CN111577378A - 一种煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤炭开采生产设备技术领域，具体为煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法，该方法包括：根据煤层地质条件和行业标准规定，可以选择在开采煤层以上施工抽采工程，也可以选择在开采煤层以下施工抽采工程；能够利用煤层瓦斯抽采与充填开采协同工作的方法，降低了煤与瓦斯突出煤层开采的成本，采用本发明所述的方法能够利用钻孔实现瓦斯抽采工程和充填开采工程的实施，不再需要各自专门施工，提高了煤矿开采的效率，特别是对于一些中小企业来说，解决了资源开采前期投入成本过大的问题，降低瓦斯灾害风险、保护地表生态环境作用的同时，还可以节约井巷工程投入成本，提高企业生产效率，具有广阔的应用前景。

Description

一种煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法

技术领域

本发明涉及煤炭开采生产设备技术领域，具体为煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法。

背景技术

煤与瓦斯突出煤层在开采之前，一般需要在临近岩层或煤层当中，向开采层施工长距离钻孔来抽取煤层中的瓦斯，以降低煤层当中的瓦斯含量，从而避免发生瓦斯事故。同时，在煤层开采过程中，由于煤炭被大量开发，采空区以上范围形成冒落带、弯曲下沉带、裂隙带，往往波及地表范围，造成地表农田、村庄或铁路设施的沉降，可能会导致生态环境的不同程度破坏，影响居民生存生活。为减小煤炭开采对地表建筑的不良影响，常常将一些特定配比的原料充填至采空区内，起到支撑稳定上覆岩层的作用，称之为充填开采。依据行业规定，煤与瓦斯突出煤层最常见的瓦斯治理措施是保护层开采和预抽煤层瓦斯，施工了大量专门的配套巷道、钻孔工程，这些工程一般仅服务于瓦斯治理过程，而充填开采阶段，也实施了大量的专门巷道、钻孔工程，来服务于充填开采过程。

一般来说，由于服务对象、服务阶段的不同，为保障煤矿井下各工序能够顺利开展，瓦斯抽采工程和充填开采工程相互独立，需要各自专门施工。这在一定程度上增加了煤与瓦斯突出煤层开采的成本，而且由于施工进度的限制，也影响了煤矿开采高产高效的发挥，特别是对于一些中小企业来说，资源开采前期投入成本过大已成为制约企业发展的瓶颈。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明提供一种煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：

本发明提供了一种煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法，该方法包括：根据煤层地质条件和行业标准规定，可以选择在开采煤层以上施工抽采工程，也可以选择在开采煤层以下施工抽采工程；

如果在开采煤层以上施工抽采工程，按以下步骤进行：

步骤一，建立地面充填站、地面瓦斯泵站；在矿井地面空地建立充填站，结合充填站及井下工作面位置确定垂直充填钻孔位置，钻孔终孔位置落在充填专用巷内，充填专用巷布置在工作面基本顶之上岩层内；充填站及充填钻孔设计完毕后，根据地应力大小、岩层力学性质、专用巷支护难易程度、专用巷断面尺寸选择可以施工专用巷的岩层，充填专用巷与工作面上顺槽基本处在同一水平，长度等于工作面走向长度，充填专用巷与进风上山相连，通过联络巷与回风上山相连，充填专用巷内部通风方式为轴流式局部通风机抽出式通风；

步骤二，计算充填钻孔、抽采钻孔理论间距；根据工作面开采厚度、推进速度、工作面长度、工作面基本顶极限破断距，确定每次充填循环作业间隔距离，确定相邻充填钻场间隔距离，确定冒落区充填钻孔数目，以保证在直接顶跨落后、基本顶尚未垮落前及时进行充填作业；同时，根据工作面长度、煤层透气性系数等参数，确定抽采钻孔有效抽采半径、抽采钻孔间距、抽采钻孔数目；

步骤三，确定钻孔数目、钻孔间距；比较理论计算的充填钻孔与瓦斯抽采钻孔数目、充填钻孔与瓦斯抽采钻孔间距，当钻孔数目不一致时，取充填钻孔和瓦斯抽采钻孔数量较大者，确定为充填钻孔和抽采钻孔的数量，进而确定钻孔间距、钻孔数目；

步骤四，煤层开采前预抽；在煤层开采前，将钻孔连接抽采系统，按照设定的预抽负压、预抽期，抽采煤层瓦斯；

步骤五，煤层开采过程中充填；煤层预抽瓦斯结束后，拆掉抽采系统，将充填管路系统连接钻孔，伴随煤层开采过程进行采空区充填，采煤工作面开始回采并不断向前推进，工作面后方达到预先确定的充填步距时，启动地面充填站内料浆配置系统，送入料浆缓冲料斗，由料斗内控制装置连续送入充填钻孔内管路进行充填；

步骤六，充填钻孔内料浆通过钻孔内管路输送至充填专用巷内管路，充填专用巷内管路一端连接预充填钻场内的5个布料支管，布料支管与充填钻孔紧密连接，充填作业开始时，打开充填专用巷内管路阀门，似膏体料浆通过充填布料管流入充填钻孔；充填作业过程中，充填人员应密切监控充填情况，如果发现料浆难以注入，及时关闭管路阀门，待料浆全部充入充填区域后，继续连接布料管路，进行充填作业，填充区内布置有移动装置，所述移动装置连接有密封箱体，密封箱体的边长与填充区的截面边长对应，密封箱体将填充区分隔出一部分的开采区，充填作业时，密封箱体布置于工作的布料支管右侧，按照充填作业循环时间进行充填，保证正常累计充填时间不小于预先计算的充满区域需要时间；

如果在开采煤层以下施工抽采工程，此时只需将钻孔和巷道开设于煤层的下方；其他的步骤按照在开采煤层以上施工抽采工程的步骤进行即可。

优选的，在步骤四中，在煤层开采前预抽的步骤前，利用高压水流进行多相振荡射流穿层孔预抽煤巷煤层瓦斯技术，对煤层进行预处理，以提高瓦斯的抽采率，有效的消除煤层区域内的瓦斯。

优选的，在步骤五中，料浆配置系统所配置的填充浆料由重量百分比的：矸石40-50％，粉煤灰20-30％，胶结料3-10％，水20-25％混匀制成，制成的似膏体浆料。

通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：

本发明所述的煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法，能够利用煤层瓦斯抽采与充填开采协同工作的方法，降低了煤与瓦斯突出煤层开采的成本，采用本发明所述的方法能够利用钻孔实现瓦斯抽采工程和充填开采工程的实施，不再需要各自专门施工，提高了煤矿开采的效率，特别是对于一些中小企业来说，解决了资源开采前期投入成本过大的问题，降低瓦斯灾害风险、保护地表生态环境作用的同时，还可以节约井巷工程投入成本，提高企业生产效率，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法的具体实施施工图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：

本发明提供了一种煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法，该方法包括：根据煤层地质条件和行业标准规定，可以选择在开采煤层以上施工抽采工程，也可以选择在开采煤层以下施工抽采工程；

如果在开采煤层以上施工抽采工程，按以下步骤进行：

步骤一，建立地面充填站、地面瓦斯泵站；在矿井地面空地建立充填站，结合充填站及井下工作面位置确定垂直充填钻孔位置，钻孔终孔位置落在充填专用巷1内，充填专用巷1布置在工作面基本顶之上岩层内；充填站及充填钻孔设计完毕后，根据地应力大小、岩层力学性质、专用巷支护难易程度、专用巷断面尺寸选择可以施工专用巷的岩层，充填专用巷1与工作面上顺槽基本处在同一水平，长度等于工作面走向长度，充填专用巷1与进风上山相连，通过联络巷与回风上山相连，充填专用巷1内部通风方式为轴流式局部通风机抽出式通风；

步骤二，计算充填钻孔、抽采钻孔理论间距；根据工作面开采厚度、推进速度、工作面长度、工作面基本顶极限破断距，确定每次充填循环作业间隔距离，确定相邻充填钻场间隔距离，确定冒落区布料支管4数目，以保证在直接顶跨落后、基本顶尚未垮落前及时进行充填作业；同时，根据工作面长度、煤层透气性系数等参数，确定抽采钻孔有效抽采半径、抽采钻孔间距、抽采钻孔数目；

步骤三，确定钻孔数目、钻孔间距；比较理论计算的充填钻孔与瓦斯抽采钻孔数目、充填钻孔与瓦斯抽采钻孔间距，当钻孔数目不一致时，取充填钻孔和抽采钻孔中数量较大者，确定为充填钻孔和瓦斯抽采钻孔的数量，进而确定出钻孔间距、钻孔其它参数；

步骤四，煤层开采前预抽；在煤层开采前，在煤层开采前预抽的步骤前，利用高压水流进行多相振荡射流穿层孔预抽煤巷煤层瓦斯技术，对煤层进行预处理，以提高瓦斯的抽采率，有效的消除煤层区域内的瓦斯，将钻孔连接抽采系统，按照设定的预抽负压、预抽期，抽采煤层瓦斯；

步骤五、煤层开采过程中充填；煤层预抽瓦斯结束后，拆掉抽采系统，将充填管路系统连接钻孔，伴随煤层开采过程进行采空区2充填，采煤工作面开始回采并不断向前推进，工作面后方达到预先确定的充填步距时，启动地面充填站内料浆配置系统，料浆配置系统所配置的填充浆料由重量百分比的：矸石40-50％，粉煤灰20-30％，胶结料3-10％，水20-25％混匀制成，制成的似膏体浆料，送入料浆缓冲料斗，由料斗内控制装置连续送入充填钻孔内管路3进行充填；

步骤六，充填钻孔内料浆通过钻孔内管路3输送至充填专用巷1内管路，充填专用巷1内管路一端连接预充填钻场内的5个布料支管4，布料支管4与布料支管4紧密连接，充填作业开始时，打开充填专用巷1内管路阀门，似膏体料浆通过钻孔内管路3流入布料支管4；充填作业过程中，充填人员应密切监控充填情况，如果发现料浆难以注入，及时关闭管路阀门，待料浆全部充入充填区域后，继续连接布料支管4，进行充填作业，采空区2内布置有移动装置5，所述移动装置5连接有密封箱体7，密封箱体7的边长与采空区2的截面边长对应，密封箱体7将采空区2分隔出一部分的开采区6，充填作业时，密封箱体7布置于工作的布料支管4右侧，能够在填充作业时，将采空区2分隔出一部分作为开采区6，同时从布料支管4内流出的浆料不会进入到开采区6，保证在填充作业的同时进行开采作业，当浆料填充完全后，通过移动装置5带动密封箱体7前进，按照充填作业循环时间进行充填，保证正常累计充填时间不小于预先计算的充满区域需要时间；

如果在开采煤层以下施工抽采工程，此时只需将钻孔和巷道开设于煤层的下方；其他的步骤按照在开采煤层以上施工抽采工程的步骤进行即可。

虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (3)

1.一种煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法，其特征在于，该方法包括：根据煤层地质条件和行业标准规定，可以选择在开采煤层以上施工抽采工程，也可以选择在开采煤层以下施工抽采工程；

如果在开采煤层以上施工抽采工程，按以下步骤进行：

步骤一，建立地面充填站、地面瓦斯抽采泵站；在矿井地面空地建立充填站，结合充填站及井下工作面位置确定垂直充填钻孔位置，钻孔终孔位置控制在充填专用巷内，充填专用巷布置在工作面基本顶之上岩层内；充填站及充填钻孔设计完毕后，根据地应力大小、岩层力学性质、专用巷支护难易程度、专用巷断面尺寸选择可以施工专用巷的岩层，充填专用巷与工作面上顺槽基本处在同一水平，长度等于工作面走向长度，充填专用巷与进风上山相连，通过联络巷与回风上山相连，充填专用巷内部通风方式为轴流式局部通风机抽出式通风；

步骤二，计算充填钻孔、抽采钻孔理论间距；根据工作面开采厚度、推进速度、工作面长度、工作面基本顶极限破断距，确定每次充填循环作业间隔距离，确定相邻充填钻场间隔距离，确定冒落区充填钻孔数目，以保证在直接顶跨落后、基本顶尚未垮落前及时进行充填作业；同时，根据工作面长度、煤层透气性系数等参数，确定抽采钻孔有效抽采半径、抽采钻孔间距、抽采钻孔数目；

步骤三，确定钻孔数目、钻孔间距；比较理论计算的充填钻孔与瓦斯抽采钻孔数目、充填钻孔与瓦斯抽采钻孔间距，当充填钻孔和瓦斯抽采钻孔数目不一致时，按钻孔数目较多者选取，最确定为钻孔间距、钻孔数量，作为充填钻孔和抽采钻孔的施工参数；

步骤四，煤层开采前预抽；在煤层开采前，将钻孔连接抽采系统，按照设定的预抽负压、预抽期，抽采煤层瓦斯；

步骤五、煤层开采过程中充填；煤层预抽瓦斯结束后，拆掉抽采系统，将充填管路系统连接钻孔，伴随煤层开采过程进行采空区充填，采煤工作面开始回采并不断向前推进，工作面后方达到预先确定的充填步距时，启动地面充填站内料浆配置系统，送入料浆缓冲料斗，由料斗内控制装置连续送入充填钻孔内管路进行充填；

步骤六，充填钻孔内料浆通过钻孔内管路输送至充填专用巷内管路，充填专用巷内管路一端连接预充填钻场内的5个布料支管，布料支管与注浆钻孔紧密连接，充填作业开始时，打开充填专用巷内管路阀门，似膏体料浆通过充填布料管流入注浆钻孔,进行充填作业，填充区内布置有移动装置，所述移动装置连接有密封箱体，密封箱体的边长与填充区的截面边长对应，密封箱体将填充区分隔出一部分的开采区，充填作业时，密封箱体布置于工作的布料支管右侧，按照充填作业循环时间进行充填，保证正常累计充填时间不小于预先计算的充满区域需要时间；

如果在开采煤层以下施工抽采工程，此时只需将钻孔和巷道开设于煤层的下方；其他的步骤按照在开采煤层以上施工抽采工程的步骤进行即可。

2.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法，其特征在于：在步骤四中，在煤层开采前预抽的步骤前，利用高压水流进行多相振荡射流穿层孔预抽煤巷煤层瓦斯技术，对煤层进行预处理，以提高瓦斯的抽采率，有效的消除煤层区域内的瓦斯。

3.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽采与充填协同开采方法，其特征在于：在步骤五中，料浆配置系统所配置的填充浆料由重量百分比的：矸石40-50％，粉煤灰20-30％，胶结料3-10％，水20-25％混匀制成，制成的似膏体浆料。

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