提高块煤率的方法与流程

1.本发明涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种提高块煤率的方法。


背景技术：

2.随着开采煤炭技术的不断提升，对块煤率的要求越来越高。其中，商品煤中的块煤价格一般远远高于末煤价格，提高块煤率也是提高煤炭企业收入的有效途径。
3.在相关技术中，用于提高块煤率的手段主要有：通过改变采煤机的截割头和截齿形状、调整采煤机的滚筒转速和牵引速度以及采用单一的煤层爆破或水力压裂手段增大煤体内裂隙发育。上述提高块煤率的方式效果不明显，亟待研发高效提高块煤率的方法。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种提高块煤率的方法，该方法包括：根据高压射流切缝设备切割煤层的切缝距离，在煤层的工作面上布设多个钻位，且相邻钻位之间的预设间距与切缝距离的关系满足：
[0005][0006]
其中，
[0007]
a为预设间距，b为切缝距离，切缝距离为切缝的边缘到钻位的中心的距离；
[0008]
沿工作面的垂线方向在钻位处进行打钻，得到多个与钻位一一对应的钻孔；
[0009]
在钻孔的两个相互正交的轴向平面内利用高压射流切缝设备沿钻孔的轴向对煤层进行往返切割，得到两个相互正交的轴向切缝；
[0010]
在钻孔的径向平面内利用高压射流切缝设备对煤层进行自转切割，得到径向切缝；以及
[0011]
利用爆破物对煤层进行爆破，以扩展切缝距离，使得多个钻孔之间的径向切缝和轴向切缝相互连通。
[0012]
本发明实施例的提高块煤率的方法主要是在煤层的工作面上进行合理地布设钻位，再对煤层依次进行打钻、切缝和爆破，从而煤层中形成相互正交且相互贯通的多个切缝。需要说明的是，由于多个切缝的前端存在应集中，爆破产生的爆轰波可以沿着多个切缝扩展，使得煤层中形成相互完全连通的切缝，即，使得煤层中的煤体被分割成多个单独的块状体。该提高块煤率的方法能够有效地提高块煤率。当采煤机对煤层进行采煤作业时，如果煤层没有被切割成多个单独的块状体，煤层中的煤体内部之间存在的作用力，导致采煤机需要更大的作用力才能将煤炭切割下来，并且煤体之间的挤压会产生大量的煤粉或者煤渣。如果煤层中的煤体被分割成多个单独的块状体，当采煤机对已经被分割成多个单独的块状体进行作业时，单独的块状体之间不存在内的作用力，并且单独的块状体之间相互挤压只会产生少量的煤粉和煤渣，从而提高块煤率。
[0013]
可选地，在钻孔的两个相互正交的轴向平面内利用高压射流切缝设备沿钻孔的轴
向对煤层进行往返切割，得到两个相互正交的轴向切缝包括：
[0014]
高压射流切缝设备以匀速往返的工作状态对煤层进行往返切割。
[0015]
可选地，在钻孔的径向平面内利用高压射流切缝设备对煤层进行自转切割，得到径向切缝包括：
[0016]
利用高压射流切缝设备沿轴向依次以预设距离对煤层进行自转切割，得到多个径向切缝。
[0017]
可选地，多个径向切缝中的相邻径向切缝之间的预设距离均相同。
[0018]
可选地，多个径向切缝中的相邻径向切缝之间的预设距离为1.5～2.5m。
[0019]
可选地，在钻孔的径向平面内利用高压射流切缝设备对煤层进行自转切割，得到径向切缝包括：
[0020]
高压射流切缝设备以匀速自转的工作状态对煤层进行自转切割。
[0021]
可选地，高压射流切缝设备的射流方式为，在钻孔的径向上沿背离钻孔的中心的方向射流，且具有在同一个径向平面内相互正交的至少两个射流方向。
[0022]
可选地，高压射流切缝设备为可调节水压和可调节喷嘴直径的高压射流钻杆。
[0023]
可选地，高压射流切缝设备的切缝距离为1.5～2.5m，相邻钻位之间的预设间距为3～5m。
附图说明
[0024]
图1示意性示出了根据本发明实施例的提高块煤率的方法的流程图。
[0025]
图2示意性示出了根据本发明实施例的另一个提高块煤率的方法的流程图。
[0026]
图3示意性示出了根据本发明实施例的钻孔和切缝的示意图。
[0027]
附图标记：1-钻孔、2-轴向切缝、3-径向切缝、a-预设间距、b-切缝距离、x-未连通区域。
具体实施方式
[0028]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0029]
本发明实施例的提高块煤率的方法包括：
[0030]
根据高压射流切缝设备切割煤层的切缝距离b，在煤层的工作面上布设多个钻位，其中，相邻钻位之间的预设间距a与切缝距离b的关系满足：其中，a为预设间距，b为切缝距离，切缝距离b为切缝的边缘到钻位的中心的距离。
[0031]
沿工作面的垂线方向在钻位处进行打钻，得到多个与钻位一一对应的钻孔1。在钻孔1的两个相互正交的轴向平面内利用高压射流切缝设备沿钻孔1的轴向对煤层进行往返切割，得到两个相互正交的轴向切缝3。
[0032]
在钻孔的径向平面内利用高压射流切缝设备对煤层进行自转切割，得到径向切缝2。
[0033]
利用爆破物对煤层进行爆破，以扩展切缝距离b，使得多个钻孔1之间的径向切缝2和轴向切缝3相互连通。
[0034]
本发明实施例的提高块煤率的方法主要是在煤层的工作面上进行布设钻位，再对
煤层依次进行打钻、切缝和爆破，以在煤层中形成相互正交且相互完全连通的多个切缝。另外，由于多个切缝的前端存在应集中，爆破产生的爆轰波可以沿着多个切缝扩展，使得煤层中切缝的相互完全连通，即，使得煤层中的煤体被分割成多个单独的块状体。当采煤机对煤层进行采煤作业时，如果煤层没有被切割成多个单独的块状体，煤层中的煤体内部之间存在的作用力，导致采煤机需要更大的作用力才能将煤炭切割下来，并且煤体之间的挤压会产生大量的煤粉或者煤渣。如果煤层中的煤体被分割成多个单独的块状体，当采煤机对已经被分割成多个单独的块状体进行作业时，单独的块状体之间不存在内的作用力，并且单独的块状体之间相互挤压只会产生少量的煤粉和煤渣，从而提高块煤率。
[0035]
需要说明的是，在本发明中，煤层的工作面是指两顺槽的回采帮，并非液压支架的支撑工作面和采煤机的工作面。其中，在本发明的实施例中，煤层的工作面与液压支架的支撑工作面和采煤机的采煤工作面不是一个平面。此外，如图3所示，附图3表示本发明的实施例中煤层的工作面，其中，沿工作面的垂线方向是指该方向垂直于图3的方向，并且该垂线方向是垂直于工作面；两个相互正交的轴向平面是指该轴向平面垂直于工作面，并且该轴向平面包括钻孔1的轴线；钻孔1的径向平面是指该径向平面平行于工作面。
[0036]
如图1所示，该方法包括步骤s110-步骤s150。
[0037]
在步骤s110中，根据高压射流切缝设备切割煤层的切缝距离b，在煤层的工作面上布设多个钻位，其中，相邻钻位之间的预设间距a与切缝距离b的关系满足：
[0038][0039]
其中，a为预设间距，b为切缝距离，切缝距离a为切缝的边缘到钻位的中心的距离。
[0040]
具体地，当高压射流切缝设备切割煤层的切缝距离b确定时，可以在煤层的工作面上布设多个钻位。也就是说，钻位的布设情况是根据切缝距离b来确定的，如果两个钻位之间的预设间距a小于倍的切缝距离b时，高压射流切缝设备可以使得钻位之间的切缝直接相互连通，从而使得煤层形成多个单独的块状体。但是，钻位之间的预设间距a越小，在相同的煤层工作面上布设的钻位越多，从而导致后续打孔的工作量越大，以及后续的高压射流切缝设备切割的工作量越大。在本发明中，相邻钻位之间的预设间距a与切缝距离b为：主要是为了增大钻位之间的预设间距a，预设间距a越大，在相同的煤层工作面上布设的钻位越少，使得后续的打孔和切缝的工作量就越少，进而不仅提高了块煤率，还增加了工作效率。
[0041]
综上，在布设钻位时，限定相邻钻位之间的预设间距a与切缝距离b关系，不仅可以保证块煤率的同时，而且可以减少钻孔1和切缝的工作量。
[0042]
需要说明的是，在附图3所示，高压射流切缝设备在钻孔1的径向不断喷射水切刀对不断的对煤体进行切割，其中，从钻孔1的中心到水切刀能够切到煤体最远的距离就是切缝距离b。
[0043]
在一些实施例中，钻位的布设主要是根据煤体的物理参数来确定的。
[0044]
具体地，钻位之间的预设间距a与煤体硬度呈负相关，即，煤体硬度越大，钻孔间距布置越小。在其他因素不影响钻位布设的情况下，煤体的硬度越大，高压射流切缝设备切割煤层的切缝距离b越小。其中，高压射流切缝设备的切缝距离b为1.5～2.5m，相邻钻位之间的预设间距a为3～5m。
[0045]
在一些实施例中，高压射流切缝设备的射流方式为，在钻孔1的径向上沿背离钻孔1的中心的方向射流，且具有在同一个径向平面内相互正交的至少两个射流方向。
[0046]
具体地，高压射流切缝设备的射流方向是沿钻孔1的径向进行切缝的。也就是说，当高压射流切缝设备在切割煤层的过程中，高压射流切缝设备可以在钻孔1的径向形成水切刀，然后对煤层进行切割。另外，高压射流切缝设备可以形成至少两个水切刀，以提高高压射流切缝设备在煤层中切缝的工作效率。其中，高压射流切缝设备的射流方向可以根据切缝的需求进行选择。例如，如图3所示，在煤层中部的钻孔1，钻孔1都是与其他四个钻孔1相邻(即，需要四个切缝)，为了提高高压射流切缝设备的切缝工作效率，高压射流切缝设备可以同时在四个方向上通过水切刀对煤层进行切割。此外，在煤层边缘的钻孔1，有的钻孔1与其他三个钻孔1相邻，有的钻孔1与其他两个钻孔1相邻，高压射流切缝设备可以同时在三个方向或两个方向上通过水切刀对煤层进行切割，以提高高压射流切缝设备的切缝工作效率。
[0047]
在一些实施例中，高压射流切缝设备为可调节水压和可调节喷嘴直径的高压射流钻杆。
[0048]
具体地，当高压射流钻杆的水压确定时，即，高压射流钻杆形成的水切刀是确定的，进而可以确定煤层中的切缝距离b。对此，高压射流钻杆的水压可以间接改变煤层中的切缝距离b。此外，高压射流钻杆喷射的水切刀直径与喷嘴的直径是相关联的，即，喷嘴的直径越大，切缝在煤层中的宽度越大。
[0049]
在一些实施例中，确定高压射流切缝设备切割煤层的切缝距离b主要是根据现场的实验手段进行测试的。
[0050]
例如，通过在顺槽帮部的煤体中进行射流试验，观测射流孔的直径分别为1mm、2mm、3mm、4mm时、射流时间分别为30min和60min时的切缝距离b，从而确定压射流切缝设备切割煤层的切缝距离b与射流孔直径和射流时间的关系。
[0051]
如图1所示，在步骤s120中，沿工作面的垂线方向在钻位处进行打钻，得到多个与钻位一一对应的钻孔1。
[0052]
具体地，在已经布置好钻位的工作面上，沿工作面的垂线方向在煤层上进行打钻，该打钻的方向有利于工人安装辅助打钻的辅助设备。另外，如果不是沿着工作面的垂线方向对煤层进行打钻，当打钻的深度越大时，对打钻设备的性能要求越高，从而使得打钻的成本越高。由此，沿着工作面的垂线方向在煤层上进行打钻，可以有效的降低打钻成本。
[0053]
如图1所示，在步骤s130中，在钻孔1的两个相互正交的轴向平面内利用高压射流切缝设备沿钻孔的轴向对煤层进行往返切割，得到两个相互正交的轴向切缝3。
[0054]
具体地，高压射流切缝设备喷射的水切刀在钻孔1的两个相互正交的轴向平面内对煤层进行切割。需要说明的是，高压射流切缝的水切刀是朝向钻孔1的径向喷射，当水切刀沿钻孔1的轴向移动时，水切刀能够在钻孔1的轴面内切割得到轴向切缝3。需要注意的是，在同一个钻孔1的轴向平面内，水切刀需要通过对煤层进行多次切割，才能在煤层中的切缝达到设定的切缝距离b。也就是说，水切刀第一次对煤层进行切割时，煤层中形成切缝的实际距离并没有达到设定的切缝距离b。由此，水切刀需要在煤层中进行往返切割，才能使得煤层中的切缝达到设定的切缝距离b。另外，水切刀在煤层中进行往返切割还有助于清理切缝中的煤渣和杂物等。
[0055]
如图2所示，在步骤s231中，在钻孔1的两个相互正交的轴向平面内利用高压射流切缝设备沿钻孔1的轴向对煤层进行往返切割，得到两个相互正交的轴向切缝包括：高压射流切缝设备以匀速往返的工作状态对煤层进行往返切割。
[0056]
具体地，在打钻的过程中要匀速给进，能够保证在不同位置的切缝距离相同，有利于后期通过爆破对切缝进行均匀扩展，从而达到人为控制裂隙深度的目的。
[0057]
如图1所示，在步骤s140中，在钻孔1的径向平面内利用高压射流切缝设备对煤层进行自转切割，得到径向切缝2。
[0058]
具体地，高压射流切缝设备喷射的水切刀在钻孔1的径向平面内对煤层进行切割。需要说明的是，高压射流切缝的水切刀是朝向钻孔1的径向喷射，当高压射流切缝设备在钻孔1中进行自转时，水切刀相当于一个自转的圆形切刀，在钻孔1的径向平面内不断地对煤层进行切割，得到径向切缝2。需要注意的是，在钻孔1的径向平面内，水切刀是通过对煤层进行多次切割，才能在煤层达到设定的切缝距离b。也就是说，水切刀第一次对煤层进行切割时，煤层中形成切缝的实际距离并没有达到设定的切缝距离b。由此，高压射流切缝设备在煤层中要自转多次以对煤层进行切割，才能使得煤层中的切缝达到设定的切缝距离b。其中，水切刀在煤层中进行自转多次切割还有助于清理切缝中的煤渣和杂物等。
[0059]
如图1所示，在步骤s241a中，在钻孔1的径向平面内利用高压射流切缝设备对煤层进行自转切割，得到径向切缝2包括：利用高压射流切缝设备沿轴向依次以预设距离对煤层进行自转切割，得到多个径向切缝2。
[0060]
具体地，在垂直于工作面的方向上，每个煤矿中的煤层厚度是不同的，另外，在同一个煤矿中的煤层厚度也可能是不同的，即使位于在同一个工作面的煤层厚度也是不同的。也就是说，有的煤层厚度小，在一个钻孔1中只需要在煤层中切割一个径向切缝2。有的煤层厚度大，在一个钻孔1中需要在煤层中切割多个径向切缝。
[0061]
需要说明的是，如果煤层中只有一个径向切缝，预设距离可以理解为煤层的工作面到径向切缝的距离。如果煤层中有多个径向切缝，预设距离即是煤层的工作面到与其相邻的径向切缝之间的距离，又是相邻径向切缝之间的距离。其中，每相邻径向切缝预设距离之间的距离可以是不相同的。
[0062]
在一些实施例中，多个径向切缝中的相邻径向切缝之间的预设距离均相同。
[0063]
具体地，大多数煤层中的煤体都是均匀的，并且其各个物理性质相差不大，对此，在煤层中以相同预设距离形成径向切缝，从而使得煤层中的煤体被分割成大小相同的多个单独的块状体。其中，多个径向切缝中的相邻径向切缝之间的预设距离为1.5～2.5m。
[0064]
如图2所示，在步骤s242b中，在钻孔1的径向平面内利用高压射流切缝设备对煤层进行自转切割，得到径向切缝2包括：高压射流切缝设备以匀速自转的工作状态对煤层进行自转切割3。
[0065]
具体地，在高压射流切缝设备以匀速自转的工作状态对煤层进行自转切割3时，可以保证径向切缝2的形状呈圆形，有利于后期通过爆破对切缝进行均匀扩展，从而达到人为控制裂隙深度的目的。
[0066]
如图1所示，在步骤s150中，利用爆破物对煤层进行爆破，以扩展切缝距离，使得多个钻孔之间的径向切缝和轴向切缝相互连通。
[0067]
具体地，如图3所示，当钻位之间的预设间距a大于倍的切缝距离b时，在四个钻
位之间存在未连通区域x，即，这四个钻位之间的相互没有连通。利用爆破物对煤层进行爆破，爆破产生的爆轰波可以沿着多个切缝扩展，使得煤层中切缝的相互完全连通。
[0068]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0069]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0070]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0071]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0072]
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0073]
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。