CN109322697A - 一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法，采用如下步骤：步骤一、优化布置采动区地面井直井、采动区L型地面井和高位钻孔的空间位置；步骤二、分别计算采动区地面井直井、采动区L型地面井和高位钻孔的瞬间抽采瓦斯量，得到抽采后瞬间可解吸瓦斯量q；步骤三、计算采煤工作面瞬间涌出的瓦斯量q′；步骤四、评定“以井代巷”措施是否达到治理采煤工作面瓦斯超限及补救措施，实现“以井代巷”治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的目的。采用本发明方法，可以解决采煤工作面、上隅角和回风巷瓦斯超限问题，采用“以井代巷”措施抽采达到治理采煤工作面瓦斯的要求，同时大大减少了施工成本。

Description

一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯治理技术领域，具体涉及一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法。

背景技术

由于高瓦斯矿井在高强度采煤条件下，随采煤采动卸压效应，采煤工作面和邻近煤(岩)层会释放大量的瓦斯，使得采煤工作面和上隅角易发生瓦斯浓度超限的情况，采煤机械可能产生的火花或热源存在发生瓦斯爆炸的可能，严重影响了采煤工作面安全生产。并且采煤后遗煤解吸瓦斯积聚采空区存在安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法，可以解决采煤工作面、上隅角和回风巷瓦斯超限问题。

一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法,采用如下步骤：

步骤一、优化布置采动区地面井直井、采动区L型地面井和高位钻孔的空间位置；

步骤二、分别计算采动区地面井直井、采动区L型地面井和高位钻孔的瞬间抽采瓦斯量，得到抽采后瞬间可解吸瓦斯量q；

步骤三、计算采煤工作面瞬间涌出的瓦斯量q′；

步骤四、将q′与q进行比较，当q<q′或q＝q′，抽采达到治理采煤工作面瓦斯的要求；当q>q′，增加采动区地面直井数量治理采煤工作面的瓦斯，重复上述步骤，直至抽采达到治理采煤工作面瓦斯的要求。

进一步，所述采动区地面井直井所在空间位置，

倾向平面位置：距进风巷的位置为d，其中40m<d<70m；

走向平面位置：沿采煤推进方向均匀间隔布置，相邻两井间距c，其中120m<c<140m；

剖面位置：向下穿过煤层h₁，其中0m<h₁<5m。

进一步，所述采动区L型地面井空间布置，

倾向平面位置：位于采煤工作面中部，即1/2l处，其中l为采煤工作面倾斜长度；

剖面位置：6～8倍采煤高度且位于坚硬岩层中。

所述高位钻孔的空间布置，

平面位置：距回风巷的距离为a，其中20m<a<60m；

剖面位置：5～7倍采煤高度附近且较坚硬岩层中。

进一步，采动区地面井直井瞬间抽采瓦斯量计算采用如下公式，

Q1＝n×q1×A1×η1A₁＝π×R₁ ²

式中，Q₁—采动区地面井直井瞬间抽采量，单位m³；n—地面井的数量；q₁—煤体瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；A₁—抽采范围，单位m²；η₁—抽采率；R₁—抽采半径，单位m。

进一步，采动区L型地面井瞬间抽采瓦斯量计算采用如下公式，

Q₂＝q₂×A₂×η₂

A₂＝2×R₂×b₂+(1/2)×π×R₂ ²

式中，Q₂—采动区L型地面井瞬间抽采量，单位m³；q₂—煤体瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；A₂—抽采范围，单位m²；η₂—抽采率；R₂—抽采半径，单位m；b₂—采动区L型地面井水平段瞬间可解吸煤体宽度，单位m。

进一步，高位钻孔瞬间抽采瓦斯量计算采用如下公式，

Q₃＝q₃×A₃×η₃

A₃＝2×R₃×b₃+(1/2)×π×R₃ ²

式中，Q₃—高位钻孔瞬间抽采抽采量，单位m³；q₃—顶板高位钻孔瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；A₃—抽采范围，单位m²；η₃—抽采率；R₃—抽采半径，单位m；b₃—高位钻孔瞬间可解吸煤体宽度，单位m。

进一步，抽采后瞬间可解吸瓦斯量计算采用如下公式：

q＝[N-(Q₁+Q₂+Q₃)]

式中，q为抽采后瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；N—原始煤层可解吸瓦斯含量，单位m³。

进一步，采煤工作面煤体瞬间可解吸瓦斯量计算采用如下公式：

M＝(l×h)×γ×b×q′

a＝M/(Q+M)

式中，a—采煤工作面瓦斯浓度，单位％；Q—工作面风量，单位m³，M—采煤工作面回采空间瞬间涌出瓦斯量，单位m³；l—采煤工作面长度，单位m；h—煤层厚度，单位m；γ—煤的容重，单位t/m³；b—采煤工作面瞬间可解吸瓦斯煤壁宽度，单位m；q′—采煤工作面煤体瞬间可解吸瓦斯量，单位m³/t；

为保证采煤工作面瓦斯不超限，采煤工作面瓦斯浓度a按0.5％计算，即：

M<(0.5％×Q)/(1-0.5％)

代入上式，可得

q′<[(0.5％×Q)/(1-0.5％)]/[(l×h)×b×γ]。

本发明的有益效果：采用本发明方法，可以解决采煤工作面、上隅角和回风巷瓦斯超限问题，采用“以井代巷”措施抽采达到治理采煤工作面瓦斯的要求，同时大大减少了施工成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为采动区地面井直井、采动区L型地面井和高位钻孔的布置示意图。

具体实施方式

图1为采动区地面井直井、采动区L型地面井和高位钻孔的布置示意图。一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法,采用如下步骤：

步骤一、优化布置采动区地面井直井、采动区L型地面井和高位钻孔的空间位置；

步骤二、分别计算采动区地面井直井、采动区L型地面井和高位钻孔的瞬间抽采瓦斯量，得到抽采后瞬间可解吸瓦斯量q；

步骤三、计算采煤工作面瞬间涌出的瓦斯量q′；

步骤四、将q′与q进行比较，当q<q′或q＝q′，抽采达到治理采煤工作面瓦斯的要求；当q>q′，增加采动区地面直井数量治理采煤工作面的瓦斯，重复上述步骤，直至抽采达到治理采煤工作面瓦斯的要求。

本实施例中，所述采动区地面井直井所在空间位置，

倾向平面位置：距进风巷的位置为d，其中40m<d<70m；

走向平面位置：沿采煤推进方向均匀间隔布置，相邻两井间距c，其中120m<c<140m；

剖面位置：向下穿过煤层h₁，其中0m<h₁<5m，即采动区地面井直井的底面高度为煤层向下h₁。

本实施例中，所述采动区L型地面井空间布置，

倾向平面位置：位于采煤工作面中部，即1/2l处，其中l为采煤工作面倾斜长度；

剖面位置：6～8倍采煤高度且位于坚硬岩层中，优选为7倍。

所述高位钻孔的空间布置，

平面位置：距回风巷的距离为a，其中20m<a<60m；

剖面位置：5～7倍采煤高度附近且较坚硬岩层中，优选为6倍。

本实施例中，采动区地面井直井瞬间抽采瓦斯量计算采用如下公式，

Q1＝n×q1×A1×η1A₁＝π×R₁ ²

式中，Q₁—采动区地面井直井瞬间抽采量，单位m³；n—地面井的数量；q₁—煤体瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；A₁—抽采范围，单位m²；η₁—抽采率；R₁—抽采半径，单位m。

本实施例中，采动区L型地面井瞬间抽采瓦斯量计算采用如下公式，

Q₂＝q₂×A₂×η₂

A₂＝2×R₂×b₂+(1/2)×π×R₂ ²

式中，Q₂—采动区L型地面井瞬间抽采量，单位m³；q₂—煤体瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；A₂—抽采范围，单位m²；η₂—抽采率；R₂—抽采半径，单位m；b₂—采动区L型地面井水平段瞬间可解吸煤体宽度，单位m。

本实施例中，高位钻孔瞬间抽采瓦斯量计算采用如下公式，

Q₃＝q₃×A₃×η₃

A₃＝2×R₃×b₃+(1/2)×π×R₃ ²

式中，Q₃—高位钻孔瞬间抽采抽采量，高位钻孔采用顶板高位钻孔，单位m³；q₃—顶板高位钻孔瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；A₃—抽采范围，单位m²；η₃—抽采率；R₃—抽采半径，单位m；b₃—高位钻孔瞬间可解吸煤体宽度，单位m。

本实施例中，抽采后瞬间可解吸瓦斯量计算采用如下公式：

q＝[N-(Q₁+Q₂+Q₃)]

式中，q为抽采后瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；N—原始煤层可解吸瓦斯含量，单位m³。

本实施例中，采煤工作面煤体瞬间可解吸瓦斯量计算采用如下公式：

M＝(l×h)×γ×b×q′

a＝M/(Q+M)

式中，a—采煤工作面瓦斯浓度，单位％；Q—工作面风量，单位m³，M—采煤工作面回采空间瞬间涌出瓦斯量，单位m³；l—采煤工作面长度，单位m；h—煤层厚度，单位m；γ—煤的容重，单位t/m³；b—采煤工作面瞬间可解吸瓦斯煤壁宽度，单位m；q′—采煤工作面煤体瞬间可解吸瓦斯量，单位m³/t；

为保证采煤工作面瓦斯不超限，采煤工作面瓦斯浓度a按0.5％计算，即：

M<(0.5％×Q)/(1-0.5％)

代入上式，可得

q′<[(0.5％×Q)/(1-0.5％)]/[(l×h)×b×γ]。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法,其特征在于：

步骤一、优化布置采动区地面井直井、采动区L型地面井和高位钻孔的空间位置；

步骤二、分别计算采动区地面井直井、采动区L型地面井和高位钻孔的瞬间抽采瓦斯量，得到抽采后瞬间可解吸瓦斯量q；

步骤三、计算采煤工作面瞬间涌出的瓦斯量q′；

步骤四、将q′与q进行比较，当q<q′或q＝q′，抽采达到治理采煤工作面瓦斯的要求；当q>q′，增加采动区地面直井数量治理采煤工作面的瓦斯，重复上述步骤，直至抽采达到治理采煤工作面瓦斯的要求。

2.根据权利要求1所述的一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法,其特征在于：所述采动区地面井直井所在空间位置，

倾向平面位置：距进风巷的位置为d，其中40m<d<70m；

走向平面位置：沿采煤推进方向均匀间隔布置，相邻两井间距c，其中120m<c<140m；

剖面位置：向下穿过煤层h₁，其中0m<h₁<5m。

3.根据权利要求2所述的一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法,其特征在于：所述采动区L型地面井空间布置，

倾向平面位置：位于采煤工作面中部，即1/2l处，其中l为采煤工作面倾斜长度；

剖面位置：6～8倍采煤高度且位于坚硬岩层中。

4.根据权利要求3所述的一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法,其特征在于：所述高位钻孔的空间布置，

平面位置：距回风巷的距离为a，其中20m<a<60m；

剖面位置：5～7倍采煤高度附近且较坚硬岩层中。

5.根据权利要求1所述的一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法,其特征在于：采动区地面井直井瞬间抽采瓦斯量计算采用如下公式，

Q₁＝n×q₁×A₁×η₁

A₁＝π×R₁ ²

式中，Q₁—采动区地面井直井瞬间抽采量，单位m³；n—地面井的数量；q₁—煤体瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；A₁—抽采范围，单位m²；η₁—抽采率；R₁—抽采半径，单位m。

6.根据权利要求5所述的一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法,其特征在于：采动区L型地面井瞬间抽采瓦斯量计算采用如下公式，

Q₂＝q₂×A₂×η₂

A₂＝2×R₂×b₂+(1/2)×π×R₂ ²

式中，Q₂—采动区L型地面井瞬间抽采量，单位m³；q₂—煤体瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；A₂—抽采范围，单位m²；η₂—抽采率；R₂—抽采半径，单位m；b₂—采动区L型地面井水平段瞬间可解吸煤体宽度，单位m。

7.根据权利要求6所述的一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法,其特征在于：高位钻孔瞬间抽采瓦斯量计算采用如下公式，

Q₃＝q₃×A₃×η₃

A₃＝2×R₃×b₃+(1/2)×π×R₃ ²

式中，Q₃—高位钻孔瞬间抽采抽采量，单位m³；q₃—顶板高位钻孔瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；A₃—抽采范围，单位m²；η₃—抽采率；R₃—抽采半径，单位m；b₃—高位钻孔瞬间可解吸煤体宽度，单位m。

8.根据权利要求7所述的一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法,其特征在于：抽采后瞬间可解吸瓦斯量计算采用如下公式：

q＝[N-(Q₁+Q₂+Q₃)]

式中，q为抽采后瞬间可解吸瓦斯量，单位m³；N—原始煤层可解吸瓦斯含量，单位m³。

9.根据权利要求8所述的一种以井代巷治理高瓦斯采煤工作面瓦斯的方法,其特征在于：采煤工作面煤体瞬间可解吸瓦斯量计算采用如下公式：

M＝(l×h)×γ×b×q′

a＝M/(Q+M)

式中，a—采煤工作面瓦斯浓度，单位％；Q—工作面风量，单位m³，M—采煤工作面回采空间瞬间涌出瓦斯量，单位m³；l—采煤工作面长度，单位m；h—煤层厚度，单位m；γ—煤的容重，单位t/m³；b—采煤工作面瞬间可解吸瓦斯煤壁宽度，单位m；q′—采煤工作面煤体瞬间可解吸瓦斯量，单位m³/t；

为保证采煤工作面瓦斯不超限，采煤工作面瓦斯浓度a按0.5％计算，即：

M<(0.5％×Q)/(1-0.5％)

代入上式，可得

q′<[(0.5％×Q)/(1-0.5％)]/[(l×h)×b×γ]。