CN102518464B - 一种煤矿回采工作面上隅角瓦斯抽放方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿回采工作面上隅角瓦斯抽放方法，包括以下步骤：A、预先确定抽采范围和钻场间距；B、按照所述的钻场间距，设置钻场；C、从每个钻场顶部向采空区方向倾斜向上钻一主钻孔，该主钻孔从冒落带到达裂隙带；D、在裂隙带，从每个主钻孔向采空区方向倾斜向上钻多个分支钻孔，每个主钻孔的多个分支钻孔呈扇面状排布于所述抽采范围内；E、将各个分支钻孔与用于抽放瓦斯的抽放管路相连接。应用本发明方法，当采煤工作面推进到孔底位置时，由于煤层顶板的自动冒落，本煤层瓦斯向上移动，邻近煤层受到采动影响而卸压，卸压瓦斯向开采层移动，由于钻孔抽放负压的影响，改变了瓦斯移动方向，使瓦斯被抽放进入抽放管路，从而减小了向上隅角涌出的瓦斯量。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿采煤技术领域，特别涉及一种煤矿回采工作面上隅角瓦斯抽放方法。
背景技术
目前，在煤矿回采过程中的采空区是在采煤工作面的后方，工作面回采工程中始终存在并且随着采面的推进，范围逐渐增加的采空区。采空区瓦斯的涌出，在矿井瓦斯来源中占有相当大的比例。这是由于在瓦斯矿井采煤时，尤其是开采煤层群和厚煤层条件下，邻近煤层、未采分层、围岩、煤柱和工作面丢煤中的瓦斯都会向采空区涌出，致使采空区积存了大量高浓度瓦斯。
由于采空区是和通风网路连通的，来源于上述各个方面的瓦斯涌向采空区后，又涌向工作面并经回风巷排出，当采空区积存和涌出瓦斯较大时，将使工作面上隅角经常处于超限状态，有时还可能由于顶板的冒落而引起采空区瓦斯的突然大量涌出，对生产构成很大的威胁。
就这种情况，现有技术采取了以下几种方法来抽放瓦斯：
1）设置风障引导风流法。当采煤工作面上隅角瓦斯浓度不太大的情况下，在工作面上隅角附近设置风障或木板隔离，迫使一部分风流经过上隅角，将积聚的瓦斯排出。
这种方式仅适用于上隅角瓦斯涌出量不超过2m3/min、工作面风量大于200m3/min、风障最大长度不超过20m的条件；且在工作面布置风障降低了作业环境的安全程度，增加了采区内通风阻力，采空区漏风会有所加剧。
2）风机排除法。风机排除法按其动力源的不同可分为水力通风机、电动局部通风机和引射器等，但其原理和布置方法是相同的，风筒进风口设在上隅角瓦斯积聚点，把积聚的瓦斯冲谈、带走。
这种方法的缺点是都需要配置有设备，占据了一定的采掘空间，影响作业环境和条件，尤其是局部通风机，虽然已具有较高的防爆性能和抗冲击、摩擦火花等性能，但由于井下特别是采煤工作面作业条件恶劣，日常管理和维护需要特别注意，同时，他们都需要一定的动力作条件，因此是不经济的。
3）上隅角埋管抽放瓦斯法。该方法是把带孔眼的管子在顶板冒落前直接插入采空区进行抽放。一般情况下，插入管子的直径为75-100mm，处在采空区内一端长2-3m的管子，管壁穿有小孔并有纱网包好，防止抽放中发生堵塞现象；该管位于煤层顶部，以便处于瓦斯浓度较高的地点，提高抽放效果。
这种瓦斯抽放方法抽放率较低，抽出的浓度通常只有10-25%。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤矿回采工作面上隅角瓦斯抽放方法，以提高瓦斯抽放效率。
本发明提供的这种煤矿回采工作面上隅角瓦斯抽放方法，包括以下步骤：A、预先确定抽采范围和钻场间距；B、按照所述的钻场间距，设置钻场；C、从每个钻场顶部向采空区方向倾斜向上钻一主钻孔，该主钻孔从冒落带到达裂隙带；D、在裂隙带，从每个主钻孔向采空区方向倾斜向上钻多个分支钻孔，每个主钻孔的多个分支钻孔呈扇面状排布于所述抽采范围内；E、将各个分支钻孔与用于抽放瓦斯的抽放管路相连接。
较佳地，所述预先确定的抽采范围包括：A1、根据采煤工作面煤层顶板岩性情况及“上三带”的分别规律，确定出裂隙带范围。A2、根据采动裂隙的“O”形圈理论及煤层顶板跨落角参数计算出倾向上的抽采范围。
所述预先确定钻场间距为：预先根据钻采设备的性能、抽放条件及“上三带”的分布规律进行确定。
较佳地，所述钻采设备的性能为：钻采设备的最长钻孔长度。
较佳地，所述钻采设备的最长钻孔长度为1000米；所述主钻孔长度与分支钻孔的长度之和为1000米；所述主钻孔长度为30-50米；所述钻场间距为950-970米。
较佳地，所述步骤B中，将各个钻场等距离设置在煤层中，紧贴回风巷道的位置。
较佳地，所述主钻孔与水平面的夹角为20度-30度。
较佳地，所述每个钻场的多个分支钻孔在裂隙带内先倾斜向上，再弯折为水平方向；且每个钻场的多个分支钻孔在公共段相互连通。
较佳地，所述多个分支钻孔倾斜向上的角度和长度根据钻场间距、裂隙带层位及煤层倾角计算。
较佳地，所述多个分支钻孔终孔之间的距离为5-10米；多个分支钻孔倾斜向上角度相同为1-2度；多个分支孔的长度相同为950米-970米。
较佳地，所述步骤E为：从抽放泵站或抽放主管上引出一条抽放管路，将各个分支钻孔利用埋线管与该抽放管路相连接。
由上述的技术方案可见，本发明的这种煤矿回采工作面上隅角瓦斯抽放方法，从每个钻场顶部向采空区方向倾斜向上钻一主钻孔，该主钻孔从冒落带到达裂隙带；在裂隙带，从每个主钻孔向采空区方向倾斜向上钻多个分支钻孔，多个分支钻孔呈扇面状排布于所述抽采范围内；并将各个分支钻孔与用于抽放瓦斯的抽放管路相连接。当采煤工作面推进到孔底位置时，由于煤层顶板的自动冒落，本煤层瓦斯向上移动，邻近煤层受到采动影响而卸压，卸压瓦斯向开采层移动，由于钻孔抽放负压的影响，改变了瓦斯移动方向，使瓦斯被抽放进入抽放管路，从而减小了向上隅角涌出的瓦斯量。
附图说明
图1为本发明煤矿回采工作面上隅角瓦斯抽放方法一较佳实施例的实施过程图；
图2为采用本发明瓦斯抽放方法后煤矿结构正面示意图；
图3为采用本发明瓦斯抽放方法后煤矿结构俯视示意图。
具体实施方式
以下参照附图并举具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明的这种煤矿回采工作面上隅角瓦斯抽放方法的具体实施过程如图1所示，包括如下步骤：
步骤101、根据采煤工作面煤层顶板岩性情况，以及“上三带”的分布规律，确定出裂隙带范围。
本步骤中“上三带”就是通常指的从下至上的“冒落带”、“裂隙带”和“弯曲下沉带”。
步骤102、根据采动裂隙的“O”形圈理论，以及煤层顶板跨落角等参数计算出倾向上的抽采范围。
上述步骤101中确定裂隙带范围的方法和步骤102中技术抽采范围的方法都属于现有技术，这里不再赘述。
步骤103、设计钻孔的位置，确定钻场间距。
本实施例中，钻孔应从钻场顶部的终孔层位落在裂隙带内，倾向上布置在抽采范围内。
本实施中钻场的钻孔终孔应全部控制在裂隙带内，不应进入弯曲下沉带，这是由于弯曲下沉带内由于透气性较小，且瓦斯不易积聚到该层位，所以钻孔终孔位置布置在裂隙带内。另外，由于顶板充填采空区垮落的缘故，处于冒落带内的钻孔也属于无效钻孔，当采煤工作面推进到一定距离后将自动报废。
钻场间距应根据钻采设备的性能、抽放条件、“上三带”的分布因素综合考虑确定。
这种确定方式属于现有技术，其中抽放条件指指开采技术条件，如工作面斜长，工作面推采长度，工作面顺槽巷道是否便于打钻施工等，工作面顺槽顶板是否破碎等。如工作面很大，工作面推采长度达6000米，钻场间距如仅为100m左右，则钻场太多，无效的叠加段多，工程量大，管理复杂。如工作面推采长度为1500m，又采用千米钻机施工，可布置两个钻场，钻场间距为750m，以减少施工技术难度，较易保证分支孔全部位于裂隙带内等。
步骤104、设置钻场。
本实施例中的各个钻场是等距离设置在煤层中，紧贴回风巷道的位置。
步骤105、从每个钻场顶部向采空区方向倾斜向上钻一主钻孔，该主钻孔从冒落带到达裂隙带。
步骤106、在裂隙带，从每个主钻孔向采空区方向倾斜向上钻多个分支钻孔，每个主钻孔的多个分支钻孔呈扇面状排布于所述抽采范围内。
本实施例中，多个分支钻孔倾斜向上部分的角度和长度是根据钻场间距、裂隙带层位及煤层倾角，采用现有技术的算法计算得出的。
步骤107、将各个分支钻孔与用于抽放瓦斯的抽放管路相连接。
本实施例中，就是从抽放泵站或抽放主管上引出一条抽放管路，将各个分支钻孔利用埋线管与该抽放管路相连接。
以下参照图2、图3对本发明实施例中钻场、主钻孔和分支钻孔的位置关系进行进一步详细说明。
本实施例中，利用ZDY—6000LD（A）型千米定向钻机施工钻孔，该钻采设备能够实现钻孔内分支，且能够钻1000米长的钻孔。
参见图2、图3，本实施例中采空区16两侧分别连接有回风巷道17和进风巷道18。本实施例中的各个钻场3、4、5是等距离设置在煤层15中，紧贴回风巷道17的位置。
如图2、图3所示，本实施例中的钻场3、4、5的主钻孔都是从钻场3、4、5的顶部侧边，向采空区16方向倾斜向上，且主钻孔从冒落带1到达了裂隙带2。
钻场3、4、5的主钻孔长度为30米-50米，位于冒落带1中，其端点到达裂隙带2。主钻孔与水平面的夹角为20度-30度。
本实施例中，每个钻场3、4、5具有3个分支钻孔，3个分支钻孔在裂隙带内先倾斜向上，再向采空区16弯折为水平方向。
具体地，钻场3的3个分支钻孔6、7、8倾斜向上部分的角度相同为1-2度左右，一般1度即可，分支孔的长度相同为950米-970米。本实施例中3个分支钻孔终孔之间的距离为5-10米。
分支孔为抽放孔，用于抽放裂隙带瓦斯，工作面回采期间分支孔末端始终处于工作面的上方裂隙带内，随工作面后退回采分支孔逐渐缩短，减小部分由于进入工作面后方采空区而报废。
由于裂隙带不同高度处瓦斯抽放效果受工作面地质条件及开采技术因素等影响，分支孔的绝大部分应处于裂隙带最优抽放瓦斯层位，目前不同矿井的工作面采用现场试验的方法确定抽放支管所在岩层层位及最优参数，所以不同矿井角度也不相同。由于钻孔公共段末端已进入裂隙带，分支孔后向上的角度很小，千米长钻孔一般在1度左右，以保证钻孔末端仍位于裂隙带内。
钻场4的3个分支钻孔9、10、11倾斜向上部分的角度、长度以及3个分支钻孔终孔之间的距离都与分支钻孔6、7、8相同，这里不再重复。
如图2、图3所示，本实施例中，由于主钻孔的长度约30-50米(此距离主要由上三带的高度确定)左右，位于冒落带内，属于不可抽采段，所以钻场4的主钻孔与分支孔钻孔6、7、8终孔段需上下重叠30-50米，也就是下一钻场的分支孔抽取主钻孔所在区域裂隙带瓦斯。由于本方法中钻孔越长效率越高，重叠段无效钻孔也越低。如钻孔总长度（主钻孔的长度与其分支钻孔长度之和）为1000m，这样钻场4与钻场3相距为950米-970米，同理钻场5与钻场4也相距950-970米。
钻场5的分支钻孔12、13、14与钻场4的情况相同，这里不再重复。
这样，当采煤工作面推进到孔底位置时，由于煤层顶板的自动冒落，本煤层瓦斯向上移动，邻近煤层受到采动影响而卸压，卸压瓦斯向开采层移动，由于钻孔抽放负压的影响，改变了瓦斯移动方向，使瓦斯被抽放进入抽放管路，从而减小了向上隅角涌出的瓦斯量。
由上述的实施例可见，本发明的上隅角瓦斯抽放方法具有如下优点：
1、因为顶板瓦斯抽放钻孔布置在煤层顶板裂隙带内，采空区煤层顶板自动跨落后，瓦斯自动向上移动，上邻近层受本煤层采动影响，瓦斯向下移动，所以采用本发明技术方案抽放效果较好，能使回采面上隅角瓦斯浓度降低0.5%左右，使原先工作面推进循环数由3～4刀增加到现在的10～12刀，极大地提高了工作效率。
2、由于可以应用ZDY—6000LD（A）型千米定向钻机，实现了打长钻孔的需要，钻孔长度可达1000m，增加了钻场的间距，减少了钻场的个数。同时，ZDY—6000LD（A）型千米钻机可实现孔内分枝，减少了挪动钻机重新调整角度的次数，进一步提高了工作效率。
3、促进了高产高效回采工作面的建设，具有较大的经济效益和社会效益。
Claims (10)
1.一种煤矿回采工作面上隅角瓦斯抽放方法，其特征在于，包括以下步骤
A、预先确定抽采范围和钻场间距；
B、按照所述的钻场间距，设置钻场；
C、从每个钻场顶部向采空区方向倾斜向上钻一主钻孔，该主钻孔从冒落带到达裂隙带；
D、在裂隙带，从每个主钻孔向采空区方向倾斜向上钻多个分支钻孔，每个主钻孔的多个分支钻孔呈扇面状排布于所述抽采范围内；
E、将各个分支钻孔与用于抽放瓦斯的抽放管路相连接。
2.如权利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特征在于，所述预先确定的抽采范围包括：
A1、根据采煤工作面煤层顶板岩性情况及“上三带”的分别规律，确定出裂隙带范围；
A2、根据采动裂隙的“O”形圈理论及煤层顶板跨落角参数计算出倾向上的抽采范围；
所述预先确定钻场间距为：预先根据钻采设备的性能、抽放条件及“上三带”的分布规律进行确定。
3.如权利要求2所述的瓦斯抽放方法，其特征在于，所述钻采设备的性能为：钻采设备的最长钻孔长度。
4.如权利要求3所述的瓦斯抽放方法，其特征在于：所述钻采设备的最长钻孔长度为1000米；所述主钻孔长度与分支钻孔的长度之和为1000米；所述主钻孔长度为30-50米；所述钻场间距为950-970米。
5.如权利要求4所述的瓦斯抽放方法，其特征在于：所述步骤B中，将各个钻场等距离设置在煤层中，紧贴回风巷道的位置。
6.如权利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特征在于：所述主钻孔与水平面的夹角为20度-30度。
7.如权利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特征在于：所述每个钻场的多个分支钻孔在裂隙带内先倾斜向上，再弯折为水平方向；且每个钻场的多个分支钻孔相互连通。
8.如权利要求7所述的瓦斯抽放方法，其特征在于：所述多个分支钻孔倾斜向上的角度和长度根据钻场间距、裂隙带层位及煤层倾角计算。
9.如权利要求8所述的瓦斯抽放方法，其特征在于：所述多个分支钻孔终孔之间的距离为5-10米；
多个分支钻孔倾斜向上角度相同为1-2度；多个分支孔的长度相同为950米-970米。
10.如权利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特征在于，所述步骤E为：从抽放泵站或抽放主管上引出一条抽放管路，将各个分支钻孔利用埋线管与该抽放管路相连接。
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| CN102031950A (zh) * | 2010-12-06 | 2011-04-27 | 煤炭科学研究总院西安研究院 | 煤层顶板梳状瓦斯抽采钻孔的成孔工艺方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 汪东生.覆岩层采动裂隙动态分布规律.《近距离煤层群保护层开采瓦斯立体抽采防突机理与实验研究》.2010, * |
| 黄喜贵.临近煤层瓦斯抽放.《瓦斯抽放工》.2003, * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN102518464A (zh) | 2012-06-27 |
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