CN106761902A - 一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，根据采场覆岩结构组合特征，确定软岩保护层开采后顶、底板裂隙带的发育高度，分析上覆和下伏的被保护层处于具体分带范围，确定施工条件。本发明的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，提出从地面到井下、从采前预抽煤层瓦斯、采中持续抽采卸压瓦斯到采后强化抽采卸压的全方位立体综合卸压瓦斯抽采方法，实现时间上、空间上和功能上的有效衔接和补充，通过把多种卸压瓦斯抽采措施合理结合、充分利用，相互互补，使得被保护层的卸压瓦斯抽采更加可靠、合理、经济和有效。
Description
技术领域
本发明涉及一种保护层开采卸压瓦斯抽采的方法，具体说涉及一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法。
背景技术
随着矿井向深部延伸，受“三高一扰动”的影响，深部煤层的瓦斯压力和瓦斯含量相对于浅部煤层更大，矿井瓦斯治理的难度越来越大，而开采保护层是一种经济有效的区域性瓦斯治理技术手段，已被大量的工程实践所证明。
进入深部开采后，采掘的延伸配以复杂的地质条件，导致原作为保护层开采的无突出危险煤层或突出危险性较小的煤层升级为突出煤层或强突出煤层，丧失了保护层开采条件，亦或需投入大量的钻孔工程后才具备保护层开采条件，开采经济投入多，工期长，造成矿井采掘接替紧张，严重影响矿井经济效益的发挥，迫使许多矿井将选择开采软岩层作为首采卸压层进行区域性瓦斯治理。软岩保护层开采无需大量的钻孔工程投入，具有层位选择的灵活性和开采厚度的可调节性，回采安全威胁小，工期短，容易掌握瓦斯治理的主动权等显著优点，逐步成为一种潜在的保护层选择新模式。
对卸压瓦斯进行抽采对于保障工作面安全生产和消除被保护煤层的突出危险性具有重要的积极作用。目前现有的保护层开采过程中的卸压瓦斯抽采方法主要是针对煤层保护层，而软岩保护层相对于煤层保护层而言，具有开采层内基本无瓦斯涌出的显著特点，卸压瓦斯抽采方法将区别于一般的煤层保护层。随着开采软岩保护层矿井的增多，现场急需针对软岩保护层开采的卸压瓦斯综合有效的治理措施。因此，非常有必要提出一种针对软岩保护层卸压瓦斯涌出特点的立体瓦斯抽采方法，解决开采过程中卸压瓦斯治理的难题，保障软岩保护层开采过程的安全及消除被保护层煤层的突出危险性。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，解决软岩保护层开采卸压瓦斯抽采问题，其方法简单、操作起来方便，系统性强，且具有广泛的适用性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，包括以下步骤:
(1)根据采场覆岩结构组合特征，确定软岩保护层开采后顶、底板裂隙带的发育高度，分析上覆和下伏的被保护层处于具体分带范围，确定施工条件；
(2)软岩保护层开采立体卸压瓦斯抽采：
(21)软岩保护层开采前，利用地面采动井抽采和穿层钻孔抽采，对被保护层瓦斯进行预抽；
(22)软岩保护层开采中，利用地面采动井抽采、拦截钻孔抽采、穿层钻孔抽采和采空区埋管抽采四种措施对被保护层卸压瓦斯进行全方位的立体综合持续抽采；
(23)软岩保护层开采后，在已回采过的区域利用地面采动井抽采和穿层钻孔抽采，继续强化抽采被保护层卸压瓦斯，进一步降低被保护层瓦斯含量；
(3)对被保护层进行卸压保护效果考察，当煤层瓦斯压力降低到0.74MPa以下或瓦斯含量降低到8m3/t以下时，结束卸压瓦斯抽采工作，否则将继续在采后区域持续抽采卸压瓦斯。
作为上述方案的进一步优化，所述地面采动井的井间距为100-150m，第一口地面采动井距切眼的距离为30-50m，钻井直径为245mm，根据软岩保护层走向的长度，确定地面采动井的数量。使得地面采动井的抽采半径全部覆盖工作面，在倾向方向上，相邻地面采动井抽采半径交叉点在上下两巷之外，保证工作面在抽采半径范围内。
作为上述方案的进一步优化，所述地面采动井布置在采动裂隙的“O”形圈内，其位置选在软岩保护层工作面的中上部或者中下部，所述地面采动井的位置相距机巷或风巷的距离为30-50m,确保持续性抽采卸压瓦斯。
作为上述方案的进一步优化，根据冒落带高度计算公式：计算出冒落带的发育高度，确定地面采动井终孔位置位于采场冒落带以上，距离冒落带的法距为5-10m。
作为上述方案的进一步优化，所述拦截钻孔抽采包括走向拦截钻孔抽采和倾向拦截钻孔抽采，拦截钻孔作为被保护层卸压瓦斯拦截抽采措施，能够有效防止被保护层的卸压瓦斯通过采动形成的裂隙通道进入采空区，造成瓦斯超限，可以达到防护和抽采卸压瓦斯的双重目的。根据软岩保护层周边已掘进的底板岩巷或在软岩保护层风巷内新掘进的拦截钻场，将拦截钻孔布置在其内，将走向拦截钻孔抽采和倾向拦截钻孔抽采结合布置，起到拦截和抽采卸压瓦斯，保障工作面安全生产的目的。
作为上述方案的进一步优化，在底板岩巷或新施工的拦截钻场内施工拦截钻孔；基于被保护煤层瓦斯压力大，瓦斯含量高，为钻孔施工安全，拦截钻孔施工至被保护层底板下方3-6m位置。
作为上述方案的进一步优化，在软岩保护层的风巷内设置拦截钻场，在拦截钻场内施工走向拦截钻孔，拦截钻场的间距为100-150m，长度12-17m，走向拦截钻孔封孔至冒落带4-6m以上；在软岩保护层底板岩巷内施工倾向拦截钻孔，倾向拦截钻孔封孔深度不少于15m。
作为上述方案的进一步优化，所述拦截钻孔间距为走向(15-20m)×倾向20m，钻孔的直径133mm。起到拦截和抽采卸压瓦斯，保障工作面安全生产的目的。
作为上述方案的进一步优化，所述穿层钻孔抽采在软岩保护层周边已掘进的底板岩巷或新掘进的高抽巷内施工穿层钻孔，穿层钻孔的间距为走向(20-30m)×倾向(20-30m)，钻孔直径113mm，穿层钻孔穿过被保护层顶板0.5-1.5m位置。
作为上述方案的进一步优化，若被保护层瓦斯压力大，瓦斯含量高，基于卸压瓦斯抽采的有效性，在已回采过的区域施工采后二次穿煤层强化穿层钻孔继续抽采卸压瓦斯，滞后软岩保护层工作面3-6个月施工，进一步降低被保护层瓦斯含量。
作为上述方案的进一步优化，所述采空区埋管抽采通过采动裂隙系统进入软岩保护层采空区范围的卸压瓦斯，沿工作面风巷上帮，向采空区敷设一趟瓦斯管路，所述瓦斯管路深入采空区内，通过移动抽采系统形成的负压，抽采采空区和上隅角积聚的卸压瓦斯，所述瓦斯管路采取交替迈步的方式向采空区预埋抽采管路，交替迈步距离为10～25m。
与现有技术相比，本发明的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法有益效果如下：
1、本发明的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，提出从地面到井下、从采前预抽煤层瓦斯、采中持续抽采卸压瓦斯到采后强化抽采卸压的全方位立体综合卸压瓦斯抽采方法，实现时间上、空间上和功能上的有效衔接和补充，通过把多种卸压瓦斯抽采措施合理结合、充分利用，相互互补，使得被保护层的卸压瓦斯抽采更加可靠、合理、经济和有效。
2、本发明的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，从根本上解决了软岩保护层开采卸压瓦斯抽采问题，其方法简单、操作起来方便，系统性强，具有广泛的适用性。
3、本发明的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，通过立体综合卸压瓦斯抽采，可使对应的突出煤层工作面瓦斯预抽率达到65％以上，可使煤层瓦斯压力降至0.74MPa以下或煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，大大的降低了被保护煤层的瓦斯含量和瓦斯压力，将高瓦斯突出煤层转变为低瓦斯不突出煤层，同时，还能保障软岩保护层开采过程中的安全，对于促进矿井的高产高效和保障安全生产都具有重要的意义。
4、基于软岩保护层在深部低渗透强突出煤层群首采卸压层选择中具有潜在的应用前景。本发明的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法同样具有广泛的应用前景。
5、结合本发明的优选是实施例，本发明的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，通过软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，考察期间卸压瓦斯总抽采纯量平均稳定在30.5m3/min，上覆被保护层瓦斯预抽率达62.9％。回采293天时在切眼位置进行卸压效果考察，切眼位置的瓦斯压力和瓦斯含量最大分别为0.35MPa和4.87m3/t，有效的释放了被保护层内的瓦斯，同时杜绝了软岩工作面回采期间瓦斯超限问题，取得了良好的开采效果。
附图说明
图1是本发明的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法的模式示意图。
图2是某矿软岩保护层开采立体综合瓦斯抽采示意图。
图3是某矿软岩保护层地面采动井布置平面示意图。
图4是某矿软岩保护层地面采动井剖面示意图。
图5是某矿软岩保护层走向拦截钻孔倾向剖面图。
图6是某矿软岩保护层走向拦截钻孔走向剖面图。
图7是某矿软岩保护层倾向拦截钻孔布置剖面图。
图8是某矿软岩保护层c煤层底板巷穿层钻孔布置图。
图9是某矿软岩保护层采后二次强化穿层钻孔布置平面图。
图10是某矿软岩保护层采后二次强化穿层钻孔布置剖面图。
图11是某矿软岩保护层采空区埋管抽采瓦斯示意图。
图中附图标记为：1、a煤层；2、b煤层；3、c-1煤层；4、c-2煤层；5、软岩开采层位；6、软岩保护层工作面；7、机巷；8、风巷；9、底板抽放巷；10、c煤层底板巷穿层钻孔；11、地面采动井；12、拦截钻场；13、走向拦截钻孔；14、底板岩巷；15、倾向拦截钻孔；16、高抽巷；17、采后二次穿煤层强化穿层钻孔；18、采空区埋管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
参见图1，一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，包括以下步骤:(1)根据采场覆岩结构组合特征，确定软岩保护层开采后顶、底板裂隙带的发育高度，分析上覆和下伏的被保护层处于具体分带范围，确定施工条件；
(2)软岩保护层开采立体卸压瓦斯抽采：
(21)软岩保护层开采前，利用地面采动井抽采和穿层钻孔抽采，对被保护层瓦斯进行预抽；
(22)软岩保护层开采中，利用地面采动井抽采、拦截钻孔抽采、穿层钻孔抽采和采空区埋管抽采四种措施对被保护层卸压瓦斯进行全方位的立体综合持续抽采；
(23)软岩保护层开采后，在已回采过的区域利用地面采动井抽采和穿层钻孔抽采，继续强化抽采被保护层卸压瓦斯，进一步降低被保护层瓦斯含量；
(3)对被保护层进行卸压保护效果考察，当煤层瓦斯压力降低到0.74MPa以下或瓦斯含量降低到8m3/t以下时，结束卸压瓦斯抽采工作，否则将继续在采后区域持续抽采卸压瓦斯。
本优选实施例的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，以某煤矿软岩工作面开采为工程背景。参见图2，某矿主采煤层有a煤层、b煤层、c煤层，均为突出煤层，其中c煤层含有两层煤层，分别为c-1煤层3和c-2煤层4。选择b煤层和c煤层之间的岩性较软的岩层作为软岩开采层位5。软岩保护层工作面6为软岩开采层位5内首先开采的工作面。软岩保护层工作面6长度104m，采高2m。通过多种研究手段，首先确定软岩保护层工作面6开采后，上覆的a煤层、b煤层处于弯曲下沉带的下部范围，下伏的c煤层处于底鼓变形带的上部范围，确定施工条件。
软岩保护层工作面6开采后，瓦斯治理分为两部分，分别为上覆的a煤层1、b煤层2和下伏的c煤层的卸压瓦斯抽采和通过构造裂隙和采动裂隙通道进入采空区的瓦斯抽采。采用本发明的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，设计了地面采动井11、走向拦截钻孔13、倾向拦截钻孔15、c煤层底板巷穿层钻孔10、采后二次穿煤层强化穿层钻孔17和采空区埋管18抽采措施。其中地面采动井作为地面抽采措施，服务于采前预抽瓦斯阶段、采中持续抽采瓦斯阶段和采后强化抽采瓦斯阶段。走向和倾向拦截钻孔作为井下抽采措施，服务于采中持续抽采瓦斯阶段。第十煤层底板巷穿层钻孔作为井下抽采措施，服务于采前预抽瓦斯阶段、采中持续抽采瓦斯阶段和采后强化抽采瓦斯阶段。采后二次穿煤层强化穿层钻孔17作为井下抽采措施，服务于采后强化抽采瓦斯阶段。采空区埋管抽采作为井下抽采措施，服务于采中持续抽采瓦斯阶段。各主要实施如下：
地面采动井11：在走向方向上，设计地面采动井的井间距110m，第一口采动井距离切眼40m，钻井直径245mm。为保证能够持续抽采卸压瓦斯，地面采动井需布置在采动裂隙的“O”形圈内，位置选择在工作面中上部或中下部，距离机巷7或风巷8的距离为35m。地面采动井11的终孔位置距离冒落带高度为8m。在倾向上相邻采动井抽采半径交叉点在上下两巷之外，保证工作面在抽采半径范围内，参见图3-图4。
走向拦截钻孔13：沿软岩保护层工作面6走向在风巷8内每隔130m新掘进一个拦截钻场12，长度15m，在拦截钻场12内施工走向拦截钻孔13拦截抽采上覆a煤层、b煤层的卸压瓦斯。走向拦截钻孔13施工至被保护层底板下方5m位置，钻孔间距20m×20m。设计时钻孔压茬距离40m，钻孔直径133mm，钻孔封孔至冒落带5m以上。参见图5-图6。
倾向拦截钻孔15：利用软岩保护层工作面6周边的已掘进的底板岩巷14施工倾向拦截钻孔15，倾向拦截钻孔15施工至被保护层底板下方5m位置，钻孔间距为：走向(15～20m)×倾向20m，钻孔直径133mm。参见图7。
c煤层底板巷穿层钻孔10：利用c煤层底板已掘进的底板抽放巷9施工c煤层底板巷穿层钻孔10。c煤层底板巷穿层钻孔10穿过c煤层顶板1m位置，沿工作面倾向钻孔间距30m，走向间距30m，钻孔直径113mm，钻孔封孔深度不小于15m。参见图8。
采后二次穿煤层强化穿层钻孔17：利用下一阶段新掘的高抽巷16施工采后二次穿煤层强化穿层钻孔17。采后二次穿煤层强化穿层钻孔17穿过a煤层和b煤层至a煤层顶板1m位置，钻孔间距为走向(20m)×倾向(20m)，钻孔直径113mm，钻孔封孔深度不小于15m，参见图9-图10。
采空区埋管18：沿软岩保护层工作面6的风巷8上帮，向采空区敷设一趟瓦斯管路，采取交替迈步的方式向采空区预埋抽采管路，交替迈步距离为20m，抽采管路深入采空区内，通过移动抽采系统形成的负压抽采采空区和上隅角积聚的瓦斯。参见图11。
各类卸压瓦斯抽采措施施工完成后，即可按常规连接抽采管网，开始进行瓦斯抽采。软岩保护层生产254天，推进421m，此考察期间上覆和下伏的被保护层卸压瓦斯总抽采流量平均稳定在30.5m3/min。对上覆a煤层、b煤层的卸压瓦斯抽采量进行统计，得到此期间内卸压瓦斯抽采情况。
表考察期范围上覆a煤层、b煤层卸压瓦斯抽采情况
软岩保护层工作面回采293天时，在切眼位置对上覆的被保护层煤层进行卸压效果考察，切眼位置的瓦斯压力和瓦斯含量最大分别为0.35MPa和4.87m3/t，均在临界值范围内，说明采取立体综合卸压瓦斯抽采方法后，可以消除被保护层煤层的突出危险性。
软岩保护层工作面生产期间，配风量1250m3/min，回风巷风流中瓦斯浓度控制在0.6％以下，杜绝了生产期间的瓦斯超限问题，实现了软岩保护层的安全开采。
若对被保护层煤层进行卸压保护效果考察，当煤层瓦斯压力大于0.74MPa或瓦斯含量大于8m3/t以上时，将继续在采后区域持续抽采卸压瓦斯。
结合本发明的优选是实施例，本发明的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，通过软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，考察期间卸压瓦斯总抽采纯量平均稳定在30.5m3/min，上覆被保护层瓦斯预抽率达62.9％。回采293天时在切眼位置进行卸压效果考察，切眼位置的瓦斯压力和瓦斯含量最大分别为0.35MPa和4.87m3/t，有效的释放了被保护层内的瓦斯，同时杜绝了软岩工作面回采期间瓦斯超限问题，取得了良好的开采效果。
本发明的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，设计地面采动井抽采、拦截钻孔抽采、穿层钻孔抽采及采空区埋管抽采的全方位立体抽采措施，实现从地面到井下，从采前、采中到采后持续抽采瓦斯，实现时间上、空间上和功能上的有效衔接和补充，通过把多种卸压瓦斯抽采措施合理结合、充分利用，相互互补，使得被保护层的卸压瓦斯抽采更加可靠、合理、经济和有效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，其特征在于：包括以下步骤:
(1)根据采场覆岩结构组合特征，确定软岩保护层开采后顶、底板裂隙带的发育高度，分析上覆和下伏的被保护层处于具体分带范围，确定施工条件；
(2)软岩保护层开采立体卸压瓦斯抽采：
(21)软岩保护层开采前，利用地面采动井抽采和穿层钻孔抽采，对被保护层瓦斯进行预抽；
(22)软岩保护层开采中，利用地面采动井抽采、拦截钻孔抽采、穿层钻孔抽采和采空区埋管抽采四种措施对被保护层卸压瓦斯进行全方位的立体综合持续抽采；
(23)软岩保护层开采后，在已回采过的区域利用地面采动井抽采和穿层钻孔抽采，继续强化抽采被保护层卸压瓦斯，进一步降低被保护层瓦斯含量；
(3)对被保护层进行卸压保护效果考察，当煤层瓦斯压力降低到0.74MPa以下或瓦斯含量降低到8m3/t以下时，结束卸压瓦斯抽采工作，否则将继续在采后区域持续抽采卸压瓦斯。
2.根据权利要求1所述的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，其特征在于：所述地面采动井的井间距为100-150m，第一口地面采动井距切眼的距离为30-50m，钻井直径为245mm，根据软岩保护层走向的长度，确定地面采动井的数量，使得地面采动井的抽采半径全部覆盖工作面。在倾向方向上，相邻地面采动井抽采半径交叉点在上下两巷之外，保证工作面在抽采半径范围内。
3.根据权利要求1所述的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，其特征在于：所述地面采动井布置在采动裂隙的“O”形圈内，其位置选在软岩保护层工作面的中上部或者中下部，所述地面采动井的位置相距机巷或风巷的距离为30-50m。
4.根据权利要求1所述的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，其特征在于：地面采动井终孔位置位于采场冒落带以上，距离冒落带的法距为5-10m。
5.根据权利要求1所述的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，其特征在于：所述拦截钻孔抽采包括走向拦截钻孔抽采和倾向拦截钻孔抽采，将走向拦截钻孔抽采和倾向拦截钻孔抽采结合布置，用于拦截和抽采被保护层卸压瓦斯。
6.根据权利要求5所述的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，其特征在于：在底板岩巷或新施工的拦截钻场内施工拦截钻孔，拦截钻孔施工至被保护层底板下方3-6m位置。
7.根据权利要求5或6所述的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，其特征在于：在软岩保护层的风巷内设置拦截钻场，在拦截钻场内施工走向拦截钻孔，拦截钻场的间距为100-150m，长度12-17m，走向拦截钻孔封孔至冒落带4-6m以上；在软岩保护层底板岩巷内施工倾向拦截钻孔，倾向拦截钻孔封孔深度不少于15m。
8.根据权利要求7所述的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，其特征在于：所述拦截钻孔间距为走向(15-20m)×倾向20m，钻孔的直径133mm。
9.根据权利要求1所述的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，其特征在于：所述穿层钻孔抽采在软岩保护层周边已掘进的底板岩巷或新掘进的高抽巷内施工穿层钻孔，穿层钻孔的间距为走向(20-30m)×倾向(20-30m)，钻孔直径113mm，穿层钻孔穿过被保护层顶板0.5-1.5m位置。
10.根据权利要求1所述的一种适用于软岩保护层开采的立体综合卸压瓦斯抽采方法，其特征在于：所述采空区埋管抽采通过采动裂隙系统进入软岩保护层采空区范围的卸压瓦斯，沿工作面风巷上帮，向采空区敷设一趟瓦斯管路，所述瓦斯管路深入采空区内，通过移动抽采系统形成的负压，抽采采空区和上隅角积聚的卸压瓦斯，所述瓦斯管路采取交替迈步的方式向采空区预埋抽采管路，交替迈步距离为10～25m。
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