CN109973140A - 一种高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法，该方法设置有顶板岩巷、回采工作面、工作面进风巷、工作面回风巷、顶板岩巷正常回采段、顶板岩巷初采段、双排抽采钻孔和工作面切眼巷，所述工作面进风巷与工作面回风巷相连通并构成回采工作面U型通风系统，在所述回采工作面上部布置顶板岩巷，所述顶板岩巷正常回采段布置在裂隙带高度，所述顶板岩巷初采段布置在冒落带范围，在所述顶板岩巷内施工双排抽采钻孔,抽采回采工作面初采期间顶板采空区内聚存的瓦斯。本发明降低了顶板岩巷施工成本、提高了回采工作面初采期间顶板岩巷的抽采影响范围，有效拦截回采期间瓦斯向回采工作面采掘空间涌出，保障了作业安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿工作面初采瓦斯抽采方法，适用于含瓦斯煤层的高瓦斯与煤与瓦斯突出矿井，具体为一种高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法。
背景技术
随着国家对安全生产的高度关注，煤矿安全生产压力逐年增大。高瓦斯、突出矿井在高度机械化、高产能压力下，消除煤体的突出危险性、最大限度降低开采期间瓦斯涌出量以确保回采面瓦斯不超限，是高瓦斯、突出矿井能够持续健康发展的最重要的因素。高瓦斯、突出矿井在采取保护层开采、区域抽采措施后，虽在区域范围内消除了煤层的突出危险性，但由于瓦斯赋存的不均一性、抽采措施施工等因素的局限性，回采期间由于采动影响、回采速度过快等不确定因素的存在，导致工作面瓦斯涌出异常增大导致工作面瓦斯浓度超过安全规定值的现象时有发生，给安全生产带来巨大隐患。
为有效解决工作面回采期间煤体异常涌出、人为因素、外在环境不确定因素等造成的瓦斯涌出量大导致瓦斯超限事故发生，较多高瓦斯、突出矿井在回采面上方开掘一条顶板岩巷，对回采面因采动影响产生的顶板裂隙带及采空区瓦斯进行拦截抽采，改变回采面瓦斯运移方向，使工作面涌出的瓦斯最大限度的达到最小值。施工顶板岩巷治理工作面回采期间瓦斯涌出问题，虽能有效拦截工作面瓦斯向采掘空间移动，但该技术却存在岩巷工程量大、初采期间因顶板垮落面积大一次性压出采空区大量瓦斯易导致的超限事故发生。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法，该方法设置有顶板岩巷、回采工作面、工作面进风巷、工作面回风巷、顶板岩巷正常回采段、顶板岩巷初采段、双排抽采钻孔和工作面切眼巷，所述工作面进风巷与工作面回风巷相连通并构成回采工作面U型通风系统，在所述回采工作面上部布置顶板岩巷，所述顶板岩巷正常回采段布置在裂隙带高度，所述顶板岩巷初采段布置在冒落带范围，在所述顶板岩巷内施工双排抽采钻孔,抽采回采工作面初采期间顶板采空区内聚存的瓦斯。所述高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法包括步骤A和步骤B，其中：
步骤A：在开采煤层顶板上方的岩层内开掘一条顶板岩巷，回采工作面回采前所述顶板岩巷施工到位，所述顶板岩巷正常回采段的水平层位在回采工作面且位于工作面回风巷的内侧，所述顶板岩巷正常回采段的垂直层位在回采工作面的顶板上方的岩层顶板裂隙带范围内，所述顶板岩巷掘进至与工作面切眼巷的距离为100m后将顶板岩巷的垂直层位降低，且所述顶板岩巷的巷道末端与工作面切眼巷的距离为50m后停止送巷，所述顶板岩巷与工作面回风巷之间水平层位距离减小。
步骤B：所述顶板岩巷的末端开掘朝向工作面切眼巷方向的双排抽采钻孔，其中第一排抽采钻孔位于顶板岩巷底板上方0.5m高处，并为角度为0°的水平成孔；第二排抽采钻孔位于顶板岩巷的底板处，并为俯角成孔；当回采工作面正常回采期间，拆除顶板岩巷迎头施工的两排抽采钻孔，并封闭所述顶板岩巷的始端，在所述顶板岩巷内埋设多趟抽采管路对顶板岩巷内的瓦斯进行抽采，使回采工作面回采涌出的瓦斯均向开采巷道上方的顶板裂隙带富集，通过抽采拦截作用，降低回采工作面瓦斯涌出量。
进一步的，所述顶板岩巷正常回采段的水平层位位于工作面回风巷内侧，并距离工作面回风巷20~30m，所述顶板岩巷初采段的末端距离工作面切眼巷100m位置时，所述顶板岩巷的水平层位在原水平层位的基础上，向工作面回风巷一侧距离减小5m，至距工作面切眼巷50m后停止掘进。
进一步的，所述顶板岩巷正常回采段的垂直层位设置在距离开采煤层巷道顶板上方50~60m处，所述顶板岩巷初采段掘进至距工作面切眼巷100m时，将顶板岩巷卧底掘进，至距工作面切眼巷50m后停止掘进，所述顶板岩巷初采段末端的50m，设置在距离开采煤层巷道顶板上方30~40m处。
进一步的，所述顶板岩巷封闭前，将所述顶板岩巷掘进期间施工的第二排抽采钻孔拆除，使第二排抽采钻孔内呈自然释放状态，并使用两道或三道料石墙封闭，料石墙厚度不小于1m，并在顶板岩巷周边掏槽，墙内埋设多趟抽采管，所述抽采管深入已密闭的顶板岩巷内15~30m。
进一步的，所述双排抽采钻孔的孔径均为72~113mm，第一排抽采钻孔和第二排抽采钻孔均布置成扇形且靠近工作面回风巷侧的抽采钻孔较另一侧密集，所述每排抽采钻孔布孔8~10个，所述抽采钻孔的长度为40~50m。
本发明的工作原理是：通过现有常规技术对回采工作面顶板岩层的力学性能测定、数值模拟分析、钻孔抽采效果等因素的考察，确定最佳顶板岩巷垂直层位和水平层位。顶板岩巷末端钻孔要布置在顶板伪顶或直接顶范围，在老顶垮落产生较大体积瓦斯压出之前，超前拦截采空区积存的瓦斯，使采空区及顶板裂隙无法积存大量瓦斯，保障了工作面回采期间的作业安全。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.由于回采工作面回采涌出的大量瓦斯均在顶板裂隙带内富集，设置顶板岩巷可对顶板裂隙带瓦斯集中性抽采，所述顶板岩巷的水平层位设置在工作面回风巷内侧、垂直层位设置在顶板裂隙带处，可高效拦截回采工作面瓦斯向回采工作面上隅角或工作面回风巷内涌出，有效避免了上隅角超限问题发生。
2.考虑到顶板岩巷的初采巷道顶板不易垮落的实际，在顶板岩巷施工至距切眼100m后，向下卧底掘进，并掘进至距工作面切眼巷50m后停止掘进，既可有效解决工作面初采由于顶板采空大面积垮落压出的大量瓦斯，又可节省施工不能有效发挥抽采效果的最前端50m高抽岩巷的目的。
3.在顶板岩巷的末端设置两排扇形钻孔，可将钻孔布置在顶板伪顶、直接顶范围内，提前对工作面涌出和积存的瓦斯、对裂隙带瓦斯实现超前抽采。
4.考虑了回采工作面的初采极易造成瓦斯超限实际，对顶板岩巷初采段100m进行层位更改，既节约了岩巷施工成本，又加大了顶板岩巷对初采期间瓦斯抽采的影响范围和抽采量，引导瓦斯向顶板岩巷初采段的方向运移，有效杜绝了瓦斯超限事故发生。
本发明采用顶板岩巷正常回采段和顶板岩巷初采段不同的层位设计，结合顶板岩巷末端钻孔对工作面瓦斯加强抽采的关键技术，降低了顶板岩巷施工成本、提高了回采工作面初采期间顶板岩巷的抽采影响范围，有效拦截回采期间瓦斯向回采工作面采掘空间涌出，保障了作业安全。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述一种高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法的平面布置示意图
图2是本发明所述一种高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法的纵向布置示意图。
图中：1.顶板岩巷，2.回采工作面，3.工作面进风巷，4.工作面回风巷，5.顶板采空区，6.顶板岩巷正常回采段，7.顶板岩巷初采段，8.双排抽采钻孔，8-1.第一排抽采钻孔,8-2.第二排抽采钻孔，9.工作面切眼巷。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图以及具体实施例对本发明进行清楚地描述，在此处的描述仅仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
如图1-2所示，本发明提出了一种高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法，该方法设置有顶板岩巷1、回采工作面2、工作面进风巷3、工作面回风巷4、顶板岩巷正常回采段6、顶板岩巷初采段7、双排抽采钻孔8和工作面切眼巷9，所述工作面进风巷3与工作面回风巷4相连通并构成回采工作面2的U型通风系统，在所述回采工作面2的上部布置顶板岩巷1，所述顶板岩巷正常回采段6布置在裂隙带高度，所述顶板岩巷初采段7布置在冒落带范围，在所述顶板岩巷1内施工双排抽采钻孔8,抽采回采工作面初采期间顶板采空区5内聚存的瓦斯。所述高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法包括步骤A和步骤B，其中：
步骤A：在开采煤层顶板上方的岩层内开掘一条顶板岩巷1，回采工作面2回采前所述顶板岩巷1施工到位，所述顶板岩巷正常回采段6的水平层位在回采工作面2且位于工作面回风巷4的内侧，所述顶板岩巷正常回采段6垂直层位在回采工作面2的顶板上方的岩层顶板裂隙带范围内，所述顶板岩巷1掘进至与工作面切眼巷9的距离为100m后将顶板岩巷1的垂直层位降低，且所述顶板岩巷1的巷道末端与工作面切眼巷9的距离为50m后停止送巷，所述顶板岩巷1与工作面回风巷4之间水平层位距离减小。
步骤B：所述顶板岩巷1的末端开掘朝向工作面切眼巷9方向的双排抽采钻孔8，其中第一排抽采钻孔8-1位于顶板岩巷1的底板上方0.5m高处，并为角度为0°的水平成孔；第二排抽采钻孔8-2位于顶板岩巷1的底板处，并为俯角成孔；当回采工作面2正常回采期间，拆除顶板岩巷1内最前端迎头施工的两排抽采钻孔8，并封闭所述顶板岩巷1的始端，在所述顶板岩巷1内埋设多趟抽采管路对顶板岩巷1内的瓦斯进行抽采，使回采工作面2回采涌出的瓦斯均向开采巷道上方的顶板裂隙带富集，通过抽采拦截作用，降低回采工作面2的瓦斯涌出量。
进一步的，所述顶板岩巷正常回采段6的水平层位位于工作面回风巷4的内侧，并与工作面回风巷4的距离为25m，所述顶板岩巷初采段7的末端与工作面切眼巷9距离的距离为100m时，所述顶板岩巷初采段7的水平层位在原水平层位的基础上，向工作面回风巷4一侧距离减小5m，至与工作面切眼巷9的距离为50m后停止送巷。
进一步的，所述顶板岩巷正常回采段6的垂直层位设置在距离开采煤层巷道顶板上方50~60m处，所述顶板岩巷初采段7掘进至与工作面切眼巷9的距离为 100m时，将顶板岩巷1卧底掘进，至与工作面切眼巷9的距离为50m后停止送巷，所述顶板岩巷初采段7末端的50m，设置在距离开采煤层巷道顶板上方35m处。
进一步的，所述顶板岩巷1封闭前，将所述顶板岩巷1掘进期间在迎头施工的两排抽采钻孔8拆除，使两排抽采钻孔8-1和8-2呈自然释放状态，并使用两道或三道料石墙封闭，料石墙厚度不小于1m，并在顶板岩巷1的周边掏槽，墙内埋设多趟抽采管，所述抽采管深入已密闭的顶板岩巷1内25m。
进一步的，所述双排抽采钻孔8的孔径均为94mm，第一排抽采钻孔8-1和第二排抽采钻孔8-2均布置成扇形且靠近工作面回风巷4侧的抽采钻孔较另一侧密集，所述每排抽采钻孔布孔8个，所述抽采钻孔的长度为45m。
本发明的工作原理是：通过现有常规技术对回采工作面2的顶板岩层的力学性能测定、数值模拟分析、钻孔抽采效果等因素的考察，确定最佳顶板岩巷1的垂直层位和水平层位。顶板岩巷1的末端的双排抽采钻孔8要布置在顶板伪顶或直接顶范围，在老顶垮落产生较大体积瓦斯压出之前，超前拦截采空区积存的瓦斯，使顶板采空区5及顶板裂隙无法积存大量瓦斯，保障了回采工作面2回采期间的作业安全。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法，该方法设置有顶板岩巷、回采工作面、工作面进风巷、工作面回风巷、顶板岩巷正常回采段、顶板岩巷初采段、双排抽采钻孔和工作面切眼巷，其特征在于：所述工作面进风巷与工作面回风巷相连通并构成回采工作面U型通风系统，在所述回采工作面上部布置顶板岩巷，所述顶板岩巷正常回采段布置在裂隙带高度，所述顶板岩巷初采段布置在冒落带范围，在所述顶板岩巷内施工双排抽采钻孔,抽采回采工作面初采期间顶板采空区内聚存的瓦斯；
所述高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法包括步骤A和步骤B，其中：
步骤A：在开采煤层顶板上方的岩层内开掘一条顶板岩巷，回采工作面回采前所述顶板岩巷施工到位，所述顶板岩巷正常回采段的水平层位在回采工作面且位于工作面回风巷的内侧，所述顶板岩巷正常回采段的垂直层位在回采工作面的顶板上方的岩层顶板裂隙带范围内，所述顶板岩巷掘进至与工作面切眼巷的距离为100m后将顶板岩巷的垂直层位降低，且所述顶板岩巷的巷道末端与工作面切眼巷的距离为50m后停止送巷，所述顶板岩巷与工作面回风巷之间水平层位距离减小；
步骤B：所述顶板岩巷的末端开掘朝向工作面切眼巷方向的双排抽采钻孔，其中第一排抽采钻孔位于顶板岩巷底板上方0.5m高处，并为角度为0°的水平成孔；第二排抽采钻孔位于顶板岩巷的底板处，并为俯角成孔；当回采工作面正常回采期间，拆除顶板岩巷迎头施工的两排抽采钻孔，并封闭所述顶板岩巷的始端，在所述顶板岩巷内埋设多趟抽采管路对顶板岩巷内的瓦斯进行抽采，使回采工作面回采涌出的瓦斯均向开采巷道上方的顶板裂隙带富集，通过抽采拦截作用，降低回采工作面瓦斯涌出量。
2.根据权利要求1所述的高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法，其特征在于：所述顶板岩巷正常回采段的水平层位位于工作面回风巷内侧，并距离工作面回风巷20~30m，所述顶板岩巷初采段的末端距离工作面切眼巷100m位置时，所述顶板岩巷的水平层位在原水平层位的基础上，向工作面回风巷一侧距离减小5m，至距工作面切眼巷50m后停止掘进。
3.根据权利要求1所述的高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法，其特征在于：所述顶板岩巷正常回采段的垂直层位设置在距离开采煤层巷道顶板上方50~60m处，所述顶板岩巷初采段掘进至距工作面切眼巷100m时，将顶板岩巷卧底掘进，至距工作面切眼巷50m后停止掘进，所述顶板岩巷初采段末端的50m，设置在距离开采煤层巷道顶板上方30~40m处。
4.根据权利要求1所述的高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法，其特征在于：所述顶板岩巷封闭前，将所述顶板岩巷掘进期间施工的两排抽采钻孔拆除，使两排抽采钻孔内呈自然释放状态，并使用两道或三道料石墙封闭，料石墙厚度不小于1m，并在顶板岩巷的周边掏槽，墙内埋设多趟抽采管，所述抽采管深入已密闭的顶板岩巷内15~30m。
5.根据权利要求1所述的高突矿井大采高工作面初采高效瓦斯抽采方法，其特征在于：所述双排抽采钻孔的孔径均为72~113mm，第一排抽采钻孔和第二排抽采钻孔均布置成扇形且靠近工作面回风巷侧的抽采钻孔较另一侧密集，所述每排抽采钻孔布孔8~10个，所述抽采钻孔的长度为40~50m。
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| 刘怡君等: "《煤矿瓦斯综合治理技术手册 第1卷》", 31 August 2003, 吉林音乐出版社 * |
| 张瑞等: "高瓦斯矿顶板高抽巷优化布置与支护技术研究", 《山西焦煤科技》 * |
| 曹涛等: "综采面初采期间顶板走向钻孔替代高抽巷抽采瓦斯技术应用", 《蒙古煤炭经济》 * |
| 邱阳等: "《煤矿安全技术与风险预控管理》", 31 January 2016, 冶金工业出版社 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111173514A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-19 | 天地科技股份有限公司 | 矿井工作面上隅角悬顶处理方法 |
| CN111287787A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-16 | 华北科技学院 | 一种顶板扩裂高效抽放瓦斯的方法 |
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