[发明专利]一种钻-扩-充水力扩孔割煤的采煤方法

说明书

本发明提供了一种钻‑扩‑充水力扩孔割煤的采煤方法，其步骤包括：掘进巷道形成短壁准备工作面；施工第一个煤层钻孔；第一个煤层钻孔扩孔开采；封堵运输巷一端的扩孔孔口；对扩孔后的采出空间进行充填；进行第二个煤层钻孔的“钻‑扩‑充”工序；依次施工其他煤层钻孔的“钻‑扩‑充”工序，从而完成整个短壁工作面的“钻‑扩‑充”开采。本发明提供的一种“钻‑扩‑充”水力扩孔割煤的采煤方法，能够实现对缓倾斜、倾斜和急倾斜薄煤层及中厚煤层的安全绿色开采。

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别涉及一种“钻-扩-充”水力扩孔割煤的采煤方法。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，2018年我国煤炭产量为36.8亿吨，煤炭产量和一次消费量均占到总能源的60％以上。因此，煤炭将长期是我国的主导能源。我国煤炭赋存条件复杂，类型多样，在一些赋存条件较好的近水平、缓倾斜的厚煤层和特厚煤层，已经达到了工作面年产1千万吨的水平。但我国仍存在大量开采条件较差的煤层，例如我国东部老矿井，随着煤炭资源的日益枯竭，矿井逐步进入残采阶段，如何实现大量的边角不规整区段煤炭资源的回收是延长老矿井寿命的重要途径。再例如我国存在大量的村庄压煤、铁路压煤及水下压煤，如何有效降低开采导致的地表沉降，实现保护开采是解决“三下”煤炭开采的关键。同时，我国煤矿普遍存在煤层倾角大、构造复杂、赋存不稳定的薄煤层及中厚煤层，难以实现机械化开采或机械化开采难度较大，无法实现较好的经济效益和安全效益。因此，当前亟需一种适应性好、投入低、安全有保障的新的开采方法和工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种“钻-扩-充”水力扩孔割煤的采煤方法，以实现对缓倾斜、倾斜和急倾斜薄煤层及中厚煤层的安全绿色开采。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种“钻-扩-充”水力扩孔割煤的采煤方法，包括如下步骤：

掘进巷道形成短壁准备工作面：掘进运输巷、切眼及回风巷，形成全负压通风的短壁准备工作面；

施工第一个煤层钻孔：在回风巷离切眼L₀的位置施工一平行煤层倾斜方向的煤层钻孔，使钻孔穿透整个工作面到达运输巷；

第一个煤层钻孔扩孔开采：采用旋转射流器从运输巷一端对煤层钻孔周围的煤体进行切割，边切割边后退旋转射流器，至完成整个煤层钻孔的扩孔开采，切割下来的煤从运输巷运出；

封堵运输巷一端的扩孔孔口：对运输巷一端的扩孔后的孔口进行封堵，封堵后的强度以对扩孔充填期间的充填物不能冲垮封堵口为准；

对扩孔后的采出空间进行充填：从回风巷一端向扩孔后的采出空间填充充填材料至填满整个采出空间；

进行第二个煤层钻孔的“钻-扩-充”工序：在距离第一个煤层钻孔为 L的施工地点，按上述步骤施工第二个煤层钻孔的“钻-扩-充”工序；

依次施工其他煤层钻孔的“钻-扩-充”工序：按第二个煤层钻孔的施工工序依次施工其他煤层钻孔的“钻-扩-充”工序，从而完成整个短壁工作面的“钻-扩-充”开采；

其中，3R<L₀<4R，L＝2R，R为旋转射流器在煤层钻孔中扩孔时的切割半径。

进一步地，所述施工煤层钻孔所用的设备包括带旋转射流器的钻头，与钻头连接的高压密封钻杆，与高压密封钻杆管道连接的高压注水泵，及控制高压密封钻杆的履带钻机。

进一步地，所述煤层钻孔的扩孔方法包括：

向与旋转射流器连接的钻杆内投放一个钢球；

启动与钻杆管道连接的高压注水泵并加压至设计压力；

旋转射流器端部的钻头前方的出水孔被钢球堵住，使钻头后部的旋转射流器高速旋转并喷射出高压水对煤层钻孔周围的煤体切割而扩孔。