[发明专利]等离子体H式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法

说明书

本发明公开了一种等离子体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。本发明充分利用离子间的强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“H式”钻井，“H式”钻井分为“H式”钻井左垂直段，“H式”钻井水平段和“H式”钻井右垂直段三部分，“H式”钻井左右两个垂直段穿过上覆煤层厚硬顶板及上覆煤层到达下伏残采区遗留煤柱内，“H式”钻井水平段在上覆煤层厚硬顶板内与工作面推进方向平行，一井双用，双向作业，对上覆煤层厚硬顶板及下伏残采区遗留煤柱进行预裂，达到消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的目的，从而实现煤矿绿色开采，安全生产。

技术领域

本发明涉及一种等离子体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

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跨落时，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。

等离子态是一种区别于固态、液态和气态的聚集态，当某些液体受外界能量激发生成液相等离子体，利用离子间强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，形成冲击波使岩体产生裂隙并扩展。目前它已被广泛应用于油气钻井、开采，金属的切割，定向破碎岩块。然而,等离子体消减复合强矿压的技术在煤炭开采技术领域(尤其在等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压方面)的应用却很少。

发明内容

本发明旨在提供一种等离子体“H式”消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，不仅效率高、易控制、效果好、灵活性强、无尘、无噪，可以避免前述方法的劣势和不足，而且充分利用离子间的强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，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下伏残采区遗留煤柱进行预裂，达到消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的目的，从而实现煤矿绿色开采，安全生产。