一种薄基岩浅埋煤层长壁工作面保水开采方法

摘要

一种浅埋煤层长壁工作面保水开采方法，尤其适用于浅埋煤层的安全生产和水资源保护，根据煤层地质测量信息数据确定开采工作面；尽量采用工作面长度在200m以上的大尺寸长壁工作面；工作面采用8000kN以上高强度的液压支架支撑；选用合适长壁工作面快速推进的配套设备，并采用循环作业，保证长壁工作面日推进速度在15m以上；在开切眼区域附近10～50m范围内局部充填或局部降低采高，以减少采动覆岩贯通裂缝，使基岩不发生整体错动式破坏；并在老顶初次来压区域附近10～50m范围内，局部降低采高或在其对应地表影响范围内局部注浆以减小覆岩的运移空间，使覆岩形成较为稳定的砌体梁结构，增强采动覆岩阻水作用。该方法水资源保护效果好，能安全生产、减少浪费、环保、煤炭资源回收率高。

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种薄基岩浅埋煤层长壁工作面保水开采方法，尤其适用于浅埋煤层的安全生产、矿区水资源的保护、生态环境建设及煤炭资源回收率的提高，特别是基岩厚度在采高10倍以上的浅埋煤层。

背景技术

我国西部的神府-东胜煤田地处陕西北部内蒙古南部，探明储量达2236亿吨，约占全国已探明储量的1/3，属世界八大煤田之一，是我国首个亿吨煤炭生产基地。由于煤田地处毛乌素沙漠边缘，上覆松散层厚度较大，为0～76.33m，平均32m，并有大量的潜水存在，矿区大部分地区煤层上覆主要含水层都属此类。浅埋煤田开发和区域经济的可持续发展，必须在不断改善区内生态环境条件下完成，这就要大力开展植树种草、绿化矿区，防风固沙，减少水土流失，为煤田开发营造优美的自然环境。这一环境的营造，离不开水，没有水，生命无法生存，缺水，煤田无法开发，保水与采煤的矛盾很突出。对于这样一个世界级的大煤田，水显得尤为珍贵。只有有足够的水资源，才能促进煤田开发与区域经济的持续健康发展，人与自然和谐相处。

神东矿区大部分煤层属于埋深在200m以内的浅埋煤层，浅埋深、薄基岩、上覆厚松散风积沙层是其煤层的典型赋存特征，同时其基岩顶部普遍被风化，强风化带一般5～8m；弱风化带一般厚20m。浅埋煤层开采过程中，无论是矿井的正常涌水，还是以防治矿井水害为目的进行的人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干，都会不同程度地影响或破坏含水层，造成地表水和地下水资源的极大浪费，使我国西部干旱半干旱地区的一些水资源匮乏矿区地下水进一步流失和污染，潜水水位下降严重，荒漠化问题日益严重。同时，许多煤矿在开采浅埋煤层过程中都发生了顶板溃水溃沙等安全事故，影响正常安全生产，保水防溃采煤问题一直是开发我国西部浅埋煤层面临的一个典型难题。对于基岩厚度在采高10倍以下的典型浅埋煤层(基岩厚度一般小于50m)，目前一般采用房柱式采煤方法或短壁工作面进行开采，不使采空区顶板垮落。只要留设的煤柱不被压垮失稳，水资源就不会流失。但对于基岩厚度在采高10倍以上的浅埋煤层(基岩厚度一般大于50m)，如果仍采用上述采煤方法，则煤炭资源浪费非常严重，这是现场急待解决的一大问题。

发明内容

针对已有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种安全生产、减少浪费、环保、煤炭资源回收率高的薄基岩浅埋煤层长壁工作面保水开采方法。

为实现上述目的，本发明的保水开采方法是：

a.根据煤层地质测量信息数据确定开采工作面；

b.尽量采用工作面倾斜长度在200m以上的大尺寸长壁工作面，其走向推进长度在运输设备和地质条件允许的范围内尽可能大，且不小于倾斜长度；

c.工作面采用支撑力在8000kN以上的高强度液压支架支撑，以防止工作面顶板出现台阶下沉，形成突水通道；

d.选用适合长壁工作面快速推进的配套设备，并采用循环作业，保证长壁工作面日推进速度在15m以上；

e.及时采用局部处理措施，在开切眼区域附近10～50m范围内局部充填或局部降低采高，以减少采动覆岩贯通裂缝，使基岩不发生整体错动式破坏；并在老顶初次来压区域附近10～50m范围内，局部降低采高或在其对应地表影响范围内局部注浆以减小覆岩的运移空间，使覆岩形成较为稳定的砌体梁结构，增强采动覆岩阻水作用。

采用上述方法，能使采动覆岩活动的最大动态变形值小于静态变形值，并且最大动态变形值将会随工作面推进速度的增大而减小。大尺寸工作面推进速度越快，覆岩下沉越平缓，其整体性越强，导水裂隙发育程度越小，相对而言就等于延缓了基岩的破断，延长了其稳定阻水的时间，可有效预防采出空间与上覆松散含水层水体间的采动覆岩导水通道的沟通。同时，在工作面快速推进条件下，基岩层整体切落，上方松风积砂层不能形成自身力学结构，与煤层顶板同步整体下沉，在上覆松散层自重应力作用下，其原有的构造裂隙和采动裂缝能较快的被压实弥合，丧失了储导水作用，变成隔水层。该方法水资源保护效果好，能安全生产、减少浪费、环保、煤炭资源回收率高。

具体实施方式

本发明的薄基岩浅埋煤层长壁工作面保水开采方法，首先根据地质测量提供的信息，分析覆岩的水文地质参数，确定长壁工作面开采的范围和需要及时采用局部处理的关键区域，以减少地下水的流失。选用高强度的液压支架，在长壁开采中保证足够的支架初撑力可以控制剪切破断首先由采空区侧开始，以防止工作面顶板出现台阶下沉，形成突水通道。依据长壁工作面中的长期开采经验，在长壁工作面中保证支架支撑力在8000kN以上，可以有效防止工作面顶板出现台阶下沉或滑落失稳。选用适合快掘快采的大功率高可靠性重型配套设备，以达到工作面快速推进的要求。工作面主要设备的大修周期比一个工作面的服务时间长，在工作面开采期间不需要上井维修，以达到工作面快速推进的要求。采用正规的“三八”或“四六”循环作业，即割煤、移架、推溜，采煤机前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，端头斜切进刀，双向割煤的循环方式，日进在20刀以上，截深在0.8m以上，使长壁工作面日推进速度在15m以上。应用工作面快速搬家技术，实现快速通过断层，保证大尺寸工作面快速推进。及时采用局部处理措施，因为开切眼附近是应力集中区，顶板基岩一般要在开切眼侧发生剪切破断，在开切眼附近进行局部充填或降低采高，以改善局部顶板的应力状况，减小动压破坏程度，减少覆岩贯通裂缝，使基岩不发生整体错动式破坏，使采动导水裂隙发育高度得到降低。根据生产实践，在开切眼附近区域10～50m范围内局部充填或局部降低采高，可有效降低采动导水裂隙发育高度。在老顶初次来压区域附近10～50m范围内，局部降低采高或在其对应地表影响范围内局部注浆以减小覆岩的运移空间，适当降低采高以减小基本顶的运移空间，有利于破断岩块朝反方向回转靠工作面一侧的裂缝被挤压，而这一端裂缝的挤压闭合运动是可有效防止顶板渗水或溃水，并且有利于基本顶形成较为稳定的结构，从而使薄基岩破坏程度减小，有效增强采动覆岩阻水作用。在其老顶初次来压的对应含水层底部影响范围内局部注浆，可以有效防止导水裂隙沟通含水层，影响范围大小可以由岩层断裂角确定。工作面采动后，煤层采空区上覆岩层离层破断，岩层在运移过程中，具有垂直向下和沿工作四周向中心水平运移两个方向运动力的分量，其合力与分量可形成环工作面采空区四周和与其走向近于垂直的两组微细裂隙，以环工作面采空区四周的裂隙为主。工作面的倾斜长度越大，采动岩体受工作面两侧影响的边界效应越小，岩层总体上越偏向于以整体运移为主，阻水作用越好，实践证明当工作面长度达到200m后，工作面采动覆岩的边界效应不再明显。从这种观点来说，工作面的倾斜长度和走向推进长度越大，越有利于保水开采，所以要采用大尺寸长壁工作面。