專利名稱：采煤工作面頂板離層水的防治方法
技術領域：
本發明涉及煤炭開采領域，具體涉及一種采煤工作面頂板離層水的防治方法。
背景技術：
煤礦開采是較為劇烈的工程活動，常引發地質與環境災害問題。由于煤礦開采深度增大，多煤層開采等原因，一種新的頂板水害類型一頂板離層水水害開始出現；頂板離層水水害由于具有瞬時水量大、突水征兆不明顯、危害大等特點而引起重視。關鍵層理論認為覆巖離層主要出現在各關鍵層下，覆巖離層最大發育高度止于覆巖主關鍵層。煤層開采后采空區上方覆巖結構力學模型分為“三帶”，分別為跨落帶、導水裂隙帶和彎曲下沉帶。如圖I所示，離層水形成的機理為隨著煤層I開采的進行，采空區垮落帶2上方的導水裂隙帶3與彎曲下沉帶5發育離層4，含水層中的水順著導水裂隙帶涌入井下，此時礦井涌水處于正常范圍內。隨著導水裂隙帶3不斷與水流接觸，導水裂隙帶3中遇水膨脹的地層(如泥巖層)會逐漸膨脹、松散，堵塞導水裂隙3中的裂隙，形成再生的隔水層，使得導水裂隙帶3與彎曲下沉帶5之間的離層4成為可以儲水的地質體，地下水通過原生裂隙、孔隙迅速充填離層4，使得離層成為了一個相對穩定的“儲水體”，此時整個地層處于平衡狀態。隨著工作面的繼續推進，頂板破壞強度加大，伴隨著周期來壓，老頂垮落、斷裂，頂板的平衡被打破，離層水瞬間潰入礦井，造成突水，由于瞬時突水量巨大，會造成嚴重破壞。由于離層水的形成是工作面推進的過程中形成的，因此在工作面在回采一定距離后，需要停下一段時間進行離層水的疏放。目前常用的離層水防治方法為利用采煤準備巷道(如機巷)超前疏干，即在回采工作開始前，向采區工作面內布置用于疏水的超前疏水孔，進行超前疏干。然而，由于采區并未開采，離層水尚未形成，疏水孔的疏水效率低，且占用巷道，嚴重影響采區生產效率。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于，針對開采時會形成離層水的采區，提供一種采煤工作面頂板離層水的防治方法，以有效疏放離層水，避免離層水突水事故發生。為實現上述發明，本發明采用以下技術方案采煤工作面頂板離層水的防治方法，包括以下步驟a、在采煤工作面的一側沿回采方向施工疏水巷，并且所述疏水巷位于工作面該側的巷道的外側，與所述巷道之間留設預定距離；b、當工作面推進距離為垮落步距的預定值時，從疏水巷向采空區上方離層水區域施工多個疏水孔組，每個疏水孔組包括多個疏水孔；C、對所有疏水孔全程設置孔口管，并檢測孔口管管口處的出水壓力；d、在疏水孔對離層水進行疏放的同時，工作面繼續向前推進；e、根據出水壓力，調整疏水孔的數量，使工作面在推進到垮落步距時，孔口管管口處的出水壓力均不超過O. 2MPa。
優選地，步驟a中，當工作面兩側水平高度不同時，所述疏水巷位于工作面水平高度較低的一側。優選地， 步驟a中，所述疏水巷與巷道之間的預定距離為15-30m。優選地，步驟b中，當工作面推進距離為垮落步距的1/3-2/3時，從疏水巷向采空區上方離層水區域施工多個疏水孔組。優選地，所述疏水孔完全貫穿采空區上方預計導水裂隙帶的發育高度和離層水的層位，并進入彎曲下沉帶至少4m。優選地，所述疏水孔在通往導水裂隙帶的過程中避開垮落帶。優選地，所述多個疏水孔組為1-3個，每個疏水孔組包括2-5個疏水孔，所述疏水孔成扇形均勻分布。優選地，所述疏水巷從工作面回采的起始端沿回采方向延伸，延伸長度為工作面長度的1/3-1/2，并且所述疏水巷的兩端與所述巷道連通。由上述技術方案可見，本發明提供的采煤工作面頂板離層水防治方法，由于在采煤工作面較低的一側沿回采方向施工疏水巷，當工作面推進距離為垮落步距的1/3-2/3時，從疏水巷向采空區施工多個離層水疏水孔，可以有效地疏放離層水，避免了離層水害事故的發生，同時工作面回采與離層水疏放不相沖突，工作面可實現連續安全回采。
圖I為離層水形成示意圖；圖2為采空區疏水孔布置平面示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖進一步描述本發明，但本發明并不限于此。如圖2所示，第一步，在采煤工作面的一側沿回采方向施工疏水巷6，優選地，當工作面兩側水平高度不同時，所述疏水巷6位于工作面水平高度較低的一側。并且所述疏水巷6位于工作面該側的巷道8 (回風巷或運輸巷)的外側，與所述巷道8之間設有預定的距離，以便后續施工的疏水孔在穿過導水裂隙帶時可以避開垮落帶，這樣隨工作面的繼續推進，頂板的跨落不會破壞疏水孔。優選地，所述疏水巷與所述巷道之間的距離為15-30米，即所述疏水巷6與巷道8之間留設有15-30米的煤柱7。經過實驗發現，如果直接從巷道8內向采空區10施工疏水孔，隨著工作面向待采區9推進，頂板跨落，會破壞疏水孔，導致疏水不能正常進行，為此工作面不得不停下來等待疏水工作完成后再向前推進。因此，在本發明中，將疏水巷設置在所述巷道8外側適當的距離。優選地，所述疏水巷6從工作面回采的起始端沿回采方向延伸，延伸長度為工作面長度的1/3-1/2。對于會形成離層水的工作面，在回采前期煤層上方含水層中的水未經有效排放，因此形成離層水后發生突水危險的可能性較回采后期大。而在回采后期，得益于回采前期對離層水的疏放，對于工作的后部分只需設置超前疏水孔，等工作面回采至此時，可以認為已不存在離層水突水危險，從而不會延誤工作面回采。因此所述疏水巷7可以僅沿工作面的前部分設置，其兩端與巷道8連通。另外，所述疏水巷6在保證鉆機可以順利進入施工的情況下，其截面應盡量減小，以減小疏水巷的施工量，節省施工成本。
隨著工作面的推進，工作面后方的采空區會出現周期性的跨落，該周期性跨落的距離稱為跨落步距。所述跨落步距可以根據鄰近工作面的跨落步距，或根據采區地質資料估算得出。第二步，當工作面推進距離為垮落步距的預定值時，從疏水巷向采空區施工多個疏水孔組，優選為1-3個，每個疏水孔組包括多個疏水孔，此時頂板尚未跨落，而頂板上方的離層水已開始形成。優選地，當工作面推進距離為垮落步距的1/3-2/3時，從疏水巷向采空區施工疏水孔組。優選地，所述疏水孔組11由2-5個疏水孔組成，成扇形均勻分布在采空區10上方。所述疏水孔優選地完全貫穿采空區上方導水裂隙帶的發育高度范圍和離層水的層位，并進入彎曲下沉帶至少4m。所述導水裂隙帶的高度范圍可以根據鄰近工作面的導水裂隙帶的高度范圍，比如在采空區地表施工疏水孔，采用疏水孔彩色電透視及疏水孔沖洗液漏失量觀測方法得出，或根據采區地質資料估算得出。第三步，對所有疏水孔全程設置孔口管，以防止鉆具撤出后，出水位置塌孔，影響 離層水的疏放，并在管口處安裝壓力表，檢測孔口管管口處的出水壓力。由于此時導水裂隙帶與彎曲下沉帶之間已形成一定的離層水，因此疏水孔疏水效率高。第四步，在疏水孔對采空區上方的頂板離層水進行疏放的同時，工作面繼續向前推進，實現邊疏水邊生產。第五步，根據壓力表的指示，適當的調整疏水孔的數量，即壓力越大，施工的疏水孔數越多，壓力越小，施工的疏水孔數越少，使工作面在推進到垮落步距時，孔口管管口處的出水壓力均不超過O. 2MPa。
權利要求
1.一種采煤工作面頂板離層水的防治方法，其特征在于，包括以下步驟 a、在采煤工作面的一側沿回采方向施工疏水巷，并且所述疏水巷位于工作面該側的巷道的外側，與所述巷道之間留設預定距離； b、當工作面推進距離為垮落步距的預定值時，從疏水巷向采空區上方離層水區域施工多個疏水孔組，每個疏水孔組包括多個疏水孔； C、對所有疏水孔全程設置孔口管，并檢測孔口管管口處的出水壓力； d、在疏水孔對離層水進行疏放的同時，工作面繼續向前推進； e、根據出水壓力，調整疏水孔的數量，使工作面在推進到垮落步距時，孔口管管口處的出水壓力均不超過O. 2MPa。
2.如權利要求I所述的防治方法，其特征在于，步驟a中，當工作面兩側水平高度不同時，所述疏水巷位于工作面水平高度較低的一側。
3.如權利要求2所述的防治方法，其特征在于，步驟a中，所述疏水巷與所述巷道之間的預定距離為15-30m。
4.如權利要求I所述的防治方法，其特征在于，步驟b中，當工作面推進距離為垮落步距的1/3-2/3時，從疏水巷向采空區上方離層水區域施工多個疏水孔組。
5.如權利要求I所述的防治方法，其特征在于，所述疏水孔完全貫穿采空區上方預計導水裂隙帶的發育高度和離層水的層位，并進入彎曲下沉帶至少4m。
6.如權利要求5所述的防治方法，其特征在于，所述疏水孔在通往導水裂隙帶的過程中避開垮落帶。
7.如權利要求I所述的防治方法，其特征在于，所述多個疏水孔組為1-3個，每個疏水孔組包括2-5個疏水孔，所述疏水孔成扇形均勻分布。
8.如權利要求1-7中任意一項所述的防治方法，其特征在于，所述疏水巷從工作面回采的起始端沿回采方向延伸，延伸長度為工作面長度的1/3-1/2，并且所述疏水巷的兩端與所述巷道連通。
全文摘要
本發明涉及采煤工作面頂板離層水防治方法，在采煤工作面較低的一側沿回采方向施工疏水巷，所述疏水巷位于機巷外側預定距離；當工作面推進距離為垮落步距的預定值時，從疏水巷向采空區施工多個離層水疏水孔；對所有疏水孔全程設置孔口管，并檢測管口出水壓力；在疏水孔對離層水進行疏放的同時，工作面繼續向前推進；根據管口出水壓力的指示，壓力越大設置越多的疏水孔，使工作面在推進到垮落步距前，管口處出水壓力不超過0.2MPa。采用本發明提供的方法可以有效地疏放離層水，避免了離層水害事故的發生，同時工作面回采與離層水疏放不相沖突，工作面可實現連續安全回采。
文檔編號E21F16/00GK102943690SQ201210422830
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月30日 優先權日2012年10月30日
發明者李逵, 張永紅, 吳國強, 冶玉海, 陳和平, 楊松武, 王建波, 張飛龍 申請人:神華集團有限責任公司, 神華寧夏煤業集團有限責任公司