专利名称：富含水矿区水解放工作面开采方法
技术领域：
本发明属于采矿技术领域，尤其是涉及一种富含水矿区水解放工作面开采方法。
背景技术：
随着煤矿开采范围和强度的不断扩大，许多新开发矿区在生产过程中都遇到了富 含水岩(煤)层带来的安全生产问题，如工作面透(突)水溃沙、泥质胶结工作面顶板泥 化或强度急剧降低而导致的垮塌冒落、工作面过断层时顶板架前冒落、软岩巷道剧烈变形、 破坏、支护失效(锚索、锚杆脱落)、大倾角煤层工作面底板泥化、破坏滑移等等。据相关统 计资料，煤矿水害已经成为与煤矿瓦斯灾害等同的、一次死亡人数最多的重大灾害，不仅导 致了大量的人员伤亡和重大的经济损失，而且严重制约了矿井综合技术与经济效益的进一 步提尚。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种富含水矿 区水解放工作面开采方法，其设计合理、施工方便、投入成本低且使用效果好、推广应用前 景广泛，能从源头上、根本上解决富含水矿区生产过程中的“水患”问题，大幅度提升矿井安 全生产水平和技术经济效益。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种富含水矿区水解放工作面 开采方法，所开采矿区包括由上至下分布的多个煤层，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、富含水层确定及解放工作面所在煤层选择在对整个矿区进行开采之前， 根据所开采矿区的水文地质资料，确定富含水层的位置；再在所确定富含水层的下方选择 一个煤层作为解放工作面所在煤层，且以所述解放工作面所在煤层底部所布置的采煤工作 面作为解放工作面；所述解放工作面与富含水层之间的间距应满足在解放工作面开采过程 中且在解放工作面的工作面顶板充分垮落后，所形成的顶板裂隙带能延伸至富含水层；步骤二、解放工作面基本开采参数确定根据所开采矿区的水文地质资料中所提 供的矿井涌水量基础数据，并结合解放工作面与富含水层之间的间距，确定开采解放工作 面时的基本开采参数；所述基本开采参数包括工作面长度、工作面推进长度和工作面回采 高度，矿井涌水量基础数据中所提供的矿井涌水量越大，工作面长度越大，工作面推进长度 越长且工作面回采高度越大；步骤三、排水系统施工在开采解放工作面下部建立一个对解放工作面后方采空 区内的水进行排出的排水系统，并使得所建立排水系统的排水管道与解放工作面上下部所 布设的工作面顺槽相连通；步骤四、解放工作面开采及同步排水采用适宜所开采矿区的常规开采方法，且按 照步骤二中所确定的基本开采参数，对解放工作面进行开采；所述解放工作面开采过程中， 使得解放工作面的工作面顶板充分垮落，相应使得工作面顶板充分垮落后形成的顶板裂隙 带与富含水层连通，此时所述顶板裂隙带使得富含水层与解放工作面后方经开采的采空区之间形成多个导水通道，且富含水层内的水经多个所述导水通道进入所述采空区内，并通 过布设在解放工作面上下部的工作面顺槽和步骤三中所述的排水系统排出；步骤四中进行解放工作面开采及同步排水过程中，对富含水层内的涌水量进行同 步观测和记录，并根据所记录的涌水量观测数据确定解放工作面的开采持续时间，直至将 富含水层内的水排至不会对所开采矿区中多个煤层的开采过程造成水患威胁为止；步骤五、所开采矿区煤层正常开采按照常规开采方法，对所开采矿区的多个煤层 分别进行开采。上述富含水矿区水解放工作面开采方法，其特征是步骤一中所述矿区的多个煤 层均为倾角α为35° 55°的大倾角煤层；相应地，步骤五中对所开采矿区煤层正常开采 时，由上至下依次对所开采矿区的多个煤层分别进行开采。上述富含水矿区水解放工作面开采方法，其特征是步骤三中所述的排水系统包 括与解放工作面上下部所布设的工作面顺槽相通的多个排水管道、布设在排水管道出水口 处的水仓和布设在水仓上方且对水仓内的存水进行排出的排水设备。上述富含水矿区水解放工作面开采方法，其特征是步骤四中所述的常规开采方 法为炮采或机械化开采方法。本发明与现有技术相比具有以下优点1、设计合理、构思新颖且施工步骤简便，开采过程实现方便。2、投入成本低，无需投入大量设备和技术工作人员，只需布设对应的排水系统进 行排水即可，施工难度非常低。3、使用效果好且实用价值高，只需在富含水矿区选择合理位置的煤层，并根据实 际具体情况布置不同规格的解放工作面，再按照常规开采方法开采“水解放层(即解放工 作面)”，便能完成对被解放范围内的岩(煤)层水进行合理疏排，因而能从源头上、根本上 解决富含水矿区生产过程中的“水患”问题，大幅度提升矿井安全生产水平和技术经济效益。4、适用面广，推广应用前景广泛，能有效推广适用至多种富含水矿区的开采过程 中。综上所述，本发明设计合理、施工方便、投入成本低且使用效果好、推广应用前景 广泛，能从源头上、根本上解决富含水矿区生产过程中的“水患”问题，大幅度提升矿井安全 生产水平和技术经济效益。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明的开采过程流程框图。图2为本发明所开采矿区富含水层与解放工作面的结构示意图。图3为本发明所采用排水系统的布设位置示意图。图4为本发明对富含水层进行排水时的排水状态参考图。附图标记说明1-富含水层；2-解放工作面；3-导水通道；4-排水管道；5-水仓；6-排水设备；
7-采空区； 8-工作面上顺槽；9-工作面下顺槽。10-阶段大巷一 ；11-阶段大巷二 ； 12-阶段大巷三；13-阶段大巷四。
具体实施例方式如图1所示的一种富含水矿区水解放工作面开采方法，所开采矿区包括由上至下 分布的多个煤层，且其开采方法包括以下步骤步骤一、富含水层确定及解放工作面所在煤层选择在对整个矿区进行开采之前， 根据所开采矿区的水文地质资料，确定富含水层1的位置；再在所确定富含水层1的下方选 择一个煤层作为解放工作面所在煤层，且以所述解放工作面所在煤层底部所布置的采煤工 作面作为解放工作面2 ；所述解放工作面2与富含水层1之间的间距应满足在解放工作面2 开采过程中且在解放工作面2的工作面顶板充分垮落后，所形成的顶板裂隙带能延伸至富 含水层1，详见图2。实际进行开采时，具体是在矿井整体开拓与生产系统基本构成之后，在富含水的 岩(煤)层(即富含水层1)之下，选择层位较低的煤层，并在该煤层中的最低位置布置“解 放工作面2”。步骤二、解放工作面基本开采参数确定根据所开采矿区的水文地质资料中所提 供的矿井涌水量基础数据，并结合解放工作面2与富含水层1之间的间距，确定开采解放工 作面2时的基本开采参数；所述基本开采参数包括工作面长度、工作面推进长度和工作面 回采高度，矿井涌水量基础数据中所提供的矿井涌水量越大，工作面长度越大，工作面推进 长度越长且工作面回采高度越大。也就是说，实际开采时，根据矿区水文地质资料提供的矿井涌水量基础数据，确定 “解放工作面2”的基本开采参数(其中包括工作面长度、工作面推进长度和工作面回采高 度)。通常矿井涌水量越大，相应地，解放工作面2的长度越长、工作面推进长度越长且回采 高度也越大，反之亦然。步骤三、排水系统施工在开采解放工作面2下部建立一个对解放工作面2后方采 空区7内的水进行排出的排水系统，并使得所建立排水系统的排水管道4与解放工作面2 上下部所布设的工作面顺槽相连通。本实施例中，结合图3，所述排水系统包括与解放工作面2上下部所布设的工作面 顺槽相通的多个排水管道4、布设在排水管道4出水口处的水仓5和布设在水仓5上方且对 水仓5内的存水进行排出的排水设备6。所述工作面顺槽分别为布设在解放工作面2上下 部的工作面上顺槽8和工作面下顺槽9。且实际布设所述排水系统，在解放工作面2的下 部，具体在下山开采系统的底部布置水仓5和排水管道4，并根据矿井涌水量装配相应的排 水设备6。步骤四、解放工作面开采及同步排水采用适宜所开采矿区的常规开采方法，且按 照步骤二中所确定的基本开采参数，对解放工作面2进行开采；所述解放工作面2开采过程 中，使得解放工作面2的工作面顶板充分垮落，相应使得工作面顶板充分垮落后形成的顶 板裂隙带与富含水层1连通，此时所述顶板裂隙带使得富含水层1与解放工作面2后方经 开采的采空区7之间形成多个导水通道3，且富含水层1内的水经多个所述导水通道3进入所述采空区7内，并通过布设在解放工作面2上下部的工作面顺槽和步骤三中所述的排水 系统排出，详见图4。步骤四中进行解放工作面开采及同步排水过程中，对富含水层1内的涌水量进行 同步观测和记录，并根据所记录的涌水量观测数据确定解放工作面2的开采持续时间，直 至将富含水层1内的水排至不会对所开采矿区中多个煤层的开采过程造成水患威胁为止。本实施中，所述常规开采方法为炮采或机械化开采方法。实际选择开采方法时，根 据不同矿区现行的开采技术水平，选择合理的开采方法(炮采或机械化开采)，在保证安全 的前提下对解放工作面2进行开采。且对解放工作面2开采过程中，根据按照步骤二中所 确定的基本开采参数，选择合理的基本开采参数进行解放工作面2开采，在解放工作面2开 采过程中，须使工作面顶板充分垮落，并使得工作面顶板裂隙带与其上的富含水层1沟通， 形成相应的导水通道3，从而使矿井特定生产区域内含水层(即富含水层1)内的水通过导 水通道3进入解放工作面2后方的采空区7内，之后再经过工作面顺槽流入已经形成的水 仓5中，并通过所述排水系统排出地面或其它指定区域。另外，在解放工作面2开采过程中，应利用矿井涌水量观测手段对富含水层1内的 涌水量进行观测，视被解放区域中富含水岩(煤)层(即富含水层1)的含水量疏排情况， 确定解放工作面2的开采持续时间，保证被解放区域内所有煤层的开采过程中不再受到水 患威胁。步骤五、所开采矿区煤层正常开采按照常规开采方法，对所开采矿区的多个煤层 分别进行开采。本实施例中，步骤一中所述矿区的多个煤层均为倾角α为35° 55°的大倾角 煤层；相应地，步骤五中对所开采矿区煤层正常开采时，由上至下依次对所开采矿区的多个 煤层分别进行开采。本实施例中，所开采矿区包括四个由上至下进行布设的阶段大巷，且四 个阶段大巷由上至下依次为阶段大巷一 10、阶段大巷二 11、阶段大巷三12和阶段大巷四 14 (所述阶段大巷四14具体布设在解放工作面2底部)，步骤五中对阶段大巷一 10、阶段大 巷二 11和阶段大巷三12三个阶段大巷为界分为三个阶段进行开采，具体是先对阶段大巷 一 10所在的第一阶段进行开采，之后再对阶段大巷二 11所在的第二阶段进行开采，最后对 阶段大巷三12所在的第三阶段进行开采。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种富含水矿区水解放工作面开采方法，所开采矿区包括由上至下分布的多个煤 层，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、富含水层确定及解放工作面所在煤层选择在对整个矿区进行开采之前，根据 所开采矿区的水文地质资料，确定富含水层(1)的位置；再在所确定富含水层(1)的下方选 择一个煤层作为解放工作面所在煤层，且以所述解放工作面所在煤层底部所布置的采煤工 作面作为解放工作面O)；所述解放工作面O)与富含水层(1)之间的间距应满足在解放 工作面(2)开采过程中且在解放工作面O)的工作面顶板充分垮落后，所形成的顶板裂隙 带能延伸至富含水层(1)；步骤二、解放工作面基本开采参数确定根据所开采矿区的水文地质资料中所提供的 矿井涌水量基础数据，并结合解放工作面(2)与富含水层(1)之间的间距，确定开采解放工 作面O)时的基本开采参数；所述基本开采参数包括工作面长度、工作面推进长度和工作 面回采高度，矿井涌水量基础数据中所提供的矿井涌水量越大，工作面长度越大，工作面推 进长度越长且工作面回采高度越大；步骤三、排水系统施工在开采解放工作面(2)下部建立一个对解放工作面(2)后方采 空区(7)内的水进行排出的排水系统，并使得所建立排水系统的排水管道(4)与解放工作 面( 上下部所布设的工作面顺槽相连通；步骤四、解放工作面开采及同步排水采用适宜所开采矿区的常规开采方法，且按照步 骤二中所确定的基本开采参数，对解放工作面(2)进行开采；所述解放工作面(2)开采过程 中，使得解放工作面(2)的工作面顶板充分垮落，相应使得工作面顶板充分垮落后形成的 顶板裂隙带与富含水层(1)连通，此时所述顶板裂隙带使得富含水层(1)与解放工作面(2) 后方经开采的采空区(7)之间形成多个导水通道(3)，且富含水层(1)内的水经多个所述导 水通道(3)进入所述采空区(7)内，并通过布设在解放工作面(2)上下部的工作面顺槽和 步骤三中所述的排水系统排出；步骤四中进行解放工作面开采及同步排水过程中，对富含水层(1)内的涌水量进行同 步观测和记录，并根据所记录的涌水量观测数据确定解放工作面O)的开采持续时间，直 至将富含水层(1)内的水排至不会对所开采矿区中多个煤层的开采过程造成水患威胁为 止；步骤五、所开采矿区煤层正常开采按照常规开采方法，对所开采矿区的多个煤层分别 进行开采。
2.按照权利要求1所述的富含水矿区水解放工作面开采方法，其特征在于步骤一中 所述矿区的多个煤层均为倾角α为35° 55°的大倾角煤层；相应地，步骤五中对所开采 矿区煤层正常开采时，由上至下依次对所开采矿区的多个煤层分别进行开采。
3.按照权利要求1或2所述的富含水矿区水解放工作面开采方法，其特征在于步骤 三中所述的排水系统包括与解放工作面( 上下部所布设的工作面顺槽相通的多个排水 管道G)、布设在排水管道(4)出水口处的水仓( 和布设在水仓( 上方且对水仓(5)内 的存水进行排出的排水设备(6)。
4.按照权利要求1或2所述的富含水矿区水解放工作面开采方法，其特征在于步骤 四中所述的常规开采方法为炮采或机械化开采方法。
全文摘要
本发明公开了一种富含水矿区水解放工作面开采方法，该方法包括步骤一、富含水层确定及解放工作面所在煤层选择；二、据矿井涌水量基础数据确定解放工作面的基本开采参数；三、排水系统施工；四、解放工作面开采及同步排水解放工作面开采过程中使工作面顶板充分垮落并形成顶板裂隙带，相应在采空区与富含水层间形成导水通道，富含水层内的水经导水通道、工作面顺槽和排水系统排出；排水过程中，对富含水层内的涌水量进行同步观测并相应确定解放工作面的开采持续时间直至水患问题解决；五、所开采矿区煤层正常开采。本发明设计合理、施工方便、投入成本低且使用效果好、推广前景广泛，能从源头上、根本上解决富含水矿区生产过程中的水患问题。
文档编号E21F16/00GK102061920SQ20101060393
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者伍永平, 曾佑富 申请人:西安科技大学