CN105422097A - 煤层群的开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层群的开采方法。该方法包括在煤层群的多个煤层中确定关键保护层，与关键保护层相邻且位于关键保护层上方的煤层为上相邻煤层、与关键保护层相邻且位于关键保护层下方的煤层为下相邻煤层；根据一面四巷方法为关键保护层设置开采巷道；在煤层群中形成第一岩层巷道和第二岩层巷道，第一岩层巷道位于上相邻煤层的上方的顶板或底板中，第二岩层巷道位于下相邻煤层的下方的顶板或底板中；通过开采巷道、第一岩层巷道和第二岩层巷道抽采煤层群中的瓦斯，并开采关键保护层。本发明解决了采用现有的关键保护层开采方法对煤层群进行开采时，容易产生关键保护层采空区瓦斯超限的问题。

Description

煤层群的开采方法

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯防治技术，尤其涉及一种煤层群的开采方法。

背景技术

瓦斯是严重威胁煤矿生产安全的主要因素之一，因此，煤矿开采前和开采期间的瓦斯治理工作是保证煤矿安全生产的重中之重。

我国煤层赋存地质条件复杂，煤层透气性差，多个距离比较近的低透气性煤层一起形成低透气性近距离煤层群。对于这种煤层群的开采，通常先选择无瓦斯突出危险或者瓦斯突出危险程度较小的煤层作为关键保护层，其余的煤层作为被保护层，先对该关键保护层进行开采。关键保护层开采之后，地压减少，弹性势能得以缓慢释放，被保护层会发生膨胀变形，形成裂隙与孔道，被保护层的透气性增加，使得被保护层瓦斯涌出，进而使得煤的强度有所增加。

但由于受煤层群赋存条件限制，在开采过程中，在受到采动影响后，上下邻近煤层群将在短时间内向采空区涌出大量卸压瓦斯，在一定条件下将会产生煤与瓦斯突出、超限，给煤矿安全生产造成威胁。因此，如何安全地对煤层群进行开采成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种煤层群的开采方法，解决了采用现有的关键保护层开采方法对煤层群进行开采时，容易产生关键保护层采空区瓦斯超限的问题。

本发明实施例提供一种煤层群的开采方法，包括：

在所述煤层群的多个煤层中确定关键保护层，与所述关键保护层相邻且位于所述关键保护层上方的煤层为上相邻煤层、与所述关键保护层相邻且位于所述关键保护层下方的煤层为下相邻煤层；

根据一面四巷方法为所述关键保护层设置开采巷道；

在所述煤层群中形成第一岩层巷道和第二岩层巷道，所述第一岩层巷道位于所述上相邻煤层的上方的顶板或底板中，所述第二岩层巷道位于所述下相邻煤层的下方的顶板或底板中；

通过所述开采巷道、所述第一岩层巷道和所述第二岩层巷道抽采所述煤层群中的瓦斯，并开采所述关键保护层。

本发明提供的煤层群的开采方法中，在一面四巷方法的基础上提出了一面六巷的方法，即在形成开采巷道之外又形成了第一岩层巷道和第二岩层巷道，通过在关键保护层开采前和开采时，对所有的巷道一起抽采，使得上、下相邻煤层的瓦斯压力、瓦斯含量大大降低，从而保证关键保护层采空区瓦斯浓度在安全范围内，进而有效地避免了瓦斯超限问题的产生。

附图说明

图1为本发明实施一提供的煤层群开采方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的一种煤层群的局部剖视图；

图3为本发明实施例二提供的煤层群开采方法的流程图；

图4为本发明实施例二提供的一种煤层群的局部剖视图；

图5为本发明实施例三提供的煤层群开采方法的流程图；

图6为本发明实施例三提供的形成有多个穿层钻孔的巷道示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

图1为本发明实施一提供的煤层群开采方法的流程图。图2为本发明实施例一提供的一种煤层群的局部剖视图。

如图1和图2所示，本实施例提供的煤层群开采方法包括如下步骤。

步骤101、在煤层群的多个煤层中确定关键保护层，与关键保护层相邻且位于关键保护层上方的煤层为上相邻煤层、与关键保护层相邻且位于关键保护层下方的煤层为下相邻煤层。

具体地，本实施例的煤层群即低透气性近距离煤层群，包括多个低透气性煤层(A1～A6)，对该煤层群进行开采前需要采用专业的测量仪器对每一煤层的瓦斯压力、瓦斯含量、透气性等参数进行测量，选择瓦斯突出危险性最小的一层作为关键保护层(假设是A3层)，首先被开采，其它煤层作为被保护层。紧邻关键保护层A3的上方岩层通常称为顶板，紧邻关键保护层A3的下方岩层通常称为底板。

此外，还需对关键保护层A3及与其相邻的上方被保护层A2的距离进行实测，计算出不破坏上方煤层的最小距离H，这个距离指关键保护层与上方相邻煤层之间的最小距离(当煤层倾角α<60°时，H＝KMcosα；当煤层倾角α≥60°时，H＝KMsin(α/2)；其中：H的单位为m；M表示关键保护层的开采厚度，单位是m；α表示煤层倾角，单位为度；K表示顶板管理系数，冒落法管理顶板时，K取10，充填法管理顶板时，K取6)。

当关键保护层A3与上方相邻煤层之间的距离小于这个最小距离H时，关键保护层A3回采就会破坏上方相邻煤层，被破坏的煤层无法进行开采，由此造成的损失无法估量，因此如果关键保护层及与其相邻的被保护层之间的距离太小，破坏被保护层，则需要在剩余的煤层中重新选择关键保护层，选择的原则依然是在剩余煤层中瓦斯突出危险性最小、且满足与上、下相邻煤层间的距离大于最小距离H的要求。

在确定好关键保护层(假设是A3层)后，为了下面描述方便，把与关键保护层A3相邻且位于关键保护层A3上方的煤层称为上相邻煤层A2，把与关键保护层A3相邻且位于关键保护层A3下方的煤层称为下相邻煤层A4，本实施例中描述的煤层群包括关键保护层A3、上相邻煤层A2和下相邻煤层A4。当然，本实施例中的煤层群还包括上相邻煤层A2上方的各煤层，以及下相邻煤层A4下方的各煤层。

步骤102、根据一面四巷方法为关键保护层设置开采巷道。

具体地，一面四巷方法是开采煤层常用的方法，一面指的是煤层工作面，四巷指的是围绕工作面C1，沿煤层掘进方向上延伸的四个巷道(D1～D4)。四个巷道中有的形成在煤层里，有的形成在岩层里。每个巷道有不同的功能，如运输功能、通风功能等，根据不同的需要选定巷道的形成位置，指定巷道的功能。该步骤的一面四巷设置开采巷道的方法属于现有技术，在此不再赘述。

步骤103、在煤层群中形成第一岩层巷道和第二岩层巷道，第一岩层巷道位于上相邻煤层的上方的顶板或底板中，第二岩层巷道位于下相邻煤层的下方的顶板或底板中。

具体地，如上所述，煤层上方相邻的岩层称为顶板，煤层下方相邻的岩层称为底板。顶板和底板是相对于单个煤层定义的，对于上、下两个相邻煤层，上煤层的底板和下煤层的顶板是同一个岩层，可以称为顶板也可以称为底板。上面描述的上相邻煤层A2的上方的顶板或底板，实际表示上相邻煤层A2上方的各个岩层(B1，B2)，有的岩层是顶板，有的岩层是底板，有的岩层既是顶板也是底板。第一岩层巷道D5的形成位置是从这些岩层中根据经验选择的，当然，选择位置是也需要考虑上述的最小距离H，如果与选择位置相邻的上、下两个煤层间的距离太小，回采下煤层时会使上层的煤层受损，就需要选择其它位置。同样的，在下相邻煤层A4下方的各岩层(B3～B5)中选择一层，在其中形成第二岩层巷道D6。

步骤104、通过开采巷道、第一岩层巷道和第二岩层巷道抽采煤层群中的瓦斯，并开采关键保护层。

具体地，关键保护层A3开采之前，由于每个煤层都富含瓦斯，为了保证开采的安全性，需要进行瓦斯预抽采；在开采期间，关键保护层A3透气性增加，不断有瓦斯涌出，上、下相邻的煤层卸压，透气性增加，会有卸压瓦斯向关键保护层A3流动，并从关键保护层A3涌出，因此需要进行瓦斯抽采。

通过利于分布于关键保护层A3附近的开采巷道对本煤层和上下邻近煤层的瓦斯进行抽采，同时利用分布于上相邻煤层A2上方的第一岩层巷道D5对上相邻煤层A2上方各煤层的瓦斯进行抽采，利于分布于下相邻煤层A4下方的第二岩层巷道D6对下相邻煤层A4下方各煤层的瓦斯进行抽采，可以使上、下相邻煤层的瓦斯压力、瓦斯含量大大降低，从而保证关键保护层采空区瓦斯浓度在安全范围内。

本实施例提供了一种煤层群的开采方法，该方法在一面四巷方法的基础上提出了一面六巷的方法，即在形成开采巷道之外又形成了第一岩层巷道和第二岩层巷道，通过在关键保护层开采前和开采时，对所有的巷道一起抽采，使得上、下相邻煤层的瓦斯压力、瓦斯含量大大降低，从而保证关键保护层采空区瓦斯浓度在安全范围内，进而有效地避免了瓦斯超限问题的产生。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的煤层群开采方法的流程图。图4为本发明实施例二提供的一种煤层群的局部剖视图。

实施例一中，通过开采巷道、第一岩层巷道和第二岩层巷道抽采煤层群中的瓦斯。具体抽采方法通常是在巷道中设置专用抽采设备，与抽采设备连通的管道布置在巷道中，利用抽采设备进行瓦斯抽采。抽采设备与管道一起构成抽采系统。

本实施例中，如图3和图4所示，通过开采巷道、第一岩层巷道和第二岩层巷道抽采煤层群中的瓦斯具体包括如下步骤。

步骤301、在开采巷道(D1～D4)、第一岩层巷道D5和第二岩层巷道D6上形成多个钻孔Z，每个钻孔Z与煤层群中的至少一个煤层连通且每个煤层与至少一个钻孔Z连通。

步骤302、通过开采巷道(D1～D4)、第一岩层巷道D5、第二岩层巷道D6及钻孔Z抽采煤层群中各煤层的瓦斯。

本实施例中，通过采用人工钻孔的方法在巷道中形成钻孔，使每个钻孔都与至少一个煤层连通，且每个煤层都与至少一个钻孔连通，这样，每个煤层中的瓦斯都能通过钻孔导入到抽采系统中，从而能顺利地从各煤层中抽采瓦斯，进而使得煤层群开采时的安全性更高。

实施例三

图5为本发明实施例三提供的煤层群开采方法的流程图。图6为本发明实施例三提供的形成有多个穿层钻孔的巷道示意图。

本实施例提供了一种煤层群的开采方法，下面结合图5和图6对该方法进行详细说明，该方法包括如下步骤。

步骤501、在煤层群的多个煤层中确定关键保护层，与关键保护层相邻且位于关键保护层上方的煤层为上相邻煤层，与关键保护层相邻且位于关键保护层下方的煤层为下相邻煤层。

具体地，如实施例一中所述，关键保护层(假设是A3层)的确定不仅与煤层的瓦斯压力、瓦斯含量、透气性等参数有关，还与相邻煤层之间的距离有关。

步骤502、在上相邻煤层和关键保护层之间设置高抽巷，在下相邻煤层和关键保护层之间设置底板巷，在关键保护层中分别设置风巷和机巷。

具体地，该步骤利用一面四巷的方法为关键保护层设置开采巷道，通常开采巷道包括所述的高抽巷D1、底板巷D2、风巷D3和机巷D4。一面四巷的各个巷的具体设置方法属于现有技术，在此不再赘述。

步骤503、在煤层群中形成第一岩层巷道D5和第二岩层巷道D6，第一岩层巷道D5位于上相邻煤层A2的上方的顶板或底板中，第二岩层巷道D6位于下相邻煤层A4的下方的顶板或底板中。

具体地，第一岩层巷道D5、第二岩层巷道D6的形成位置的选择方法同实施例一中所述，在此不再赘述。

步骤504、在高抽巷D1上形成与上相邻煤层A2连通的穿层钻孔；在底板D2巷上形成分别与关键保护层A3和下相邻煤层A2连通的穿层钻孔；在风巷D3上形成与关键保护层A3连通的下向顺层钻孔(图中从风巷D3引出的直线)；在机巷D4上形成与关键保护层连通的上向顺层钻孔(图中从机巷D4引出的直线)；在第一岩层巷道D5上形成分别与上相邻煤层A2和上相邻煤层A2上方各煤层(A1)连通的穿层钻孔；在第二岩层巷道D6上形成与下相邻煤层A4下方各煤层(A5、A6)连通的穿层钻孔。穿层钻孔的孔径不小于94mm；顺层钻孔的孔径不小于108mm。

具体地，穿层钻孔和顺层钻孔都是钻孔的一种，穿层钻孔就是穿过岩层的钻孔，顺层钻孔就是在本层中顺着本层延伸的方向钻孔，上向顺层钻孔就是终孔位置比起始位置高，下向顺层钻孔就是终孔位置比起始位置低。

通过在巷道中形成钻孔，使每个钻孔都与至少一个煤层连通，且每个煤层都与至少一个钻孔连通，这样，每个煤层中的瓦斯都能通过钻孔导入到抽采系统中。

为了使整个煤层的瓦斯都能获得均匀的抽采，每个巷道内沿巷道延伸方向可以分布有多个钻场，图6中示出了一条巷道，其上分布有2个钻场(E1，E2)，当然本发明不限于此，可以有更多钻场，每个钻场(E1，E2)形成有多个钻孔Z(图6中每一个钻场与煤层G之间仅形成了2个钻孔)。

当相邻钻场之间的间距F1范围不大于40m时，可以使抽采整个煤层瓦斯的均匀性较好，同时也能使钻孔的工作量较小。

另外，从一个钻场朝一个煤层形成的多个钻孔中，当相邻钻孔的终孔位置之间的间距F2范围不大于40m时，可以使抽采整个煤层瓦斯的均匀性较好，同时也能使钻孔的工作量较小。

当巷道上分布有多个钻场(E1，E2)时，在开采巷道、第一岩层巷道和第二岩层巷道上形成多个钻孔的步骤可以包括在开采巷道、第一岩层巷道和第二岩层巷道上所有的钻场形成多个钻孔。

也就是说，当巷道上分布有多个钻场(E1，E2)，所有巷道上的所有钻孔可以在关键保护层回采之前一起形成。

步骤505、通过高抽巷、底板巷、风巷、机巷、第一岩层巷道、第二岩层巷道及钻孔抽采煤层群中各煤层的瓦斯，并开采关键保护层。

通过利于分布于关键保护层A3附近的开采巷道：高抽巷D1、底板巷D2、风巷D3、机巷D4，以及开采巷道中的钻孔Z对本煤层和上下邻近煤层的瓦斯进行抽采，同时利用分布于上相邻煤层A2上方的第一岩层巷道D5及第一岩层巷道D5中的钻孔对上相邻煤层A2及其上方各煤层的瓦斯进行抽采，利于分布于下相邻煤层A4下方的第二岩层巷道D6及第二岩层巷道D6的钻孔对下相邻煤层A4下方各煤层的瓦斯进行抽采，可以使上、下相邻煤层的瓦斯压力、瓦斯含量大大降低，从而保证关键保护层采空区瓦斯浓度在安全范围内。

可选地，当巷道上分布有多个钻场(E1，E2)时，通过开采巷道、第一岩层巷道和第二岩层巷道抽采煤层群中的瓦斯，并开采关键保护层的步骤可以包括：开采关键保护层并判断开采巷道、第一岩层巷道和第二岩层巷道上与工作面相邻的钻场是否形成钻孔，若判断结果为否，则在相邻的钻场形成钻孔；判断工作面是否将到达钻孔，若判断结果为是，则返回执行判断开采巷道、第一岩层巷道和第二岩层巷道上与工作面相邻的钻场是否形成钻孔的操作。

具体地，工作面就是关键保护层上正在被开采的表面。该方法中，需要先判断在与关键保护层工作面相邻的钻场是否形成有钻孔，如果没有，需要先形成钻孔，与关键保护层工作面不相邻的位置暂时不需要形成钻孔。在关键保护层开采过程中，关键保护层工作面是不断向前推进的，当关键保护层工作面推进超越已形成钻孔的钻场后，下一个钻场就成为与关键保护层工作面相邻的钻场。这时需要判断关键保护层工作面是否将到达钻孔，如果判断结果为是，则需要执行相邻的钻场是否形成有钻孔判断，并根据判断结果形成或者不形成钻孔。通过执行该方法，只要在关键保护层工作面到来前将下一个钻场上的钻孔施工完成就可以保证瓦斯和煤的顺利抽采。通过这种方法，使得钻孔与煤层开采可以同步进行，因此可以显著减少开采前的准备时间，从而缩短开采周期。

步骤506、按照与关键保护层的距离由小至大的顺序依次开采关键保护层上方的各煤层；按照与关键保护层的距离由小至大的顺序依次开采关键保护层下方的各煤层。

具体地，在关键保护层A3开采完成后，被保护层开采的顺序可以为：按照与关键保护层A3的距离由小至大的顺序依次开采关键保护层A3上方的各煤层，然后再按照与关键保护层A3的距离由小至大的顺序依次开采关键保护层A3下方的各煤层，例如：开采完A2层后，再开采A1层，然后依次开采A4、A5、A6。

被保护层开采的顺序也可以为：按照与关键保护层A3的距离由小至大的顺序依次开采关键保护层A3下方的各煤层，然后再按照与关键保护层A3的距离由小至大的顺序依次开采关键保护层A3上方的各煤层，例如：依次开采完A4、A5、A6后，再开采A2，最后开采A1。

另外，被保护层开采的顺序也可以为：选择关键保护层A3上方离关键保护层A3最近的被保护层A2先开采，然后选择关键保护层A3下方离关键保护层A3最近的被保护层A4进行开采，然后依次选择A1、A5、A6。

被保护层开采的顺序可以有多种，遵循的原则就是：选择的被保护层上方和下方邻近煤层至少有一层是已经被开采过的。这样，在被保护层开采的过程中，已开采过的煤层以及上述实施例描述的各个巷道和钻孔就可以用来抽采瓦斯，也可以用来运输开采所需的设备、已采出的煤，从而充分保证煤矿的生产安全，也可以提高巷道的利用率。

本实施例提供了一种煤层群的开采方法，该方法在一面四巷方法的基础上提出了一面六巷的方法，即在形成开采巷道之外又形成了第一岩层巷道和第二岩层巷道，通过在关键保护层开采前和开采时，对所有的巷道一起抽采，使得上、下相邻煤层的瓦斯压力、瓦斯含量大大降低，从而保证关键保护层采空区瓦斯浓度在安全范围内，进而有效地避免了瓦斯突出问题的产生。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种煤层群的开采方法，其特征在于，包括：

在所述煤层群的多个煤层中确定关键保护层，与所述关键保护层相邻且位于所述关键保护层上方的煤层为上相邻煤层、与所述关键保护层相邻且位于所述关键保护层下方的煤层为下相邻煤层；

根据一面四巷方法为所述关键保护层设置开采巷道；

在所述煤层群中形成第一岩层巷道和第二岩层巷道，所述第一岩层巷道位于所述上相邻煤层的上方的顶板或底板中，所述第二岩层巷道位于所述下相邻煤层的下方的顶板或底板中；

通过所述开采巷道、所述第一岩层巷道和所述第二岩层巷道抽采所述煤层群中的瓦斯，并开采所述关键保护层。

2.根据权利要求1所述的煤层群的开采方法，其特征在于，所述通过所述开采巷道、所述第一岩层巷道和所述第二岩层巷道抽采所述煤层群中的瓦斯包括：

在所述开采巷道、所述第一岩层巷道和所述第二岩层巷道上形成多个钻孔，每个所述钻孔与所述煤层群中的至少一个煤层连通且每个所述煤层与至少一个钻孔连通；

通过所述开采巷道、所述第一岩层巷道、所述第二岩层巷道及所述钻孔抽采所述煤层群中各煤层的瓦斯。

3.根据权利要求2所述的煤层群的开采方法，其特征在于，所述根据一面四巷方法为所述关键保护层设置开采巷道包括：

在所述上相邻煤层和所述关键保护层之间设置高抽巷；

在所述下相邻煤层和所述关键保护层之间设置底板巷；

在所述关键保护层中分别设置风巷和机巷。

4.根据权利要求3所述的煤层群的开采方法，其特征在于，所述在所述开采巷道、所述第一岩层巷道和所述第二岩层巷道上形成多个钻孔，包括：

在所述高抽巷上形成与所述上相邻煤层连通的穿层钻孔；

在所述底板巷上形成分别与所述关键保护层和所述下相邻煤层连通的穿层钻孔；

在所述风巷上形成与所述关键保护层连通的下向顺层钻孔；

在所述机巷上形成与所述关键保护层连通的上向顺层钻孔；

在所述第一岩层巷道上形成分别与所述上相邻煤层和所述上相邻煤层上方各煤层连通的穿层钻孔；

在所述第二岩层巷道上形成与所述下相邻煤层下方各煤层连通的穿层钻孔；

所述穿层钻孔的孔径不小于94mm；所述顺层钻孔的孔径不小于108mm。

5.根据权利要求2所述的煤层群的开采方法，其特征在于，每个巷道内沿巷道延伸方向分布有多个钻场，每个所述钻场形成有多个钻孔。

6.根据权利要求5所述的煤层群的开采方法，其特征在于，所述在所述开采巷道、所述第一岩层巷道和所述第二岩层巷道上形成多个钻孔，包括：

在所述开采巷道、所述第一岩层巷道和所述第二岩层巷道上所有的钻场形成多个钻孔。

7.根据权利要求5所述的煤层群的开采方法，其特征在于，所述通过所述开采巷道、所述第一岩层巷道和所述第二岩层巷道抽采所述煤层群中的瓦斯，并开采所述关键保护层包括：

开采所述关键保护层并判断所述开采巷道、所述第一岩层巷道和所述第二岩层巷道上与所述工作面相邻的钻场是否形成钻孔，若判断结果为否，则在所述相邻的钻场形成钻孔；

判断所述工作面是否将到达所述钻孔，若判断结果为是，则返回执行判断所述开采巷道、所述第一岩层巷道和所述第二岩层巷道上与所述工作面相邻的钻场是否形成钻孔的操作。

8.根据权利要求5所述的煤层群的开采方法，其特征在于，从一个所述钻场朝一个煤层形成的多个钻孔中，相邻钻孔的终孔位置之间的间距范围不大于40m。

9.根据权利要求5所述的煤层群的开采方法，其特征在于，每个巷道内相邻的钻场之间的间距范围不大于40m。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的煤层群的开采方法，其特征在于，在所述关键保护层开采完毕之后，还包括：

按照与所述关键保护层的距离由小至大的顺序依次开采所述关键保护层上方的各煤层；

按照与所述关键保护层的距离由小至大的顺序依次开采所述关键保护层下方的各煤层。