[发明专利]微波加热H式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法

说明书

本发明公开了一种微波加热H式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，属于煤矿开采领域。本发明将微波加热与煤矿开采相结合，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“H式”钻井，当微波作用于岩体上，电磁场以波的形式给岩体以能量，能量又通过岩石的吸热而转换，使物体内部产生类似摩擦，温度升高，在岩体中产生内应力以及岩体中水分的蒸发、物质的分解和膨胀等共同作用下而导致岩体破裂。本发明充分利用微波加热的高效率、能量密度大、不需介质传热、穿透性强等特性，在地面钻取“H式”钻井，一井双用，双向作业，对上覆煤层厚硬顶板及残采区遗留煤柱进行预裂，不受空间限制，不影响下煤层采煤工作，操作方便、方法简单、无尘、无噪。

技术领域

本发明涉及一种微波加热H式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，属于煤矿开采领域。

背景技术

所谓上行开采方法，即先采下伏煤层后采上覆煤层。当上覆煤层开采时，会经过层间厚硬顶板及下伏残采区遗留煤柱群，受到上下复合强矿压影响采煤工作。

复合强矿压主要来源于：（a）厚硬顶板：由于自然地质条件，许多矿区的上覆煤层存在厚度大、强度高、节理裂隙不发育、完整性好的厚硬顶板；（b）残采区遗留煤柱：新中国成立初期我国的采煤工艺相对落后，为保证围岩的稳定性、保障工作面的安全生产，会留设部分煤柱支撑上覆岩层；在现代高度机械化的开采过程中，受构造及其它开采条件的限制，部分煤柱的留设不可避免；采用柱式体系采煤法时，部分煤柱会留下不采。这就导致在煤层开采完毕后，残采区会有大量的遗留煤柱。

当开采受到厚硬顶板及下伏残采区遗留煤柱复合强矿压影响的上覆煤层时，会造成工作面矿压显现强烈，工作面片帮严重，巷道底鼓，采空区顶板垮落剧烈并伴有巨响，工作面支架压力增加明显，支架压死、巷道单体支柱破坏也时有发生，而且采场厚硬顶板的初次/周期来压步距也会增大，并积聚大量的能量，当采场厚硬顶板突然垮落时，积聚的能量就会瞬间释放出来，从而引发剧烈的冲击动力灾害，造成设备损坏，人员伤亡，严重危害矿井安全生产。

厚硬顶板及残采区遗留煤柱造成的复合强矿压的预测及防治工作较为困难，当前对于厚硬顶板及残采区遗留煤柱影响的上覆煤层工作面复合强矿压的控制方法有：a、被动控制法：（1）调整上覆煤层工作面的开采方向、布置方位，从而避开下伏残采区遗留煤柱的集中应力影响区，但工作面仍受厚硬顶板压力的影响，并未从根本上解决问题；（2）加强上覆煤层工作面的支护，但当工作面矿压显现强烈时，通过单纯加强支护的技术措施就很难保证安全生产，且支护成本高；（3）在受厚硬顶板及残采区遗留煤柱影响的上覆煤层工作面，也留设更大的煤柱，但造成了煤炭资源的极大浪费；b、主动控制法：（1）在厚硬顶板及残采区遗留煤柱中进行爆破，但施工工程量大，可控性差，尤其对于高瓦斯矿井容易引发瓦斯爆炸，存在安全隐患；（2）采用水压致裂厚硬顶板及残采区遗留煤柱，但消耗了大量的水资源，且致裂过程中高压压裂液中的化学试剂容易污染井下环境。由以上复合强矿压的控制方法可以看出，被动控制法效果不好，没有真正解决问题；主动控制法施工地点多在工作面或者巷道内，影响采煤工作，并且需要分别致裂厚硬顶板及残采区遗留煤柱，步骤繁琐。因此，需要寻找一种效率高、易控制、效果好的消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法来保障工作面的安全生产。

发明内容

本发明旨在提供一种充分利用微波加热的高效率、能量密度大、不需介质传热、穿透性强等特性，在地面钻取“H式”钻井，消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法。若煤层开采经过下伏残采区遗留煤柱群及层间厚硬顶板，且残采区遗留煤柱群内存在两个稳定的，间隔40米～200米遗留煤柱时，可以选用“H式”钻井，从地面进行双向作业，达到消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的目的。

本发明将微波加热与煤矿开采相结合，当微波（频率为300MHz～300GHz的电磁波）作用于岩体上，电磁场以波的形式给岩体以能量，能量又通过岩石的吸热而转换，使物体内部产生类似摩擦，温度升高，在岩体中产生内应力以及岩体中水分的蒸发、物质的分解和膨胀等共同作用下而导致岩体破裂。微波加热的特点为高效率、能量密度大、不需介质传热、穿透性强等。