CN112302704A - 一种采煤工作面裂隙带瓦斯抽采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种采煤工作面裂隙带瓦斯抽采方法，其原理为在工作面回采前，通过对采空区上覆岩层移动与瓦斯渗流研究确定钻孔布置方法，在工作面回风顺槽内钻场内布置沿工作面走向的错位高、低位裂隙带定向长钻孔，高位钻孔的主孔段在工作面回采后形成的采空区上方30m范围内延伸，低位钻孔在工作面位置适当下沉，低位钻孔采用低负压、高位钻孔采用高负压均衡抽采模式，抽采工作面采动后裂隙带和采空区内瓦斯。该方法能实现对采煤工作面裂隙带瓦斯充分抽采，降低回采工作面上隅角和回风流中瓦斯浓度，同时起到治理采空区瓦斯的作用，达到工作面瓦斯治理，确保采煤工作面安全回采。
Description
技术领域
本发明涉及一种瓦斯抽采方法，属于煤矿井下回采工作面瓦斯治理和瓦斯抽采领域，具体涉及一种采煤工作面裂隙带瓦斯抽采方法。
背景技术
我国煤田地质条件复杂，易引发各类重大安全事故，其中与煤炭伴生并赋存在煤层中的瓦斯，是威胁我国煤矿安全的最大致灾因子之一。同时，瓦斯又是一种洁净、高效的能源，如果将这些瓦斯资源进行有效抽采，将会大大缓解我国能源紧张的局面。因此，无论从保证矿井安全生产还是资源利用的角度来说，都应当对煤矿瓦斯进行抽采。
由于煤矿综合机械化采煤开采强度大、生产集中、推进速度快,使采煤工作面瓦斯涌出表现出了强度高、数量大和极不均衡等特点,同时综采工作面由于采高较大,走向长度较长,推进速度较快,因而往往形成较大面积的采空区,在顶板周期来压时,常造成工作面及其回风流瓦斯超限,对安全生产构成了极大威胁。煤壁、落煤和采空区是工作面瓦斯涌出的三个部分,其中采空区瓦斯涌出在工作面瓦斯涌出中占有较大的比例。由于综采面多为长壁式采煤工作面,而一般长壁工作面采空区的瓦斯涌出量占工作面总瓦斯涌出量的30-40％以上,多者达70-80％,采空区瓦斯的大量涌出往往导致工作面瓦斯超限频繁和被迫停产,甚者酿成重大恶性事故,造成人员伤亡和巨大经济损失。为了保证较高的产量,必须保证一定的割煤速度,因此工作面煤壁、落煤瓦斯涌出难以有效控制。
随着采场向深部区域的延伸，矿井瓦斯涌出量越来越大，制约了采煤工作面的高产高效。目前采煤工作面裂隙带瓦斯治理方法主要采用：运输巷扇形裂隙带普通钻孔加抽采巷平行裂隙带普通钻孔和高抽巷治理采空区瓦斯三种方式。扇形裂隙带普通钻孔加平行裂隙带普通钻孔由于受钻探设备技术条件影响与设计的方位及层位存在较大差异，特别是运输巷扇形裂隙带钻孔连续性差，导致上隅角瓦斯在钻场接替期间出现阶段性偏高，并且钻孔有效使用率低；高抽巷治理效果虽然较好，但掘进成本大，施工周期长，并要超前施工，给矿井采煤工作面衔接带来很大的压力。
鉴于以上情况，在摸索中拟利用先进的钻探装备通过对采煤工作面裂隙带瓦斯抽采方法的技术研究，寻求更经济、合理、有效的采空区瓦斯治理方法，达到采煤工作面上隅角“治的住、治的省”的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，在瓦斯抽采钻孔设计时结合考虑工作面上覆岩层运动破坏规律，提供一种利用定向长钻孔抽采工作面裂隙带瓦斯的方法。该方法能够实现对采煤工作面裂隙带瓦斯充分抽采，降低回采工作面上隅角和回风流中瓦斯浓度，同时起到治理采空区瓦斯的作用，达到工作面瓦斯治理，确保采煤工作面安全回采。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种采煤工作面裂隙带瓦斯抽采方法，其特征在于，包括：钻场布置，钻孔施工步骤，下护壁筛管；采煤工作面回采前施工沿工作面走向的错位高、低位裂隙带定向长钻孔，使所述裂隙带定向长钻孔高位钻孔的主孔段在工作面回采后形成的采空区上方30m范围内延伸，低位钻孔在工作面位置适当下沉；
瓦斯抽采步骤，当裂隙带定向长钻孔施工完成后，通过高压胶管连接抽采系统进行瓦斯抽采。
其中，所述裂隙带定向长钻孔包括：
第一种裂隙带定向长钻孔(8)，主孔段位于所述裂隙带定向长钻孔中下方，用于改变采动采空区瓦斯流向，避免瓦斯进入工作面上隅角；包括：与煤层平行布置的近水平段(12)，分别设置于水平段(12)前端及后端的下沉段(13)和上升段(11)；
第二种裂隙带定向长钻孔(9)，位于所述裂隙带定向长钻孔的中间层位，用于抽采顶板裂隙带瓦斯，包括与煤层平行布置的近水平段(14)及设置于水平段前端的上升段(19)；
第三种裂隙带定向长钻孔(10)，位于所述裂隙带定向长钻孔的上部层位，用于抽采卸压解吸带内高浓度瓦斯，具体包括：与煤层平行布置的近水平段(16)，分别设置于水平段(16)前端的上升段(15)和后端的上仰段(17)。
进一步，所述钻场每300m布置1个，钻场与钻场之间压茬150m。
采用上述进一步方案的有益效果是：每300m布置1个钻场，压茬150m可以使钻孔达到最优抽采效果。
进一步，所述裂隙带定向长钻孔在竖直方向上分布在工作面裂隙带的不同层位中。
采用上述进一步方案的有益效果是：裂隙带定向长钻孔布置在裂隙带不同层位，可持续抽采工作面裂隙带瓦斯，能够实现对采煤工作面裂隙带瓦斯的充分抽采。
进一步，所述裂隙带定向长钻孔孔深450m，孔径120mm。
采用上述进一步方案的有益效果是：裂隙带定向长钻孔孔深确定为450m是钻机施工的最优深度，施工450m钻孔有效进尺会提高很多，同时钻孔施工进度可以加快。
进一步，所述裂隙带定向长钻孔进行全孔段扩孔，钻孔直径153mm，并全孔下护壁筛管。
采用上述进一步方案的有益效果是：档位片对调节套调节位置进行限位，提高安全性。
本发明的有益效果是：
1.该方法在与其它抽采方式对比中，达到了高抽巷抽治理采空区瓦斯的效果，能替代高抽巷等其他工作面裂隙带瓦斯抽采方法，避免了高抽巷掘进；和其他钻孔抽采治理上隅角瓦斯方法相比，该方法钻孔施工工程量小，施工周期短，钻孔利用率高，施工成本低，布孔方式合理，抽采方法有效，能保证钻孔主孔段始终在工作面回采后形成的裂隙带内延伸，实现精准抽采。
2.该方法不但能抽采工作面采空区导气裂隙带内瓦斯，而且能抽采卸压解吸带内瓦斯，实现对采煤工作面裂隙带瓦斯充分抽采，降低回采工作面上隅角和回风流中瓦斯浓度，同时起到治理采空区瓦斯的作用，达到工作面瓦斯治理。
3.该方法采取全孔下护壁筛管，通过对前端第一节筛管的改造和施工工艺的改进，钻孔实现了全程筛管到底，抽采期间实现了钻孔的充分抽采。
4.该方法瓦斯抽采效果好，能有效抽采工作面初采期及以后各阶段的卸压瓦斯，钻孔在裂隙带内长期稳定存在，可持续抽采工作面采空区覆岩瓦斯，低位钻孔采用低负压、高位钻孔采用高负压均衡抽采模式，可实现工作面瓦斯分源抽采。
5.通过统计，裂隙带定向长钻孔瓦斯抽采方法每回采一米比高抽巷抽采节省资金约0.4万元，同时在时间上为采场衔接创造了条件，具有较好的推广价值。
综上所述，本发明方法能替代高抽巷进行工作面瓦斯治理且施工周期短、成本低、治理效果好，能实现工作面瓦斯治理，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的裂隙带定向长钻孔所处采空区及上覆岩层环形裂隙圈示意图；
图2为本发明的裂隙带定向长钻孔各层位钻孔结构示意图；
图3为本发明的全孔段筛管结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
如图1所示，顶板岩层随工作面的推进经历了卸压下沉、破断、垮落的循环过程。在顶板变形、垮塌的过程中，采空区及上覆岩层中的瓦斯经历解吸扩散、渗透、聚积的过程，最终在采空区上覆岩层中形成了瓦斯相对集中、瓦斯浓度较高和容易流动的区域，根据采空区上覆岩层变形破坏程度、受力状态和裂隙尺度不同，将上覆岩层在竖向分“三带”，即冒落带1、裂隙带2和弯曲变形带3。沿工作面推进方向(简称纵向)，从工作面煤体或工作面切眼至采空区纵向中部依次为煤壁支撑影响区6、离层区5及重新压实区4；在垂直工作面推进方向上(简称横向)，从工作面两侧区段巷帮煤体至采空区横向中轴线上覆岩层分布与纵向相似，也呈“三区”分布。煤层开采后在采空四周形成的环形裂隙圈7中，裂隙和透气性不仅比原始地层成倍增加，而且比压实区4也大，为上覆岩层中瓦斯解吸、扩散、渗透、聚积提供了通道和空间，同时也是邻近层瓦斯抽放布置钻孔的主要区域，裂隙带定向长钻孔的主孔段布置在环形裂隙圈7中。
本实施例中，采煤工作面回采前，在了解工作面顶板岩层情况的基础上，通过计算确定煤层上覆岩层中环形裂隙圈7位置参数。
采煤工作面回采前，在回风巷内每300m布置1个钻场，每个钻场施工施工裂隙带定向长钻孔，各钻孔的主孔段分布在工作面回采后形成的采空区环型圈裂隙带7内。
钻场布置多个裂隙带定向长钻孔，钻孔数量由工作面瓦斯含量、钻孔孔径等参数确定，各钻孔在竖直方向上分布在工作面采空区裂隙带的不同层位上，根据各钻孔在裂隙带所处位置不同分为：靠下的第一种裂隙带定向长钻孔8、处于中间层位的第二种裂隙带定向长钻孔9和最靠上位的第三种裂隙带定向长钻孔10。
如图2所示，第一种裂隙带定向长钻孔8，主孔段位于所述裂隙带定向长钻孔中下方，用于改变采动采空区瓦斯流向，避免瓦斯进入工作面上隅角；包括：与煤层平行布置的近水平段11，分别设置于水平段12前端及后端的下沉段13和上升段11；
第二种裂隙带定向长钻孔9，位于所述裂隙带定向长钻孔的中间层位，用于抽采顶板裂隙带瓦斯，包括与煤层平行布置的近水平段14及设置于水平段前端的上升段19；
第三种裂隙带定向长钻孔10，位于所述裂隙带定向长钻孔的上部层位，用于抽采卸压解吸带内高浓度瓦斯，具体包括：与煤层平行布置的近水平段16，分别设置于水平段16前端的上升段15和后端的上仰段17。
如图3所示，所述裂隙带定向长钻孔全孔段护壁筛管，包括多个抽放筛管，多个抽放筛管依次通过螺纹连接并连通，最末端的抽放筛管远离与之相邻的抽放筛管的一端密封，且最末端的抽放筛管的管壁外侧上设有护孔螺纹，每个抽放筛管的管壁上均设有筛孔。根据实际生产过程中裂隙带长钻孔的长度调节下筛管的长度，可以有效的避免因下筛管的长度不足造成钻孔内的瓦斯无法及时抽采的问题；末端的抽吸筛管上设置的护孔螺纹可以有效的防止钻孔通道堵塞时，抽吸筛管能够有效的在钻机的驱动下，使筛管伸入至长钻孔的底部，有效的避免因钻孔堵塞而无法继续插入筛管的问题。
所述裂隙带定向长钻孔需在工作面初采前前施工完成，施工完成后通过高压胶管连接至抽采系统，待工作面回采至影响位置开始进行抽采。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种采煤工作面裂隙带瓦斯抽采方法，其特征在于，包括：钻场布置，钻孔施工步骤，下护壁筛管；采煤工作面回采前施工沿工作面走向的错位高、低位裂隙带定向长钻孔，使所述裂隙带定向长钻孔高位钻孔的主孔段在工作面回采后形成的采空区上方30m范围内延伸，低位钻孔在工作面位置适当下沉；
瓦斯抽采步骤，当裂隙带定向长钻孔施工完成后，通过高压胶管连接抽采系统进行瓦斯抽采。
其中，所述裂隙带定向长钻孔包括：
第一种裂隙带定向长钻孔(8)，主孔段位于所述裂隙带定向长钻孔中下方，用于改变采动采空区瓦斯流向，避免瓦斯进入工作面上隅角；包括：与煤层平行布置的近水平段(12)，分别设置于水平段(12)前端及后端的下沉段(13)和上升段(11)；
第二种裂隙带定向长钻孔(9)，位于所述裂隙带定向长钻孔的中间层位，用于抽采顶板裂隙带瓦斯，包括与煤层平行布置的近水平段(14)及设置于水平段前端的上升段(19)；
第三种裂隙带定向长钻孔(10)，位于所述裂隙带定向长钻孔的上部层位，用于抽采卸压解吸带内高浓度瓦斯，具体包括：与煤层平行布置的近水平段(16)，分别设置于水平段(16)前端的上升段(15)和后端的上仰段(17)。
2.根据权利要求1所述的一种采煤工作面裂隙带瓦斯抽采方法，其特征在于，钻场(18)每300m布置1个，钻场与钻场之间压茬150m。
3.根据权利要求2所述的一种采煤工作面裂隙带瓦斯抽采方法，其特征在于，所述裂隙带定向长钻孔在竖直方向上分布在工作面裂隙带的不同层位中，裂隙带定向长钻孔在煤层上的投影相互重叠。
4.根据权利要求3所述的一种采煤工作面裂隙带瓦斯抽采方法，其特征在于，所述裂隙带定向长钻孔孔深450m，孔径120mm。
5.根据权利要求4所述的一种采煤工作面裂隙带瓦斯抽采方法，其特征在于，所述裂隙带定向长钻孔进行全孔段扩孔，钻孔直径153mm，并全孔下护壁筛管，保证抽采效果。
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