系。


背景技术：

2.我国煤炭资源丰富，煤层厚度大，尤其是西北地区煤田赋存较多巨厚煤层，20m以上的煤层称为巨厚煤层。随着对煤炭资源需求量的进一步增加，煤矿开采深度和强度不断增加，同时冲击地压等自然灾害加重，有些矿井灾害耦合叠加，重大风险不确定性居高难下，防治难度进一步加大。尤其在强冲击倾向性巨厚煤层分层综放开采中，矿井受煤层冲击倾向性、埋深、底煤、褶曲构造等因素的影响，冲击危险性大。因此，防治巨厚煤层采煤工作面冲击地压事故，既是煤矿安全生产领域亟待解决的当务之急，也是保障能源和原料供应必须解决的现实问题。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种巨厚煤层采煤面超前定向卸压施工体系，其结构简单，设计合理，实用性强，通过沿分煤层回采工作面的宽度方向均匀布设多个长距离定向卸压钻孔，并向长距离定向卸压钻孔内进行高压注水，实现对采煤工作面区域实现双重耦合卸压，提升卸压效果及程度，在完成煤层注水软化、卸压同时降低采煤工作面应力集中程度，从而达到卸压防冲的目的；此外还能提高切割煤层顶部的煤层的冒放性，增加煤炭产量。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种巨厚煤层采煤面超前定向卸压施工体系，所述巨厚煤层包括多层分煤层，分煤层内具有分煤层大巷，分煤层采用综放开采，其特征在于：所述采煤面超前定向卸压施工体系包括长距离定向卸压钻孔组、设置在分煤层大巷内侧的钻场、以及向长距离定向卸压钻孔组内通入高压水的高压注水机构；
5.所述长距离定向卸压钻孔组包括多个长距离定向卸压钻孔，所述长距离定向卸压钻孔包括过渡钻孔和长距离水平直线钻孔，过渡钻孔连接在长距离水平直线钻孔与钻场之间，多个长距离水平直线钻孔沿分煤层回采工作面的长度方向均匀且平行布设；长距离水平直线钻孔由远离分煤层回采工作面的方向向靠近分煤层回采工作面的方向延伸，所述长距离水平直线钻孔靠近分煤层回采工作面的一端与分煤层回采工作面之间具有间距；长距离水平直线钻孔的长度为500m～1000m，长距离水平直线钻孔的轴线与分煤层下表面的垂直距离为分煤层厚度的1/2～2/3。
6.上述的一种巨厚煤层采煤面超前定向卸压施工体系，其特征在于：所述长距离水平直线钻孔靠近分煤层回采工作面的一端与分煤层回采工作面之间的间距为2.5m～3.5m。
7.上述的一种巨厚煤层采煤面超前定向卸压施工体系，其特征在于：相邻的两个长距离水平直线钻孔的孔距为4m～7m。
8.上述的一种巨厚煤层采煤面超前定向卸压施工体系，其特征在于：所述高压注水机构设置在钻场内，所述高压注水机构包括高压注水泵、用于封堵长距离定向卸压钻孔的封孔器、以及连通高压注水泵与封孔器的高压注水管。
9.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
10.1、本实用新型能够起到超前卸压的效果，强化卸压程度，使强冲击倾向性巨厚煤层始终在卸压区域内回采，有效防止分煤层回采工作面区域冲击地压灾害事故的发生。
11.2、本实用新型具有长距离超前定向的特点，能够利用长距离定向卸压钻孔实施高压注水，对分煤层回采工作面区域实现双重耦合卸压，提升卸压效果及程度，在完成分煤层注水软化、卸压同时降低分煤层回采工作面应力集中程度。
12.3、本实用新型长距离定向超前高压注水可以提高煤体破碎程度，提高顶煤冒放性，降低采空区遗煤，提高资源回收率。
13.4、本实用新型超前注水浸润的煤岩体降低了工作面粉尘浓度，降低采场温度、营造良好的作业环境，保障作业人员的身体健康。
14.综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，实用性强，通过沿分煤层回采工作面的宽度方向均匀布设多个长距离定向卸压钻孔，并向长距离定向卸压钻孔内进行高压注水，实现对采煤工作面区域实现双重耦合卸压，提升卸压效果及程度，在完成煤层注水软化、卸压同时降低采煤工作面应力集中程度，从而达到卸压防冲的目的；此外还能提高切割煤层顶部的煤层的冒放性，增加煤炭产量。
15.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
16.图1为本实用新型的结构示意图。
17.图2为图1中的a-a剖视图。
18.图3为本实用新型高压注水机构的结构示意图。
19.附图标记说明:
20.1-分煤层；
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2-分煤层大巷；
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3-钻场；
21.4-过渡钻孔；
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5-长距离水平直线钻孔；
22.6-分煤层回采工作面；
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7-高压注水泵；
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8-封孔器；
23.9-高压注水管；
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10-注水阀门；
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11-压力表；
24.12-千米定向钻机；
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13-注水湿润卸压圈。
具体实施方式
25.如图1、图2和图3所示，本实用新型包括长距离定向卸压钻孔组、设置在分煤层大巷2内侧的钻场3、以及向长距离定向卸压钻孔组内通入高压水的高压注水机构；
26.所述长距离定向卸压钻孔组包括多个长距离定向卸压钻孔，所述长距离定向卸压钻孔包括过渡钻孔4和长距离水平直线钻孔5，过渡钻孔4连接在长距离水平直线钻孔5与钻场3之间，多个长距离水平直线钻孔5沿分煤层回采工作面6的长度方向均匀且平行布设；长距离水平直线钻孔5由远离分煤层回采工作面6的方向向靠近分煤层回采工作面6的方向延伸，所述长距离水平直线钻孔5靠近分煤层回采工作面6的一端与分煤层回采工作面6之间
具有间距；长距离水平直线钻孔5的长度为500m～1000m，长距离水平直线钻孔5的轴线与分煤层1下表面的垂直距离为分煤层1厚度的1/2～2/3。
27.需要说明的是，多个分煤层1在各自施工时，均可布设长距离定向卸压钻孔组，结合高压注水机构进行采煤工作面区域双重耦合卸压开采。
28.本实施例中，所述钻场3内设置有千米定向钻机12；
29.本实施例中，所述钻场3的数量为两个，两个钻场3分设在两个分煤层大巷2内，在分煤层大巷2靠近分煤层回采工作面6的侧壁上向内开挖允许千米定向钻机12和高压注水机构安装及使用的空间，该空间即为钻场3，钻场3与分煤层回采工作面6的间距由长距离定向卸压钻孔的设计长度决定。
30.需要说明的是，多个长距离定向卸压钻孔分为两组，分别由两个钻场3进行施工钻进，千米定向钻机12在钻进后的钻头回撤过程中，通过钻头上的高压射流孔射出高压水射流，竖直方向连续切割长距离定向卸压钻孔壁。
31.需要说明的是，本实施例中，分煤层1采用综放开采的方式，一个分煤层的厚度为18m～20m，综放开采中采用的采煤机切割煤体的高度为4m～5m，切割煤层以上的煤层厚度大，具有较强的冲击倾向性，因此将长距离水平直线钻孔5设置在分煤层1厚度的1/2～2/3处，避让开了切割煤层的厚度，使切割煤层顶部的煤层能够被更好地注水软化，从而达到卸压防冲的目的，此外还能提高切割煤层顶部的煤层的冒放性，增加煤炭产量。
32.需要说明的是，长距离水平直线钻孔5的实际布设高度需要根据矿井煤层综合柱状图等地质资料，通过建立数值模拟分析分煤层回采工作面6应力分布规律，得到分煤层回采工作面6的应力集中区域，将长距离水平直线钻孔5布设在应力集中区域所在高度上，卸压防冲效果更好。
33.需要说明的是，通过在分煤层回采工作面6前方布置钻场，在分煤层回采工作面6的切割煤层顶部区域布置长距离定向卸压钻孔实现超前卸压，同时在回采期间长距离定向卸压钻孔内保持注水，不影响采煤工作面的推进，在掘进至长距离水平直线钻孔5的末端前再布置新的钻场，与前一个钻场类似，利用该钻场继续向采煤工作面前方钻进第二批长距离定向卸压钻孔，循环往复。
34.本实施例中，所述长距离水平直线钻孔5靠近分煤层回采工作面6的一端与分煤层回采工作面6之间的间距为2.5m～3.5m。
35.需要说明的是，由于高压注水机构向长距离定向卸压钻孔内注高压水后的煤体的湿润半径一般为2.5m～3.5m，因此在长距离水平直线钻孔5设置该间距，在保证待采煤体充分湿润卸压的同时，减少长距离水平直线钻孔5的钻设长度，提高施工效率。
36.本实施例中，相邻的两个长距离水平直线钻孔5的孔距为4m～7m。
37.需要说明的是，所述高压注水机构在向长距离水平直线钻孔5内注高压水后，会以长距离水平直线钻孔5的轴线为中心，向外扩散形成注水湿润卸压圈13，注水湿润卸压圈13的半径即煤体的湿润半径一般为2.5m～3.5m，使相邻的两个长距离水平直线钻孔5的孔距为4m～7m，即保证注水湿润卸压圈能够覆盖分煤层回采工作面6的宽度方向，使注水卸压效果更好，保证采煤工作的安全。
38.本实施例中，所述高压注水机构设置在钻场3内，所述高压注水机构包括高压注水泵7、用于封堵长距离定向卸压钻孔的封孔器8、以及连通高压注水泵7与封孔器8的高压注
水管9。
39.本实施例中，所述高压注水管9上设置有注水阀门10和压力表11；长距离定向卸压钻孔单孔的注水量不超过20l/min，总的注水时间不应少于3小时。考虑到注水区域没有自由面，不利于水的扩散，因此在注水时能注尽注、及时补注，实现高压注水致裂、软化煤层，形成人造裂隙、软化煤层，降低煤层的冲击危险性。
40.本实施例中，在千米定向钻机12的钻头回撤后，需要对长距离定向卸压钻孔进行封孔，封孔器8为马丽散封孔塞，封孔后，高压注水管9穿过马丽散封孔塞与长距离定向卸压钻孔连通；而后再开启高压注水泵7进行高压注水作业。
41.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。