CN112343647B - 一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法 - Google Patents

一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，涉及矿山瓦斯防治技术领域。本发明精准确定上区段回采工作面邻近煤体的卸压带区域，保证在卸压带区域进行巷道掘进；同时消除巷道内帮煤层的瓦斯突出，瓦斯抽采钻孔数量减少，降低了钻孔工程量，显著提高了在突出煤层掘进的速度，极大地降低了掘进过程中的突出风险；在巷道掘进过程中，进一步增大卸压带区域范围，瓦斯抽采钻孔的瓦斯抽采浓度和抽采量均得到一定程度提高，减少了瓦斯抽采时间，快速降低了煤层瓦斯压力和含量；采用的封堵材料对巷道外帮煤壁进行喷浆堵漏，有效封堵破坏裂隙瓦斯渗流通道，减少了采空区瓦斯的涌入，预防回风流瓦斯浓度超限。

Description

一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法
技术领域
本发明涉及矿山瓦斯防治技术领域，具体地说是涉及一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法。
背景技术
煤层有效消突不仅可以提高煤巷的掘进速度，缓解煤矿采、掘衔接矛盾，更为关键的是能够保证煤巷掘进的安全。但突出煤层由于煤层瓦斯压力高、含量大、渗透率低，导致消突工程量大，消突效果不明显，这不仅限制了煤巷掘进单进水平，更不利于矿井的抽、掘、采有序衔接，成为制约高突矿井高效、可持续发展的技术瓶颈。因此，如何实现突出煤层快速消突，提高其掘进速度已经成为国内外学者、专家和技术人员普遍关注的问题。
目前，对突出煤层进行快速消突的方法主要是通过煤岩层的卸压作用，具体而言，包含大直径钻孔、水力冲孔造穴、开采保护层等卸压技术。大直径钻孔具有工艺简单、易于实现等优点，但大直径钻孔卸压面积有限，退钻后应力集中易于塌孔，且施钻过程中喷孔易造成巷道瓦斯超限。水力冲孔造穴技术由于成本高，技术工艺复杂，且由于煤体孔隙-裂隙结构的各向异性及水压的波动性造成孔穴分布不均衡，因此水力冲孔造穴卸压技术应用受到了限制。开采保护层因受采动影响使煤岩裂隙显著发育，大量高压瓦斯快速释放，消除突出危险性，因此开采保护层是提高防治煤与瓦斯突出最有效、最可靠的区域措施之一，但不是所有突出煤层均具备开采保护层条件，需要一定的适用条件，包含煤层间距、煤层赋存、煤层瓦斯含量等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，能够有效消除在突出煤层掘进过程中的瓦斯突出问题，同时，提高在突出煤层掘进的速度。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：
一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，包括如下步骤：
步骤1、将上区段回采工作面推采至距保护煤柱边界设定距离处，在上区段回采工作面进风顺槽垂直上区段回采工作面的邻近煤体施工若干个不同深度的应力监测钻孔，在应力监测钻孔内布置应力监测传感器，应力监测传感器与应力监测主机连接；
步骤2、上区段回采工作面推采结束后，通过应力监测主机及应力监测传感器实时监测应力监测钻孔内应力变化，直至应力不再变化，则上区段回采工作面采空区上覆岩层自然沉降后处于应力稳定状态；
步骤3、应力监测钻孔监测应力低于原岩应力的深度区域划定为邻近煤体卸压带区域；
步骤4、在邻近煤体卸压带区域开掘本区段回采工作面回风顺槽，在邻近煤体卸压带区域，本区段回采工作面回风顺槽与上区段回采工作面进风顺槽之间留有设定宽度的窄煤柱；
步骤5、在本区段回采工作面回风顺槽的迎头位置向内帮施工若干个瓦斯抽采钻孔，若干个瓦斯抽采钻孔布置于沿垂直本区段回采工作面回风顺槽方向15m、沿本区段回采工作面回风顺槽方向80m的区域内，将瓦斯抽采钻孔与瓦斯抽采管路连通，进行瓦斯抽采消突；
步骤6、在本区段回采工作面回风顺槽的迎头位置向内帮施工一个测试钻孔，测试钻孔布置于沿垂直本区段回采工作面回风顺槽方向15m、沿本区段回采工作面回风顺槽方向80m的区域内，且测试钻孔不与瓦斯抽采钻孔重合，对测试钻孔不同深度处的瓦斯含量进行测试；
步骤7、待测试钻孔不同深度处的瓦斯含量均低于8m3/t时，在本区段回采工作面回风顺槽的迎头位置施工若干个验证钻孔，若干个验证钻孔布置于沿垂直本区段回采工作面回风顺槽方向15m、沿本区段回采工作面回风顺槽方向10m的区域内，对验证钻孔不同深度处测试钻屑瓦斯解吸指标K1值；
步骤8、当K1值小于0.5mL/(g·min0.5)时，允许本区段回采工作面回风顺槽掘进进尺；
步骤9、选用封堵材料，对本区段回采工作面回风顺槽外帮煤壁喷浆堵漏，封堵破坏裂隙瓦斯渗流通道，降低回风流瓦斯浓度并趋于稳定且小于0.5％；
重复步骤5至步骤9，掘出本区段回采工作面回风顺槽。
优选的，步骤1中，将上区段回采工作面推采至距保护煤柱边界50m处，在上区段回采工作面进风顺槽垂直上区段回采工作面的邻近煤体施工五个不同深度的应力监测钻孔，深度分别为2m、4m、6m、8m和10m，相邻应力监测钻孔的间距为2m，各钻孔直径为45mm。
优选的，步骤4中，在邻近煤体卸压带区域，本区段回采工作面回风顺槽与上区段回采工作面进风顺槽之间留有3-5m的窄煤柱。
优选的，步骤5中，在本区段回采工作面回风顺槽的迎头位置向内帮施工三个瓦斯抽采钻孔；1号瓦斯抽采钻孔与回风顺槽的夹角为3°，倾角顺煤层，孔深83m；2号瓦斯抽采钻孔与回风顺槽的夹角为7°，倾角顺煤层，孔深83m；3号瓦斯抽采钻孔与回风顺槽的夹角为18°，倾角顺煤层，孔深42m；其中，三个瓦斯抽采钻孔均位于煤层中部。
优选的，步骤6中，测试钻孔与回风顺槽的夹角为30°，倾角顺煤层，孔深80m；对测试钻孔20m、40m、60m和80m深度处的瓦斯含量进行测试。
优选的，步骤7中，在本区段回采工作面回风顺槽的迎头位置施工三个验证钻孔，1号验证钻孔相对于回风顺槽左偏20°，倾角顺煤层，孔深10m；2号验证钻孔位于回风顺槽正前方，倾角顺煤层，孔深10m；3号验证钻孔相对于回风顺槽右偏20°，倾角顺煤层，孔深10m；其中，三个验证钻孔均位于煤层中部；对验证钻孔内每2m处测试钻屑瓦斯解吸指标K1值。
优选的，步骤8中，当K1值小于0.5mL/(g·min0.5)时，首先，允许本区段回采工作面回风顺槽掘进进尺8m，掘进进尺8m后自步骤7循环；后续，本区段回采工作面回风顺槽掘进进尺60m时，自步骤5循环。
优选的，所述封堵材料由水泥、水、膨胀剂和速凝剂混合而成，水泥、水、膨胀剂和速凝剂的质量比为2:1:0.2:0.06。
本发明的有益技术效果是：
本发明的邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，精准确定上区段回采工作面邻近煤体的卸压带区域，保证在卸压带区域进行巷道掘进；同时消除巷道内帮煤层的瓦斯突出，瓦斯抽采钻孔数量减少，降低了钻孔工程量，显著提高了在突出煤层掘进的速度，极大地降低了掘进过程中的突出风险；在巷道掘进过程中，进一步增大卸压带区域范围，由于卸压变形引起巷道内帮煤层裂隙纹理发育，煤层透气性增加，瓦斯抽采钻孔的瓦斯抽采浓度和抽采量均得到一定程度提高，减少了瓦斯抽采时间，快速降低了煤层瓦斯压力和含量；采用的封堵材料对巷道外帮煤壁进行喷浆堵漏，有效封堵破坏裂隙瓦斯渗流通道，减少了采空区瓦斯的涌入，预防回风流瓦斯浓度超限。
附图说明
图1为本发明实施例邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法的平面布置图；
图2为图1中的A-A剖视图；
图中：
1、采区回风巷，2、采区进风巷，3、邻近煤体，4、本区段回采工作面回风顺槽，5、上区段回采工作面进风顺槽，6、上区段回采工作面回风顺槽，7、保护煤柱边界，8、局部通风机，9、密闭墙，10、窄煤柱，11、上区段回采工作面采空区，12、风门，13、回风联巷，14.上区段回采工作面切眼，15、风筒，16、煤层，17、应力监测钻孔，18、本区段回采工作面，19、瓦斯抽采钻孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实施例的一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，请参考图1至图2所示。
一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，包括如下步骤：
步骤1、将上区段回采工作面推采至距保护煤柱边界7设定距离(50m)处，在上区段回采工作面进风顺槽5垂直上区段回采工作面的邻近煤体3施工五个不同深度的应力监测钻孔17，深度分别为2m、4m、6m、8m和10m，相邻应力监测钻孔17的间距为2m，各应力监测钻孔17的直径为45mm。在各应力监测钻孔17内布置应力监测传感器，应力监测传感器与应力监测主机连接。
步骤2、上区段回采工作面推采结束后，通过应力监测主机及应力监测传感器实时监测应力监测钻孔17内应力变化，直至应力不再变化，则上区段回采工作面采空区11上覆岩层自然沉降后处于应力稳定状态。
步骤3、应力监测钻孔17监测应力低于原岩应力的深度区域划定为邻近煤体3卸压带区域。
步骤4、在邻近煤体3卸压带区域开掘本区段回采工作面回风顺槽4，在邻近煤体3卸压带区域，本区段回采工作面回风顺槽4与上区段回采工作面进风顺槽5之间留有设定宽度(4m)的窄煤柱10。
步骤5、在本区段回采工作面回风顺槽4的迎头位置向内帮施工三个瓦斯抽采钻孔19，三个瓦斯抽采钻孔19布置于沿垂直本区段回采工作面回风顺槽4方向15m、沿本区段回采工作面回风顺槽4方向80m的区域内。1号瓦斯抽采钻孔19与回风顺槽的夹角为3°，倾角顺煤层，孔深83m；2号瓦斯抽采钻孔19与回风顺槽的夹角为7°，倾角顺煤层，孔深83m；3号瓦斯抽采钻孔19与回风顺槽的夹角为18°，倾角顺煤层，孔深42m；其中，三个瓦斯抽采钻孔19均位于煤层中部。将瓦斯抽采钻孔19与瓦斯抽采管路连通，进行瓦斯抽采消突。
步骤6、在本区段回采工作面回风顺槽4的迎头位置向内帮施工一个测试钻孔，测试钻孔布置于沿垂直本区段回采工作面回风顺槽4方向15m、沿本区段回采工作面回风顺槽4方向80m的区域内，且测试钻孔不与瓦斯抽采钻孔19重合，对测试钻孔不同深度处的瓦斯含量进行测试。具体的，测试钻孔与回风顺槽的夹角为30°，倾角顺煤层，孔深80m，对测试钻孔20m、40m、60m和80m深度处的瓦斯含量进行测试。
步骤7、待测试钻孔不同深度处的瓦斯含量均低于8m3/t时，在本区段回采工作面回风顺槽4的迎头位置施工三个验证钻孔，三个验证钻孔布置于沿垂直本区段回采工作面回风顺槽4方向15m、沿本区段回采工作面回风顺槽4方向10m的区域内。1号验证钻孔相对于回风顺槽左偏20°，倾角顺煤层，孔深10m；2号验证钻孔位于回风顺槽正前方，倾角顺煤层，孔深10m；3号验证钻孔相对于回风顺槽右偏20°，倾角顺煤层，孔深10m；其中，三个验证钻孔均位于煤层中部。对验证钻孔内每2m处测试钻屑瓦斯解吸指标K1值。
步骤8、当K1值小于0.5mL/(g·min0.5)时，允许本区段回采工作面回风顺槽4掘进进尺。具体的，当K1值小于0.5mL/(g·min0.5)时，首先，允许本区段回采工作面回风顺槽4掘进进尺8m，掘进进尺8m后自步骤7循环；后续，本区段回采工作面回风顺槽4掘进进尺60m时，自步骤5循环。
步骤9、选用封堵材料，对本区段回采工作面回风顺槽4外帮煤壁喷浆堵漏，封堵破坏裂隙瓦斯渗流通道，降低回风流瓦斯浓度并趋于稳定在0.2％左右。
本实施例的封堵材料由水泥、水、膨胀剂和速凝剂混合而成，水泥、水、膨胀剂和速凝剂的质量比为2:1:0.2:0.06，堵漏效果明显，可有效封堵破坏裂隙瓦斯渗流通道，减少了上区段回采工作面采空区11瓦斯的涌入。
重复步骤5至步骤9，掘出本区段回采工作面回风顺槽4。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法有了清楚的认识。本发明在邻近煤体3的应力监测钻孔17监测应力变化及分布，精准确定上区段回采工作面邻近煤体3的卸压带区域，保证在卸压带区域(消突区域)进行巷道(本区段回采工作面回风顺槽4)掘进，相当于采取了区域防突措施；同时消除巷道(本区段回采工作面回风顺槽4)内帮煤层的瓦斯突出，瓦斯抽采钻孔19数量减少为3个，钻孔工程量减少了2/3，显著提高了在突出煤层掘进的速度，极大地降低了掘进过程中的突出风险；在巷道(本区段回采工作面回风顺槽4)掘进过程中，进一步增大卸压带区域范围，由于卸压变形引起巷道(本区段回采工作面回风顺槽4)内帮煤层裂隙纹理发育，煤层透气性增加，瓦斯抽采钻孔19的瓦斯抽采浓度和抽采量均得到一定程度提高，减少了瓦斯抽采时间，快速降低了煤层瓦斯压力和含量；采用的封堵材料对巷道(本区段回采工作面回风顺槽4)外帮煤壁进行喷浆堵漏，有效封堵破坏裂隙瓦斯渗流通道，减少了采空区(上区段回采工作面采空区11)瓦斯的涌入，预防回风流瓦斯浓度超限。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (8)

1.一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将上区段回采工作面推采至距保护煤柱边界设定距离处，在上区段回采工作面进风顺槽垂直上区段回采工作面的邻近煤体施工若干个不同深度的应力监测钻孔，在应力监测钻孔内布置应力监测传感器，应力监测传感器与应力监测主机连接；
步骤2、上区段回采工作面推采结束后，通过应力监测主机及应力监测传感器实时监测应力监测钻孔内应力变化，直至应力不再变化，则上区段回采工作面采空区上覆岩层自然沉降后处于应力稳定状态；
步骤3、应力监测钻孔监测应力低于原岩应力的深度区域划定为邻近煤体卸压带区域；
步骤4、在邻近煤体卸压带区域开掘本区段回采工作面回风顺槽，在邻近煤体卸压带区域，本区段回采工作面回风顺槽与上区段回采工作面进风顺槽之间留有设定宽度的窄煤柱；
步骤5、在本区段回采工作面回风顺槽的迎头位置向内帮施工若干个瓦斯抽采钻孔，若干个瓦斯抽采钻孔布置于沿垂直本区段回采工作面回风顺槽方向15m、沿本区段回采工作面回风顺槽方向80m的区域内，将瓦斯抽采钻孔与瓦斯抽采管路连通，进行瓦斯抽采消突；
步骤6、在本区段回采工作面回风顺槽的迎头位置向内帮施工一个测试钻孔，测试钻孔布置于沿垂直本区段回采工作面回风顺槽方向15m、沿本区段回采工作面回风顺槽方向80m的区域内，且测试钻孔不与瓦斯抽采钻孔重合，对测试钻孔不同深度处的瓦斯含量进行测试；
步骤7、待测试钻孔不同深度处的瓦斯含量均低于8m3/t时，在本区段回采工作面回风顺槽的迎头位置施工若干个验证钻孔，若干个验证钻孔布置于沿垂直本区段回采工作面回风顺槽方向15m、沿本区段回采工作面回风顺槽方向10m的区域内，对验证钻孔不同深度处测试钻屑瓦斯解吸指标K1值；
步骤8、当K1值小于0.5mL/(g·min0.5)时，允许本区段回采工作面回风顺槽掘进进尺；
步骤9、选用封堵材料，对本区段回采工作面回风顺槽外帮煤壁喷浆堵漏，封堵破坏裂隙瓦斯渗流通道，降低回风流瓦斯浓度并趋于稳定且小于0.5％；
重复步骤5至步骤9，掘出本区段回采工作面回风顺槽。
2.根据权利要求1所述的一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，其特征在于，步骤1中，将上区段回采工作面推采至距保护煤柱边界50m处，在上区段回采工作面进风顺槽垂直上区段回采工作面的邻近煤体施工五个不同深度的应力监测钻孔，深度分别为2m、4m、6m、8m和10m，相邻应力监测钻孔的间距为2m，各钻孔直径为45mm。
3.根据权利要求1所述的一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，其特征在于：步骤4中，在邻近煤体卸压带区域，本区段回采工作面回风顺槽与上区段回采工作面进风顺槽之间留有3-5m的窄煤柱。
4.根据权利要求1所述的一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，其特征在于：步骤5中，在本区段回采工作面回风顺槽的迎头位置向内帮施工三个瓦斯抽采钻孔；1号瓦斯抽采钻孔与回风顺槽的夹角为3°，倾角顺煤层，孔深83m；2号瓦斯抽采钻孔与回风顺槽的夹角为7°，倾角顺煤层，孔深83m；3号瓦斯抽采钻孔与回风顺槽的夹角为18°，倾角顺煤层，孔深42m；其中，三个瓦斯抽采钻孔均位于煤层中部。
5.根据权利要求4所述的一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，其特征在于：步骤6中，测试钻孔与回风顺槽的夹角为30°，倾角顺煤层，孔深80m；对测试钻孔20m、40m、60m和80m深度处的瓦斯含量进行测试。
6.根据权利要求5所述的一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，其特征在于：步骤7中，在本区段回采工作面回风顺槽的迎头位置施工三个验证钻孔，1号验证钻孔相对于回风顺槽左偏20°，倾角顺煤层，孔深10m；2号验证钻孔位于回风顺槽正前方，倾角顺煤层，孔深10m；3号验证钻孔相对于回风顺槽右偏20°，倾角顺煤层，孔深10m；其中，三个验证钻孔均位于煤层中部；对验证钻孔内每2m处测试钻屑瓦斯解吸指标K1值。
7.根据权利要求1所述的一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，其特征在于：步骤8中，当K1值小于0.5mL/(g·min0.5)时，首先，允许本区段回采工作面回风顺槽掘进进尺8m，掘进进尺8m后自步骤7循环；后续，本区段回采工作面回风顺槽掘进进尺60m时，自步骤5循环。
8.根据权利要求1所述的一种邻空巷道自卸压消突快速掘进瓦斯防治方法，其特征在于：所述封堵材料由水泥、水、膨胀剂和速凝剂混合而成，水泥、水、膨胀剂和速凝剂的质量比为2:1:0.2:0.06。
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