利用灰岩层形成煤层保护层的方法

1.本发明属于煤矿采掘技术领域，具体地，涉及利用灰岩层形成煤层保护层的方法。


背景技术：

2.开采保护层是防治煤与瓦斯突出最简单、最有效、最可靠的区域性防突措施。开采保护层后，保护层上下围岩向采空区移动，采空区上方岩体冒落并形成自然冒落拱，下方岩体向采空区膨胀并形成裂隙，被保护层中弹性潜能得以释放，岩石和被保护层的地应力降低；同时被保护层透气性系数大大增加，有利于抽采瓦斯，降低煤层瓦斯压力；此外还能改变被保护层的物理力学性质，增强煤体抗破坏能力，从而达到防止煤与瓦斯突出的目。
3.现有技术中，由于煤层本身具有煤与瓦斯突出的危险性，在保护层中进行采掘前，必须采取掘进条带预抽、回采范围网格预抽、顺层钻孔边采边抽的综合抽放方法，经预抽后，煤层瓦斯含量必须降到8.0m3/t以下或煤层瓦斯压力降到0.74mpa以下，经消突效果评估达到消突效果后，方可进行采掘作业，安全要求严格且施工成本高。另外，由于深层煤层地压较大，现有的保护层的实施方案并不适用。
4.一些煤矿的地质结构中，在煤层的上方或下方存在灰岩层，对于煤层上方50米范围内，或煤层下方100米范围内含有灰岩层的待采煤层来说，采用现有的开采保护层的技术方案并非优选的技术方案，因此，有待研发一种更简单、更有效、更可靠、施工成本更低且适用于深层煤层开采的区域性瓦斯防突措施。


技术实现要素：

5.本发明的目的是，针对煤层上方50米范围内，或煤层下方100米范围内含有灰岩层的待采煤层，提供一种更简单、更有效、更可靠、施工成本更低且适用于深层煤层开采的区域性瓦斯防突措施，即一种利用灰岩层形成煤层保护层的方法，同时，实施过程中的副产物可用于cacl2生产。
6.本发明提出的利用灰岩层形成煤层保护层的方法，包括如下步骤：
7.s1、选择待采煤层：以煤层上方50米范围内，或煤层下方100米范围内含有灰岩层的煤层为待采煤层；
8.s2、开掘连通巷道：当灰岩层处于待采煤层上方50米范围内时，经矿井竖直向下或斜向下朝灰岩层开掘连通巷道，当灰岩层处于待采煤层下方100米范围内时，经煤层采掘巷道竖直向下或斜向下朝灰岩层开掘连通巷道；
9.s3、开掘注酸巷道：经连通巷道在灰岩层内开掘交错设置的注酸巷道，用于将灰岩层切分为多个待溶的灰岩区间；
10.s4、敷设管路：沿矿井或煤层采掘巷道往注酸巷道内敷设注酸管路、排水管路和通风排气管路；
11.s5、注酸：经注酸管路向注酸巷道内注满浓度≥3％的稀盐酸，消融灰岩层中的碳酸钙；
12.s6、检测并抽排废液，同时制备cacl2：检测到酸液中稀盐酸的浓度低至1％以下时，通过排水管路抽排反应后的废液至储液池或储液容器内，并向储液池或储液容器内投加生石灰，调整废液的ph至中性，再将废液经沉淀、过滤、提纯、分离、蒸发、干燥后，制备成cacl2；
13.s7、不断重复步骤s5和s6，直到将灰岩层溶解至煤层保护层所需要的厚度。
14.优选地，步骤s3中，还包括经注酸巷道向各待溶的灰岩区间施工多个横向钻孔或斜向钻孔，以增大稀盐酸与灰岩中碳酸钙的接触面积，提高灰岩的溶解速率。
15.优选地，步骤s3中，还包括对各待溶的灰岩区间进行光面爆破，用于增加灰岩内的裂隙，增大稀盐酸与灰岩中碳酸钙的接触面积，提高灰岩的溶解速率。
16.优选地，步骤s3中，在注酸巷道内设有带远传信号的酸碱度检测仪，将酸碱度检测仪与注酸管路及排水管路的控制系统连锁，当酸碱度检测仪检测到稀盐酸的浓度低于1％时，控制系统通过注酸管路和排水管路自动置换注酸巷道内反应后的废液，使置换酸液与废液的过程操作起来更方便、更安全。
17.优选地，步骤s5中，所述稀盐酸的浓度为3％～5％，有助于控制反应的激烈程度，提高作业的安全性。
18.优选地，本发明可用于开采煤层埋深达1000米以下的深煤层，深煤层地压大，通过本发明，能实现深煤层的提前泄压，有利于煤层中的瓦斯释放，从而变现有技术中的不可开采煤层为可采煤层。
19.本发明中还包括能够使该利用灰岩层形成煤层保护层的方法有效实施的其它步骤，均采用本领域中的常规技术手段，在此不再详细描述。
20.本发明的工作原理是，针对煤层上方50米范围内，或煤层下方100米范围内含有灰岩层的待采煤层，利用稀盐酸溶解灰岩层中的碳酸钙，并通过不断置换反应后的废液，使灰岩层消融到设定的厚度，灰岩层中消融掉的空腔形成煤层保护层，用于增加煤层裂隙，使煤中的瓦斯不断释放，达到消突的目的。稀盐酸与碳酸钙反应过程中生成的co2和煤层中不断释放的瓦斯气经通风排气管路引入矿井或煤层采掘巷道的通风系统进行无害处理或回收利用，由于稀盐酸溶解碳酸钙的过程中可生成大量的cacl2，对废液进行沉淀、过滤、提纯、分离、蒸发、干燥后，即可制备成cacl2，用作干燥剂使用。
21.本发明的有益效果是：
22.(1)针对煤层上方50米范围内，或煤层下方100米范围内含有灰岩层的待采煤层，能够使煤层保护层的施工更简单、更有效、更可靠且成本更低；
23.(2)可适用于深层煤层开采，特别是埋深达1000米以下的煤层开采；
24.(3)本发明实施过程中的副产物，可用于cacl2生产。
附图说明
25.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
26.图1是实施例中本发明的工艺流程图。
27.图2是实施例中本发明的连通巷道及注酸巷道的布置结构示意图。
具体实施方式
28.下面结合本发明实施例中的附图以及具体实施例对本发明进行清楚地描述，在此处的描述仅仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
29.实施例
30.如图1和图2所示，本发明提出的利用灰岩层形成煤层保护层的方法，包括如下步骤：
31.s1、选择待采煤层1：以煤层下方100米范围内含有灰岩层的煤层为待采煤层1；待采煤层1的上方紧邻平均厚度在2.65米的砂质泥岩层一2，砂质泥岩层一2下方紧邻平均厚度在4.51米的砂质泥岩层二3，砂质泥岩层二3的下方紧邻平均厚度为3.72米的灰岩层4，所述灰岩层4的下方紧邻平均厚度为3.5米的砂质泥岩层三5；
32.s2、开掘连通巷道6：经煤层采掘巷道7竖直向下朝灰岩层4开掘连通巷道7；
33.s3、开掘注酸巷道8：经连通巷道6在灰岩层4内开掘交错设置的注酸巷道8，用于将灰岩层4切分为多个待溶的灰岩区间9；
34.s4、敷设管路：沿煤层采掘巷道7往注酸巷道8内敷设注酸管路、排水管路和通风排气管路；
35.s5、注酸：经注酸管路向注酸巷道8内注满浓度≥3％的稀盐酸，消融灰岩层4中的碳酸钙；
36.s6、检测并抽排废液，同时制备cacl2：检测到酸液中稀盐酸的浓度低至1％以下时，通过排水管路抽排反应后的废液至储液池或储液容器内，并向储液池或储液容器内投加生石灰，调整废液的ph至中性，再将废液经沉淀、过滤、提纯、分离、蒸发、干燥后，制备成cacl2；
37.s7、不断重复步骤s5和s6，直到将灰岩层4全部溶解，形成煤层保护层。
38.作为上述实施例的进一步改进，步骤s3中，还包括经注酸巷道8向各待溶的灰岩区间9施工多个横向钻孔或斜向钻孔，以增大稀盐酸与灰岩中碳酸钙的接触面积，提高灰岩的溶解速率。
39.作为上述实施例的进一步改进，步骤s3中，还包括对各待溶的灰岩区间9进行光面爆破，用于增加灰岩内的裂隙，增大稀盐酸与灰岩中碳酸钙的接触面积，提高灰岩的溶解速率。
40.作为上述实施例的进一步改进，步骤s3中，在注酸巷道8内设有带远传信号的酸碱度检测仪，将酸碱度检测仪与注酸管路及排水管路的控制系统连锁，当酸碱度检测仪检测到稀盐酸的浓度低于1％时，控制系统通过注酸管路和排水管路自动置换注酸巷道8内反应后的废液，使置换酸液与废液的过程操作起来更方便、更安全。
41.作为上述实施例的进一步改进，步骤s5中，所述稀盐酸的浓度为3％～5％，有助于控制反应的激烈程度，提高作业的安全性。
42.作为上述实施例的进一步改进，本发明可用于开采煤层埋深达1000米以下的深煤层，深煤层地压大，通过本发明，能实现深煤层的提前泄压，有利于煤层中的瓦斯释放，从而变现有技术中的不可开采煤层为可采煤层。
43.本发明的工作原理是，针对煤层上方50米范围内，或煤层下方100米范围内含有灰岩层4的待采煤层1，利用稀盐酸溶解灰岩层4中的碳酸钙，并通过不断置换反应后的废液，使灰岩层4消融完毕，灰岩层4消融后的空腔形成煤层保护层，用于增加煤层裂隙，使煤中的瓦斯不断释放，达到消突的目的。稀盐酸与碳酸钙反应过程中生成的co2和煤层中不断释放的瓦斯气经通风排气管路引入煤层采掘巷道7的通风系统进行无害处理或回收利用，由于稀盐酸溶解碳酸钙的过程中可生成大量的cacl2，对废液进行沉淀、过滤、提纯、分离、蒸发、干燥后，即可制备成cacl2，用作干燥剂使用。
44.以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。