CN107143375B - 一种大埋深缓倾斜煤层区域的综合防突方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大埋深缓倾斜煤层区域的综合防突方法,涉及煤矿安全技术领域。一种大埋深缓倾斜煤层区域的综合防突方法,通过对大埋深缓倾斜煤层回采工作面机巷先实施防突措施再对回采工作面实施防突措施,既实现了对掘进工作面的瓦斯进行了抽采也实现了对回采工作面的瓦斯进行了抽采,能够防治工作面开采过程中瓦斯超限的问题,并且大大的降低了治理瓦斯的成本和工作量。同时,实施防突措施后进行的防突效果检验和区域验证保证了防突措施的瓦斯治理效果,保障了有突出危险煤层的安全开采。

Description

一种大埋深缓倾斜煤层区域的综合防突方法
技术领域
本发明涉及煤矿安全技术领域,尤其涉及一种大埋深缓倾斜煤层区域的综合防突方法。
背景技术
我国井下开采煤层赋存条件复杂多变,煤与瓦斯突出事故频繁发生。近十年来,随着开采深度的加大,导致开采条件更趋于复杂,出现了高地应力、高瓦斯、高非均质性、低渗透性、低强度煤体的特征,导致煤矿企业发生的特大事故次数居高不下。因此,有效治理瓦斯,减少及消除瓦斯事故是煤矿能否健康持续发展的关键。目前,公认为开采不具有双突危险性的保护层是有效减少或消除被保护层的煤与瓦斯突出危险性的安全有效措施,但保护层开采对煤层赋存条件的要求较高,且成本高,周期长,工序繁杂,并不适合所有高瓦斯及突出煤层。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明提供一种大埋深缓倾斜煤层区域的综合防突方法,通过对有突出危险性的区域实施防突措施及针对防突措施的效果检验和区域验证,降低区域煤与瓦斯突出灾害的发生。
一种大埋深缓倾斜煤层区域的综合防突方法,包括以下步骤:
步骤1:待采煤层区域突出危险性预测;
根据待采煤层工作面揭露的情况,探明工作面顶底板岩性及工作面瓦斯地质情况,结合瓦斯地质分析的方法判断煤与瓦斯参数是否达到突出的危险指标,预测待采煤层区域突出危险性;如果待采煤层区域没有达到突出的危险性指标,则待采煤层区域没有突出危险,执行步骤8,进行区域验证和回采工作,否则待采煤层区域有突出危险,执行步骤2,实施防突措施;
步骤2:回采工作面机巷区域防突措施;
回采工作面机巷掘进施工前先施工高位预抽巷,然后在高位预抽巷内向机巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯作为机巷区域的防突措施;
步骤3:回采工作面机巷区域防突效果检验;
在高位预抽巷每间隔一定距离布置一个测点,每个测点布置多个防突措施效果检验孔,防突措施效果检验孔施工到待采煤层时在煤层中取样品,对取样样品进行残余瓦斯含量测定,将样品中的残余瓦斯含量作为防突效果检验指标,根据《煤矿安全规程》设定其临界值;当防突效果检验指标大于或等于其临界值时,机巷区域的防突措施无效,需要在防突效果检验孔周围的局部区域执行相应的防突措施,然后重新进行防突效果检验,直到防突效果检验指标小于其临界值时,执行下一步;
步骤4:回采工作面机巷区域验证;
机巷掘进过程中进行机巷区域验证,使用钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标构成的复合指标作为区域验证指标,并根据煤层工作面实际情况选取钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标的临界值;当区域验证指标大于或等于其临界值时,表明验证区域有突出危险,需要在有突出危险的局部验证区域执行相应的防突措施,然后重新进行区域验证,直到区域验证指标小于其临界值时,执行下一步;
步骤5:回采工作面风巷掘进和中间底抽巷掘进;风巷掘进过程中需要执行区域验证,该区域验证方法与步骤4中机巷区域验证方法相同;
步骤6:回采工作面区域防突措施;在机巷和风巷施工本煤层钻孔,在中间底抽巷施工穿层钻孔,作为回采工作面区域的防突措施;
步骤7:回采工作面区域防突措施效果检验,该防突措施效果检验方法与步骤3中机巷区域防突措施效果检验方法相同;
步骤8:回采工作面区域验证,该区域验证与步骤4中机巷区域验证方法相同。
进一步地:步骤3所述工作面机巷区域防突效果检验,防突效果检验钻孔施工期间出现喷孔、顶钻及其他明显突出预兆或区域防突效果检验指标超标,则此防突效果检验钻孔周围半径100m内的预抽区域均判定为预抽防突效果无效,即为突出危险区,则应在此防突效果检验钻孔左右两侧100m范围内采取补打钻孔措施,作为局部区域的防突措施,然后重新进行区域防突效果检验,直到残余瓦斯含量不超标为止;当区域防突效果检验指标残余瓦斯含量不超标,且保证有足够的预抽期使预抽煤层瓦斯抽采率指标不低于35%时,执行步骤4。
进一步地:步骤4所述区域验证,当区域验证指标不超过临界值时,机巷掘进过程中保留不少于3m的验证钻孔超前距,只要有一次区域验证为有突出危险或验证钻孔施工时出现喷孔、顶钻及其他明显突出预兆,则该区域以后的掘进作业均应采取补打钻孔措施,作为局部验证区域的防突措施,然后重新进行区域验证。
由上述技术方案可知,本发明的有益效果在于:本发明提供了一种大埋深缓倾斜煤层区域的综合防突方法,通过对大埋深缓倾斜煤层回采工作面机巷先实施防突措施再对整个回采工作面实施防突措施,既实现了对掘进工作面的瓦斯进行了抽采也实现了对回采工作面的瓦斯进行了抽采,能够防治工作面开采过程中出现瓦斯超限的问题,并且大大的降低了治理瓦斯的成本和工作量。同时,实施防突措施后进行的防突效果检验和区域验证保证了防突措施的瓦斯治理效果,保障了有突出危险煤层的安全开采。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种大埋深缓倾斜煤层区域的综合防突方法流程图;
图2为本发明实施例提供的高位预抽巷内施工抽放钻孔的剖面图;
图3为本发明实施例提供的高位预抽巷内施工抽放钻孔的平面图;
图4为本发明实施例提供的工作面机巷区域防突效果检验钻孔的平面布置图;
图5为本发明实施例提供的工作面机巷区域验证钻孔的平面布置图;
图6为本发明实施例提供的工作面机巷和风巷施工本煤层钻孔的平面布置图;
图7为本发明实施例提供的工作面中间底抽巷施工穿层钻孔的剖面图;
图8为本发明实施例提供的工作面中间底抽巷施工穿层钻孔的平面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本实施例针对平煤十矿己15-16煤层24080工作面的煤与瓦斯突出情况,采用本发明提供的一种大埋深缓倾斜煤层区域的综合防突方法进行防突处理,如图1所示,具体包括以下步骤:
步骤1:待采煤层区域突出危险性预测;
根据待采煤层工作面揭露的情况,探明工作面顶底板岩性及工作面瓦斯参数,结合瓦斯地质分析的方法判断煤与瓦斯参数是否达到突出的危险性指标,预测区域突出危险性,如果待采煤层区域没有突出危险,则执行步骤8,进行区域验证和回采工作,否则待采煤层区域有突出危险,执行步骤2,实施防突措施;
根据待采煤层工作面揭露的情况,24080工作面顶底板岩性为,己15-16煤层的直接顶为4.6m~14m厚的砂质泥岩含薄层状碳质泥岩,其上为大于18m厚的细至中粒砂岩;己15-16煤层的直接底为泥岩,厚0~7.5m,东薄西厚,其下为1.2m~1.6m厚的己16煤层。24080工作面附近的瓦斯参数为,煤层瓦斯含量为14.3m3/t,绝对瓦斯涌出量为19.86m3/min,工作面机巷相邻测点己15煤层的最大原始瓦斯压力为2.23Mpa,最大瓦斯含量为12.37m3/t,超过了煤与瓦斯参数达到突出的危险性指标,即瓦斯压力不高于0.74Mpa,瓦斯含量不高于8m3/t。根据工作面瓦斯参数合瓦斯地质分析的方法判定己15-16煤层24080工作面区域有突出危险性。
步骤2:回采工作面机巷区域防突措施;
回采工作面机巷区域掘进施工前在高位预抽巷布置穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯作为机巷区域的防突措施,即在机巷设计位置下错15m~20m,煤层顶板6m~8m以上层位施工高位预抽巷,然后在此巷道内向机巷掘进位置施工抽放钻孔,对机巷内的瓦斯实施预抽。经现场试验测得煤层抽放钻孔在实施瓦斯预抽49天后的抽放半径为3m,为了能更有效的抽采瓦斯,设计钻孔间距时机巷区域预抽钻孔半径取2m。高位预抽巷区域施工抽放钻孔的剖面图如图2所示,平面图如图3所示,在高位预抽巷内每间隔25m布置一个钻场,每个钻场施工55个钻孔,里段和外段钻孔垂直巷道走向施工在24080机巷侧的巷帮上,每3m一组,每组11个钻孔,每组钻孔中最外侧的钻孔到中间钻孔的距离为10m,呈五排扇形布置,纵向控制机巷上帮20m,下帮10m,走向控制在30m的范围内。
步骤3:机巷区域防突措施效果检验;
在高位预抽巷中每间隔40m布置一个测点,每个测点布置3个防突措施效果检验孔,防突措施效果检验孔的角度及孔深如表1所示,防突措施效果检验孔可控制机巷两帮13m的范围,防突效果检验钻孔的布置如图4所示。防突措施效果检验孔施工到待采煤层时进行取样,并对取样样品进行残余瓦斯含量测定。煤层中残余瓦斯含量作为防突措施效果检验指标,根据《煤矿安全规程》,设定其临界值为8m3/t,当煤层残余瓦斯含量大于或等于8m3/t时,区域防突措施无效,必须在防突措施无效的局部区域执行相应的防突措施,直至残余瓦斯含量小于8m3/t。
表1机巷区域防突效果检验孔参数表
防突措施效果检验孔施工期间出现喷孔、顶钻及其他明显突出预兆时或防突措施效果检验指标超标,则此检验测试点周围半径100m内的预抽区域均判定为预抽防突效果无效,即为突出危险区,则应在瓦斯含量超标的位置左右两侧100m的范围内采取补打钻孔措施,作为防突措施无效区域的防突措施,然后重新进行区域防突效果检验,直到防突措施效果检验指标不超标为止;防突措施效果检验指标不超标,且保证有足够的预抽期使预抽煤层瓦斯抽采率指标不低于35%时,执行步骤4。
步骤4:回采工作面机巷区域验证;
回采工作面机巷区域验证的方法为在机巷巷道迎头两帮和中心位置施工3个验证钻孔,验证钻孔的平面布置如图5所示,两帮的验证钻孔控制到帮外3m,两帮的验证钻孔以中心位置的钻孔为中心,其偏角为25.5°,3个验证钻孔的孔径均为42mm,有效投影孔深均不小于8.5m。使用钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标复合指标进行区域验证,根据煤层工作面实际情况,钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标的临界值分别取3.2L/min和4.8kg/m。当钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标大于或等于临界值时,区域验证为有突出危险或验证钻孔施工时出现喷孔、顶钻及其他明显突出预兆,该区域以后的掘进作业均应采取补打钻孔措施,作为局部区域的防突措施,当钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标小于临界值时,该区域验证为无突出危险,可采取安全防护措施后进行掘进作业,并保留不少于3m验证钻孔超前距。
钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标的测法如下。
钻屑量指标的两种测法为:
①每个预测钻孔每钻进1m时,测定该1m内的全部钻屑量作为钻屑量指标;
②钻孔施工到预定孔深时,用专用器具接取所有的钻屑,并进行测定,得到钻屑量指标。
钻孔瓦斯涌出初速度的两种测法为:
①与钻屑量同孔进行,自1m位置开始,每测定1m段的钻屑量时,在暂停钻进后2min内测定钻孔瓦斯涌出初速度值。测定钻孔瓦斯涌出初速度时,测量室的长度为1.0m,用气筒通过压力表充气时,充气压力0.2MPa;
②通过瓦斯流量计档位和显示值,查表得出钻孔瓦斯涌出初速度的预测值。
步骤5:回采工作面风巷掘进和中间底抽巷掘进;
由于风巷与上区段采空区之间煤柱小于5m,工作面为沿空送巷,属无突出危险区域,因此该巷道沿空送巷段不再执行区域防突措施,只在掘进过程中在风巷中施工钻孔,对风巷区域进行验证,其验证方法同步骤4的验证方法相同。而中间底抽巷不在煤层中,因此即不需要执行区域防突措施也不需要执行区域验证,直接进行掘进工作。
步骤6:回采工作面区域防突措施,在回采工作面的机巷和风巷施工本煤层钻孔,在中间底抽巷施工穿层钻孔,作为回采工作面区域的防突措施;
机巷和风巷施工本煤层钻孔布置的平面图如图6所示,根据现场试验测得己组煤层抽放钻孔在钻孔瓦斯预抽49天后的抽放半径为3m,因此回采工作面区域预抽钻孔半径取3m,钻孔间距为3m,本煤层钻孔孔径为120mm,钻孔深度为机巷110m、风巷100m,钻孔沿机巷、风巷巷道走向垂直煤壁且按煤层倾角施工。中间底抽巷施工穿层钻孔的剖面图如图7所示,平面图如图8所示,在中间低抽巷中每6m设计一组穿层预抽钻孔,每组12个孔,孔深均以见己15煤层顶板0.5m为准。在工作面揭露的断层区域,本煤层钻孔加密施工,钻孔间距由3.0m调整为2.0m,钻孔垂直煤璧,沿煤层倾角施工。
步骤7:回采工作面区域防突措施效果检验;
回采前必须进行区域防突措施效果检验。在机巷沿回采方向每隔50m在回采区域布置一个防突措施效果检验孔,孔径为94mm,孔深为45m~55m,进行煤层瓦斯残余含量的测定,煤层瓦斯残余含量作为防突措施效果检验指标,其临界值取8m3/t。防突措施效果检验指标超标或防突措施效果检验孔钻孔施工时出现喷孔、顶钻及其他明显突出预兆,则此检验测试点周围半径100m内的预抽区域均判定为预抽防突效果无效,即为突出危险区,必须在检验测试点左右两侧100m内补打抽放钻孔或继续进行抽放,作为防突措施无效区域的防突措施,然后再进行防突措施效果检验,直到指标不超标为止。
步骤8:回采工作面区域验证。
回采工作面区域防突措施效果检验指标不超标,抽采达标评判符合相关要求后,回采时进行区域验证,除风巷以下10m、机巷以上10m的区域不需要布置钻孔外,回采工作面每间隔15m在煤层中间位置施工一个垂直回采工作面方向的验证钻孔,验证钻孔孔径为42mm。采用钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量复合指标法进行验证,根据煤层工作面实际情况,钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量临界值分别取3.2L/min和4.8kg/m,验证方法与掘进时的区域验证方法相同。如果验证指标不超标则进行回采工作,否则,表明验证区域有突出危险,需在验证区域的局部执行相应的防突措施,然后重新执行区域验证工作直到验证指标不超标。
最后应说明的是:以上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权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种大埋深缓倾斜煤层区域综合防突方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:待采煤层区域突出危险性预测;
根据待采煤层工作面揭露的情况,探明工作面顶底板岩性及工作面瓦斯地质情况,结合瓦斯地质分析的方法判断煤与瓦斯参数是否达到突出的危险指标,预测待采煤层区域突出危险性;如果待采煤层区域没有达到突出的危险性指标,则待采煤层区域没有突出危险,执行步骤8,进行区域验证和回采工作,否则待采煤层区域有突出危险,执行步骤2,实施防突措施;
步骤2:回采工作面机巷区域防突措施;
回采工作面机巷掘进施工前先施工高位预抽巷,然后在高位预抽巷内向机巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯作为机巷区域的防突措施;
步骤3:回采工作面机巷区域防突效果检验;
在高位预抽巷每间隔一定距离布置一个测点,每个测点布置多个防突措施效果检验孔,防突措施效果检验孔施工到待采煤层时在煤层中取样品,对取样样品进行残余瓦斯含量测定,将样品中的残余瓦斯含量作为防突效果检验指标,根据《煤矿安全规程》设定其临界值;当防突效果检验指标大于或等于其临界值时,机巷区域的防突措施无效,需要在防突效果检验孔周围的局部区域执行相应的防突措施,然后重新进行防突效果检验,直到防突效果检验指标小于其临界值时,执行下一步;
步骤4:回采工作面机巷区域验证;
机巷掘进过程中进行机巷区域验证,使用钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标构成的复合指标作为区域验证指标,并根据煤层工作面实际情况选取钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标的临界值;当区域验证指标大于或等于其临界值时,表明验证区域有突出危险,需要在有突出危险的局部验证区域执行相应的防突措施,然后重新进行区域验证,直到区域验证指标小于其临界值时,执行下一步;
步骤5:回采工作面风巷掘进和中间底抽巷掘进;风巷掘进过程中需要执行区域验证,该区域验证方法与步骤4中机巷区域验证方法相同;
步骤6:回采工作面区域防突措施;在机巷和风巷施工本煤层钻孔,在中间底抽巷施工穿层钻孔,作为回采工作面区域的防突措施;
步骤7:回采工作面区域防突措施效果检验,该防突措施效果检验方法与步骤3中机巷区域防突措施效果检验方法相同;
步骤8:回采工作面区域验证,该区域验证与步骤4中机巷区域验证方法相同。
2.根据权利要求1所述的一种大埋深缓倾斜煤层区域综合防突方法,其特征在于:步骤3所述工作面机巷区域防突效果检验,防突效果检验钻孔施工期间出现喷孔、顶钻及其他明显突出预兆或区域防突效果检验指标超标,则此防突效果检验钻孔周围半径100m内的预抽区域均判定为预抽防突效果无效,即为突出危险区,则应在此防突效果检验钻孔左右两侧100m范围内采取补打钻孔措施,作为局部区域的防突措施,然后重新进行区域防突效果检验,直到残余瓦斯含量不超标为止;当区域防突效果检验指标残余瓦斯含量不超标,且保证有足够的预抽期使预抽煤层瓦斯抽采率指标不低于35%时,执行步骤4。
3.根据权利要求1所述的一种大埋深缓倾斜煤层区域综合防突方法,其特征在于:步骤4所述区域验证,当区域验证指标不超过临界值时,机巷掘进过程中保留不少于3m的验证钻孔超前距,只要有一次区域验证为有突出危险或验证钻孔施工时出现喷孔、顶钻及其他明显突出预兆,则该区域以后的掘进作业均应采取补打钻孔措施,作为局部验证区域的防突措施,然后重新进行区域验证。
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