CN111828083B

CN111828083B - 单一煤层的瓦斯抽采方法

Info

Publication number: CN111828083B
Application number: CN202010762598.3A
Authority: CN
Inventors: 王炯; 李文飞; 陈功华; 马资敏; 肖国强; 武瑞龙
Original assignee: Yankuang Guizhou Energy Chemical Co ltd; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: Yankuang Guizhou Energy Chemical Co ltd; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2040-07-31
Also published as: CN111828083A

Abstract

本申请涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种单一煤层的瓦斯抽采方法。瓦斯抽采方法包括以下步骤：第1工作面的轨道顺槽通过切顶沿空留巷工艺保留下来作为第2工作面的运输顺槽，并在第1工作面的轨道顺槽内施工顺层长钻孔，预抽第2工作面回采区域的瓦斯和第2工作面的轨道顺槽区域的条带瓦斯，在第2工作面的轨道顺槽区域的条带瓦斯治理达标后，施工第2工作面的轨道顺槽，形成所述第2工作面。除在首采工作面需要施工瓦斯抽采巷，其余的工作面均是通过上一工作面的沿空留巷施工顺层长钻孔进行消突，取消其余工作面的瓦斯抽采巷，减少了巷道掘进工程，解决了采掘接替紧张的难题。

Description

单一煤层的瓦斯抽采方法

技术领域

本申请涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种单一煤层的瓦斯抽采方法。

背景技术

随着煤炭资源开采强度和深度的不断增加，煤与瓦斯突出对煤矿安全生产的威胁将日趋严重。在有煤与瓦斯突出危险性的单一煤层煤矿中，需在煤层顶(或底)板岩层布置瓦斯抽采巷，通过施工密集穿层钻孔和顺煤层长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯是主要的区域防突措施之一。一个回采工作面需要掘进两条煤巷和两条瓦斯抽采巷，在煤层顶(或底)板岩层施工瓦斯抽采巷，钻孔工程量多、施工时间长，导致煤矿采掘严重失调使，煤炭生产经济成本居高不下。

目前由于切顶卸压无煤柱自成巷“110”工法的应用，通过对回采巷道进行补强支护后，在巷道将要形成采空区侧进行定向预裂爆破，将顶板按照设计位置进行切缝，切缝结束后随着工作面煤层的回采，在矿山压力作用下，采空区顶板沿着预裂切缝垮落形成巷帮，利用原巷道部分空间和支护自动形成新巷道，作为下一工作面的回采巷道，每个回采工作面由原来需要掘进两条煤巷和两条瓦斯抽采巷变成每个回采工作面只需掘进一条煤巷和一条瓦斯抽采巷。在单一煤层煤与瓦斯突出矿井中使用切顶留巷虽然一个回采工作面只需要施工一条瓦斯抽采巷来治理瓦斯，较之前减少一半工程量，但是依然存在以下问题：

(1)瓦斯抽采巷布置在岩石中，掘进速度慢，钻孔施工难度大，掘进时间长，巷道掘进进度远低于回采进度，导致矿井采掘失调；

(2)瓦斯抽采巷和钻孔施工完成后，需对回采工作面和掘进巷道进行瓦斯抽采，待瓦斯压力和含量满足安全相关要求后才能施工，“采”、“掘”、“抽”不能统筹同时进行，严重影响生产效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案。

本申请提供了一种瓦斯抽采方法，应用于单一煤层的开采，其中所述单一煤层包括依次布置在第1工作面的轨道顺槽一侧的第2工作面至第m工作面和依次布置在第1工作面运输顺槽一侧的第m+1工作面至第m+n工作面，其中m、n均为正整数。

单一煤层的瓦斯抽采方法包括以下步骤：

施工与所述第1工作面对应的瓦斯抽采巷，并通过所述瓦斯抽采巷抽取所述第1工作面的轨道顺槽区域和运输顺槽区域的条带瓦斯；

施工所述第1工作面的轨道顺槽和运输顺槽，并通过工艺巷将所述第1工作面的轨道顺槽和运输顺槽分别与所述瓦斯抽采巷连通，形成完善的通风系统；

第1工作面的运输顺槽通过切顶沿空留巷工艺保留下来作为第2工作面的轨道顺槽，并在第1工作面的运输顺槽内施工顺层长钻孔，预抽第2工作面回采区域的瓦斯和第2工作面的运输顺槽区域的条带瓦斯；

第1工作面的轨道顺槽通过切顶沿空留巷工艺保留下来作为第m+1工作面的运输顺槽，并在第1工作面的轨道顺槽内施工顺层长钻孔，预抽第m+1工作面回采区域的瓦斯和第m+1工作面的轨道顺槽区域的条带瓦斯；

在第2工作面的运输顺槽区域的条带瓦斯治理达标后，施工第2工作面的运输顺槽，形成所述第2工作面；

在第m+1工作面的轨道顺槽区域的条带瓦斯治理达标后施工第m+1工作面的轨道顺槽，形成所述第m+1工作面。

进一步的，沿第2工作面至第m工作面的开采方向，第x工作面的运输顺槽通过切顶沿空留巷工艺保留下来作为第x+1工作面的轨道顺槽，并在第x工作面的运输顺槽内施工顺层长钻孔，预抽第x+1工作面回采区域的瓦斯和第x+1工作面的运输顺槽区域的条带瓦斯，并在条带瓦斯治理达标后施工第x+1工作面的运输顺槽，形成所述第x+1工作面，其中x为整数且2≤x≤m-1。

进一步的，沿第m+1工作面至第m+n工作面的开采方向，第y工作面的轨道顺槽通过切顶沿空留巷工艺保留下来作为第y+1工作面的运输顺槽，并在第y工作面的轨道顺槽内施工顺层长钻孔，预抽第y+1工作面回采区域的瓦斯和第y+1工作面的轨道顺槽区域的条带瓦斯，并在条带瓦斯治理达标后施工第y+1工作面的轨道顺槽，形成所述第y+1工作面，其中y为整数且m+1≤y≤m+n-1。

进一步的，所述瓦斯抽采巷为布置在所述单一煤层顶板岩层内的顶抽巷或布置在所述单一煤层底板岩层内的底抽巷。

进一步的，在上一工作面回采的同时，对下一工作面回采区域的瓦斯和下一工作面顺槽区域的条带瓦斯进行抽采。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：一是除在首采工作面需要施工瓦斯抽采巷，其余的工作面均是通过上一工作面的沿空留巷施工顺层长钻孔进行消突，取消其余工作面的瓦斯抽采巷，减少了巷道掘进工程，二是可以统筹安排瓦斯治理工程，在生产上实现“采”“掘”“抽”平衡，不再需要停下生产等待瓦斯抽采时间，彻底解决了采掘接替紧张的难题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种单一煤层的瓦斯抽采方法巷道布置图；

图2为本申请实施例提供的单一煤层的瓦斯抽采方法首采工作面第一侧的钻孔平面布置图；

图3为本申请实施例提供的单一煤层的瓦斯抽采方法首采工作面第二侧的钻孔平面布置图；

图4为本申请实施例提供的单一煤层的瓦斯抽采方法的钻孔剖面图。

图中：

1、进风大巷；2、回风大巷；3、采煤作业面；4、第1运输顺槽；5、第1轨道顺槽；6、瓦斯抽采进风巷；7、瓦斯抽采回风巷；8、第1工艺巷；9、第2工艺巷；10、短巷；11、第1切顶留巷段；12、第2切顶留巷段；13、顺层长钻孔；14、第一调节风门；15、第二调节风门；16、第2运输顺槽；17、第m+1轨道顺槽；100、第1工作面；200、第2工作面；300、第m+1工作面。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1-4并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，给出本申请所提供的瓦斯抽采方法所应用于的单一煤层的巷道布置图，所述单一煤层包括一个首采工作面，即为图1中所示的第1工作面100，在第1工作面100的两侧分别设置有轨道顺槽和运输顺槽，分别记为第1轨道顺槽4和第1运输顺槽5，单一煤层的开采方式为以第1工作面100为首采工作面分别向两侧依次布置其余的工作面，完成整个单一煤层的开采。在第1工作面100布置第1运输顺槽4的一侧依次布置有第2工作面、第3工作面、第4工作面、……、第m工作面，第1工作面100布置第1轨道顺槽5的一侧依次布置有第m+1工作面、第m+2工作面、第m+3工作面、……、第m+n工作面，其中m、n均为正整数，在单一煤层的第1工作面100完成回采后，其一侧按照第2工作面至第m工作面的顺序依次进行回采，其另一侧按照第m+1工作面至第m+n工作面的顺序进行依次回采。

单一煤层的瓦斯抽采方法包括以下的步骤1-步骤6。

步骤1：施工瓦斯抽采巷并对首采工作面顺槽区域消突。

如图所示，施工与所述第1工作面100对应的瓦斯抽采巷，瓦斯抽采巷包括依次连接的瓦斯抽采进风巷6、短巷10和瓦斯抽采回风巷7，其中瓦斯抽采进风巷6与进风大巷1连通，瓦斯抽采回风巷7与回风大巷2连通，通过在瓦斯抽采巷中施工密集穿层钻孔预抽第1轨道顺槽区域5和第1运输顺槽4区域的条带瓦斯，在进行第1工作面100的两条顺槽区域条带瓦斯抽采消突的过程中，瓦斯抽采巷内的通风路线为：新鲜风流→进风大巷1→瓦斯抽采进风巷6→短巷10→瓦斯抽采回风巷7→回风大巷2。

其中，所述瓦斯抽采巷可以为布置在所述单一煤层顶板岩层内的顶抽巷，也可以为布置在所述单一煤层底板岩层内的底抽巷，本发明附图中以瓦斯抽采巷为底抽巷为例进行示意性说明，不应作为对本申请限制，本领域技术人员可以根据需要进行选择。

步骤2：形成完善的通风系统。

本步骤中完善的通风系统是首采工作面即第1工作面100进行回采保留两顺槽的前提条件。在现有技术中，采用110工法进行煤层开采，首采工作面在需要留两条巷道时，需要在回采前预先掘进出四条顺槽巷道和四条瓦斯抽采岩巷，形成三个工作面，才可以形成完善的通风系统，以满足使用“110”工法的相关安全措施，矿井建设时间长，前期投资资金多。

本实施例中完善的通风系统通过如下方案实现：在对首采工作面的两条顺槽区域进行瓦斯抽采消突完毕后，施工第1轨道顺槽5、第1运输顺槽4、第1工艺巷8和第2工艺巷9，第1轨道顺槽5和第1运输顺槽4分别位于第1工作面100的两侧，其中第1轨道顺槽5的一端与进风大巷1连通，另一端通过所述第1工艺巷8连通所述瓦斯抽采巷，所述第1运输顺槽4一端与所述进风大巷1连通，另一端通过所述第二工艺巷9连通所述瓦斯抽采巷。优选的，所述第一工艺巷8与所述瓦斯抽采回风巷7连通，所述第二工艺巷9与所述瓦斯抽采进风巷6连通。

步骤3：首采工作面回采，两顺槽切顶沿空留巷。

第1运输顺槽4通过切顶沿空留巷工艺保留下来作为第2工作面200的轨道顺槽；第1轨道顺槽5通过切顶沿空留巷工艺保留下来作为第m+1工作面300的运输顺槽。

在本步骤中，在所述第1轨道顺槽5和第1运输顺槽4内，超前第1工作面回采过程中的采煤作业面3施工顶板切缝爆破，炮孔布置在回采侧巷角线区域，形成预裂切缝。随着第1工作面100的回采推进，在所述第1轨道顺槽5和所述第1运输顺槽4内形成留巷段，留巷段通过所述第一工艺巷8和第二工艺巷9与瓦斯抽采巷连通，形成完善的通风系统。第1工作面100回采结束后可以通过保留后的留巷段用于相邻工作面的回采。

具体的，在本步骤中，如图1所示，在所述工作面回采过程中，所述第1轨道顺槽5位于采空区的部分形成第1切顶留巷段11，所述第1运输顺槽4位于采空区的部分形成第2切顶留巷段12，如图4所示，步骤2中所形成的完善的通风系统在第1工作面100的回采过程中的通风线路为：

通过所述瓦斯抽采进风巷6、所述第1运输顺槽4和所述第1轨道顺槽5进风，通过所述瓦斯抽采回风巷7进行回风；所述第1运输顺槽4进风的一部分分流至所述采煤作业面3后与所述第1轨道顺槽5的进风汇合，然后依次通过所述第1切顶留巷段11和所述第1工艺巷8后进入所述瓦斯抽采回风巷7形成回风；所述第1运输顺槽4进风的另一部分分流至所述第2切顶留巷段12后，通过所述第2工艺巷9与所述瓦斯抽采进风巷6的进风汇合，然后进入所述瓦斯抽采回风巷7形成回风，即至少会包括如下的通风子线路：

(1)新鲜风流→进风大巷1→第1轨道顺槽5→第1切顶留巷段11→瓦斯抽采回风巷7→回风大巷2；

(2)新鲜风流→进风大巷1→第1运输顺槽4→采煤作业面3→第1切顶留巷段11→瓦斯抽采回风巷7→回风大巷2；

(3)新鲜风流→进风大巷1→第1运输顺槽4→第2切顶留巷段12→短巷10→瓦斯抽采回风巷7→回风大巷2；

(4)新鲜风流→进风大巷1→瓦斯抽采进风巷6→短巷10→瓦斯抽采回风巷7→回风大巷2。

上面的通风系统中，实现了第1切顶留巷段11和第2切顶留巷段12的通风，无需提前掘进准备巷道用于留巷段的通风，也无需将留巷段进行密闭，减少了工人劳动强度；回采结束后可以直接复用第1切顶留巷段11和第2切顶留巷段12，减少巷道掘进工程，加快回采工作面的准备工程进度。并且可以在留巷段进行安装围岩变化监测仪器，人员可随时进出，便于对留巷段围岩变化进行实时监测。留巷段的通风使得采空区和临近煤层的有毒有害气体随着风流排出地面，减少了人员中毒和瓦斯爆炸等安全事故。

为了实现上面的通风线路，如图1所示，第1轨道顺槽5(即回采后的第1切顶留巷段11)与第1工艺巷8相连通的一端内部设置有第1调节风门14，第1运输顺槽4(即回采后的第2切顶留巷段12)与第2工艺巷9相连通的一端内部设置有第2调节风门15，通过第1调节风门14控制进入第1工艺巷8的进风量，通过第2调节风门15控制第1运输顺槽4在采煤作业面3处分流至第2切顶留巷段12的进风量，从而使得第2调节风门和第3调节风门均可调节通过工作面的风量。优选的，图1中所示的第1调节风门14、第二2调节风门15均为双向调节风门，可以采用电子风门实现远程控制。

步骤4：施工顺层长钻孔进行消突。

如图2和4所示，在第1工作面100的运输顺槽内施工顺层长钻孔13，预抽第2工作面200回采区域的瓦斯和第2工作面200的运输顺槽区域的条带瓦斯，第2工作面200的运输顺槽即为图中所示的第2运输顺槽16。

如图3和4所示，在第1工作面100的轨道顺槽内施工顺层长钻孔13，预抽第m+1工作面300回采区域的瓦斯和第m+1工作面300的轨道顺槽区域的条带瓦斯，第m+1工作面300的轨道顺槽即为图中所示的第m+1轨道顺槽17。

根据煤矿实际生产系统布置情况，上面步骤中第2工作面200的消突和第m+1工作面300的消突施工顺序不分先后，可单独施工或者二者同时施工。

步骤5：形成第2工作面和第m+1工作面。

在第2工作面200的运输顺槽区域的条带瓦斯治理达标后，施工第2工作面200的运输顺槽，形成所述第2工作面200；在第m+1工作面300的轨道顺槽区域的条带瓦斯治理达标后施工第m+1工作面300的轨道顺槽，形成所述第m+1工作面300。

步骤6：完成单一煤层剩余工作面的消突和回采。

沿第2工作面200至第m工作面的开采方向，第x工作面的运输顺槽通过切顶沿空留巷工艺保留下来作为第x+1工作面的轨道顺槽，并在第x工作面的运输顺槽内施工顺层长钻孔，预抽第x+1工作面回采区域的瓦斯和第x+1工作面的运输顺槽区域的条带瓦斯，并在条带瓦斯治理达标后施工第x+1工作面的运输顺槽，形成所述第x+1工作面，其中x为整数且2≤x≤m-1，直至完成第m工作面的回采。

沿第m+1工作面300至第m+n工作面的开采方向，第y工作面的轨道顺槽通过切顶沿空留巷工艺保留下来作为第y+1工作面的运输顺槽，并在第y工作面的轨道顺槽内施工顺层长钻孔，预抽第y+1工作面回采区域的瓦斯和第y+1工作面的轨道顺槽区域的条带瓦斯，并在条带瓦斯治理达标后施工第y+1工作面的轨道顺槽，形成所述第y+1工作面，其中y为整数且m+1≤y≤m+n-1，直至完成第m+n工作面的回采。

在本步骤中，第2工作面至第m+n工作面均通过在上一工作面的沿空留巷中施工顺层长钻孔预抽临近工作面的瓦斯，无需再施工瓦斯抽采巷。并且在上一工作面回采的同时，即可对下一工作面回采区域的瓦斯和下一工作面顺槽区域的条带瓦斯进行抽采，在上一工作面回采结束后即可对下一工作面进行开采。

煤与瓦斯突出煤矿中，采用本申请的利用切顶留巷的单一煤层的瓦斯抽采方法，具有如下技术优势：一方面，除第1工作面(首采工作面)需要施工瓦斯抽采巷，其余各工作面均是通过沿空留巷施工顺层长钻孔预抽回采工作面瓦斯和条带瓦斯进行消突，取消其余工作面的瓦斯抽采巷，减少了巷道掘进工程，解决解决采掘接替紧张的难题；另一方面，在工作面回采的同时即可施工相邻工作面的瓦斯治理工程，可统筹安排瓦斯治理工程，在生产上实现“采”“掘”“抽”平衡，不再需要停下生产等待瓦斯抽采时间，减少了瓦斯综合治理的综合成本。

本申请中各未述及结构的对应的布置位置和连接关系，各未述及步骤的相互时序和控制参数均可参考现有技术中的同类装置和方法，各未述及结构的连接关系、操作及工作原理对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。

本说明书中部分实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种单一煤层的瓦斯抽采方法，所述单一煤层包括依次布置在第1工作面的轨道顺槽一侧的第2工作面至第m工作面和依次布置在第1工作面运输顺槽一侧的第m+1工作面至第m+n工作面，其中m、n均为正整数，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

施工与所述第1工作面对应的瓦斯抽采巷，所述瓦斯抽采巷包括依次连接的瓦斯抽采进风巷、短巷和瓦斯抽采回风巷，其中所述瓦斯抽采进风巷与进风大巷连通，所述瓦斯抽采回风巷与回风大巷连通，并通过所述瓦斯抽采巷抽取所述第1工作面的轨道顺槽区域和运输顺槽区域的条带瓦斯；

施工第1工作面的轨道顺槽、第1工作面的运输顺槽、第1工艺巷和第2工艺巷，其中第1工作面的轨道顺槽的一端与所述进风大巷连通，另一端通过所述第1工艺巷连通所述瓦斯抽采回风巷，第1工作面的运输顺槽一端与所述进风大巷连通，另一端通过所述第2工艺巷连通所述瓦斯抽采进风巷，形成完善的通风系统；

2.根据权利要求1所述的瓦斯抽采方法，其特征在于，

沿第2工作面至第m工作面的开采方向，第x工作面的运输顺槽通过切顶沿空留巷工艺保留下来作为第x+1工作面的轨道顺槽，并在第x工作面的运输顺槽内施工顺层长钻孔，预抽第x+1工作面回采区域的瓦斯和第x+1工作面的运输顺槽区域的条带瓦斯，并在条带瓦斯治理达标后施工第x+1工作面的运输顺槽，形成所述第x+1工作面，其中x为整数且2≤x≤m-1。

3.根据权利要求1所述的瓦斯抽采方法，其特征在于，沿第m+1工作面至第m+n工作面的开采方向，第y工作面的轨道顺槽通过切顶沿空留巷工艺保留下来作为第y+1工作面的运输顺槽，并在第y工作面的轨道顺槽内施工顺层长钻孔，预抽第y+1工作面回采区域的瓦斯和第y+1工作面的轨道顺槽区域的条带瓦斯，并在条带瓦斯治理达标后施工第y+1工作面的轨道顺槽，形成所述第y+1工作面，其中y为整数且m+1≤y≤m+n-1。

4.根据权利要求1所述的瓦斯抽采方法，其特征在于，所述瓦斯抽采巷为布置在所述单一煤层顶板岩层内的顶抽巷或布置在所述单一煤层底板岩层内的底抽巷。

5.根据权利要求1所述的瓦斯抽采方法，其特征在于，在上一工作面回采的同时，对下一工作面回采区域的瓦斯和下一工作面顺槽区域的条带瓦斯进行抽采。