CN112647943A - 一种煤与瓦斯共采方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤与瓦斯共采方法，涉及煤矿开采技术领域，为解决现有无煤柱开采方法不能有效降低工作面回采期间的瓦斯浓度的问题而设计。该煤与瓦斯共采方法用于无煤柱矿井的煤与瓦斯共采，包括如下步骤：在一组相邻无煤柱工作面的一侧沿煤层走向布置一条外错尾巷；在外错尾巷内布置第一高位钻孔，第一高位钻孔末端位于与外错尾巷相邻的首采面采空区上方的裂隙带内；在外错尾巷中设置瓦斯抽采装置，利用第一瓦斯抽采管连接瓦斯抽采装置和第一高位钻孔。本发明提供的煤与瓦斯共采方法利用“一巷多抽”方式达到对多个相邻区段采空区赋存到裂隙带中的瓦斯抽采的目的，能够有效降低工作面回采期间的瓦斯浓度。

Description

一种煤与瓦斯共采方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体而言，涉及一种煤与瓦斯共采方法。

背景技术

无煤柱开采是一种在采煤过程中不留护巷煤柱而用其他方式维护巷道的开采技术，其优点是回采率高，可以减少冲击地压，且掘进率低、巷道维护费少，因此得到了广泛应用。然而，现有无煤柱开采方法不能有效降低工作面回采期间的瓦斯浓度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤与瓦斯共采方法，以解决现有无煤柱开采方法不能有效降低工作面回采期间的瓦斯浓度的技术问题。

本发明提供的煤与瓦斯共采方法，用于无煤柱矿井的煤与瓦斯共采，所述煤与瓦斯共采方法包括如下步骤：

在一组相邻无煤柱工作面的一侧沿煤层走向布置一条外错尾巷；

在所述外错尾巷内布置第一高位钻孔，其中，第一高位钻孔末端位于与所述外错尾巷相邻的首采面采空区上方的裂隙带内；

在所述外错尾巷中设置瓦斯抽采装置，利用第一瓦斯抽采管连接瓦斯抽采装置和所述第一高位钻孔。

进一步地，在所述外错尾巷内布置第一高位钻孔的步骤中，沿煤层走向，布置一排所述第一高位钻孔。

进一步地，在所述外错尾巷内布置第一高位钻孔的步骤中，沿顺层方向，呈中心辐射状地布置多个所述第一高位钻孔。

进一步地，还包括步骤：在首采面采空区布置第一采空区埋管，将第一采空区埋管连接至氮气注入泵，向首采面采空区通入氮气。

进一步地，在首采面采空区布置第一采空区埋管的步骤中，所述第一采空区埋管的数量为多个，多个第一采空区埋管分散排布。

进一步地，在所述首采面采空区通入氮气的步骤之后，对接续工作面进行回采，在接续工作面回采过程中，在所述外错尾巷内布置第二高位钻孔，其中，所述第二高位钻孔位于所述第一高位钻孔的上方；利用第二瓦斯抽采管连接所述瓦斯抽采装置和所述第二高位钻孔。

进一步地，在所述外错尾巷内布置第二高位钻孔的步骤中，沿煤层走向，布置一排所述第二高位钻孔。

进一步地，在所述外错尾巷内布置第二高位钻孔的步骤中，沿顺层方向，呈中心辐射状地布置多个所述第二高位钻孔。

进一步地，在接续工作面回采过程中，还包括步骤：向接续面采空区布置第二采空区埋管，将第二采空区埋管连接至所述氮气注入泵，向接续面采空区通入氮气。

进一步地，还包括步骤：对由所述氮气注入泵注入采空区的氮气量进行监测和控制，对由所述瓦斯抽采装置抽采的瓦斯气体量进行监测和控制，以使由所述氮气注入泵注入采空区的氮气量与由瓦斯抽采装置抽采的瓦斯气体量相等。

本发明煤与瓦斯共采方法带来的有益效果是：

该煤与瓦斯共采方法用于无煤柱矿井的开采，煤层开采过程中随首采工作面推进，对赋存在裂隙带中的瓦斯气体进行抽采。抽采瓦斯气体时，可以先在一组相邻无煤柱工作面的一侧沿煤层走向布置一条外错尾巷；然后，在外错尾巷内布置第一高位钻孔，其中，第一高位钻孔的末端位于与外错尾巷相邻的首采面采空区上方的裂隙带内；之后，在外错尾巷中设置瓦斯抽采装置，利用第一瓦斯抽采管连接瓦斯抽采装置和第一高位钻孔，使得在瓦斯抽采装置的作用下，将赋存在裂隙带中的瓦斯气体抽出。

在煤层继续开采的过程中，将形成多个采空区(首采面采空区和接续面采空区)，由于无煤柱开采时，覆岩整体运动，能够使多个相邻采空区的覆岩形成整体垮落，所形成的覆岩裂隙带达到相互连通状态，因此，可利用由外错尾巷伸入首采面裂隙带的第一高位钻孔，实现对相邻区段采空区瓦斯的同时抽采，即：利用“一巷多抽”方式达到对多个相邻区段采空区赋存到裂隙带中的瓦斯抽采的目的，简单易行，节约成本。

此外，由于这种煤与瓦斯共采方法能够对正在回采的工作面进行随采随抽，及时抽采工作面后方采空区以及相邻区段采空区的瓦斯气体，因此，这种煤与瓦斯共采方法能够有效降低工作面回采期间的瓦斯浓度，预防工作面瓦斯超限，从而能够有效降低工作面开采时的瓦斯浓度，实现安全高效、资源最大化利用的生产目标，进而产生巨大的经济效益，具有极大的推广价值。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为采用本发明实施例提供的煤与瓦斯共采方法进行瓦斯抽采时的剖面示意图一；

图2为图1状态下的俯视示意图；

图3为采用本发明实施例提供的煤与瓦斯共采方法进行瓦斯抽采时的剖面示意图二。

附图标记说明：

010-首采面进风巷；020-接续面进风巷；030-接续面回风巷；040-外错尾巷；050-首采面采空区；060-接续面采空区；070-单工作面裂隙带；080-双工作面裂隙带；

110-第一高位钻孔；120-第二高位钻孔；

200-瓦斯抽采装置；210-第一瓦斯抽采管；

310-第一采空区埋管；320-第二采空区埋管；330-氮气注入管；340-氮气注入总管；350-氮气注入泵；

410-第一流量监测阀门；420-第二流量监测阀门；430-控制器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为采用本实施例提供的煤与瓦斯共采方法进行瓦斯抽采时的剖面示意图一，图2为图1状态下的俯视示意图。如图1所示，本实施例提供了一种煤与瓦斯共采方法，用于无煤柱矿井的煤与瓦斯共采，该煤与瓦斯共采方法包括如下步骤：在一组相邻无煤柱工作面的一侧沿煤层走向布置一条外错尾巷040；在外错尾巷040内布置第一高位钻孔110，其中，第一高位钻孔110末端位于与外错尾巷040相邻的首采面采空区050上方的裂隙带内；在外错尾巷040中设置瓦斯抽采装置200，利用第一瓦斯抽采管210连接瓦斯抽采装置200和第一高位钻孔110。

该煤与瓦斯共采方法用于无煤柱矿井的开采，煤层开采过程中随首采工作面推进，对赋存在裂隙带中的瓦斯气体进行抽采。抽采瓦斯气体时，可以先在一组相邻无煤柱工作面的一侧沿煤层走向布置一条外错尾巷040；然后，在外错尾巷040内布置第一高位钻孔110，其中，第一高位钻孔110的末端位于与外错尾巷040相邻的首采面采空区050上方的裂隙带内；之后，在外错尾巷040中设置瓦斯抽采装置200，利用第一瓦斯抽采管210连接瓦斯抽采装置200和第一高位钻孔110，使得在瓦斯抽采装置200的作用下，将赋存在裂隙带中的瓦斯气体抽出。

在煤层继续开采的过程中，将形成多个采空区(首采面采空区050和接续面采空区060)，由于无煤柱开采时，覆岩整体运动，能够使多个相邻采空区的覆岩形成整体垮落，所形成的覆岩裂隙带达到相互连通状态，因此，可利用由外错尾巷040伸入首采面裂隙带的第一高位钻孔110，实现对相邻区段采空区瓦斯的同时抽采，即：利用“一巷多抽”方式达到对多个相邻区段采空区赋存到裂隙带中的瓦斯抽采的目的，简单易行，节约成本。

此外，由于这种煤与瓦斯共采方法能够对正在回采的工作面进行随采随抽，及时抽采工作面后方采空区以及相邻区段采空区的瓦斯气体，因此，这种煤与瓦斯共采方法能够有效降低工作面回采期间的瓦斯浓度，预防工作面瓦斯超限，从而能够有效降低工作面开采时的瓦斯浓度，实现安全高效、资源最大化利用的生产目标，进而产生巨大的经济效益，具有极大的推广价值。

请继续参照图2，本实施例中，在外错尾巷040内布置第一高位钻孔110的步骤中，沿煤层走向，布置一排第一高位钻孔110。

通过设置沿煤层走向的一排第一高位钻孔110，使得在瓦斯抽采装置200工作过程中，沿煤层走向的多个位置均进行瓦斯抽采工作，提高了瓦斯抽采效率。

需要说明的是，图2中箭头ab所指的方向即表示煤层走向；图1至图3中，45°斜向交叉线表示的是未开采的煤层。

请继续参照图1，本实施例中，在外错尾巷040内布置第一高位钻孔110的步骤中，沿顺层方向，呈中心辐射状地布置多个第一高位钻孔110。

通过设置沿顺层方向的多个第一高位钻孔110，使得在瓦斯抽采装置200工作过程中，沿上下方向的多个位置处均进行瓦斯抽采工作，从而使得裂隙带中的瓦斯气体能够被快速抽采，进一步降低了工作面开采时的瓦斯浓度。

请继续参照图1，本实施例中，该煤与瓦斯共采方法还包括步骤：在首采面采空区050布置第一采空区埋管310，将第一采空区埋管310连接至氮气注入泵350，向首采面采空区050通入氮气。

煤层开采过程中随首采工作面推进，向首采面采空区050布置第一采空区埋管310，将第一采空区埋管310连接至氮气注入泵350，向首采面采空区050通入氮气，实现向首采面采空区050的氮气补充。

如此设置，能够防止首采面采空区050因抽采瓦斯产生负压，有效地稳定了采空区内的气压，避免因抽采瓦斯形成负压导致井下空气进行封闭的采空区而引发灾害，提高了煤层开采过程中的安全性。

请继续参照图1，本实施例中，在首采面采空区050布置第一采空区埋管310的步骤中，第一采空区埋管310的数量为多个，多个第一采空区埋管310分散排布。

如此设置，能够增加第一采空区埋管310在首采面采空区050的分布区域，使得在抽采瓦斯过程中，首采面采空区050的多个位置均能够受到氮气的补充，保证了首采面采空区050各个位置的压力一致性。

请继续参照图1和图2，具体地，本实施例中，每个第一采空区埋管310均连接有一个氮气注入管330，各个氮气注入管330汇连至氮气注入总管340，再将氮气注入总管340连接至氮气注入泵350。也就是说，在氮气注入泵350开启后，氮气先进入氮气注入总管340，随着氮气在氮气注入总管340流动的过程中，再分别进入各氮气注入管330中，进而经第一采空区埋管310流向首采面采空区050。

图3为采用本实施例提供的煤与瓦斯共采方法进行瓦斯抽采时的剖面示意图二。如图3所示，在首采面采空区050通入氮气的步骤之后，对接续工作面进行回采，在接续工作面回采过程中，在外错尾巷040布置第二高位钻孔120，其中，第二高位钻孔120位于第一高位钻孔110的上方；利用第二瓦斯抽采管连接瓦斯抽采装置200和第二高位钻孔120。

在接续面开采过程中，随着覆岩的整体运动，首采面采空区050和接续面采空区060形成整体垮落，所形成的覆岩裂隙带达到相互连通状态，由单工作面裂隙带070发展为双工作面裂隙带080，此时，裂隙带加深，通过在第一高位钻孔110的上方设置第二高位钻孔120，即可实现对裂隙带上方瓦斯气体的抽采，从而达到将赋存在双工作面裂隙带080中的瓦斯气体快速抽采的目的。

煤层开采过程中，通过在第一高位钻孔110的上方设置第二高位钻孔120，使得在接续面开采时，随着裂隙带的加深，赋存在裂隙带上方的瓦斯气体也能够被快速抽采，提高了相邻区段采空区瓦斯的抽采效率。

需要说明的是，图3中仅仅是以该煤与瓦斯共采方法在具有两个采空区(首采面采空区050和一个接续面采空区060)的煤层的应用为例进行说明，此时，首采面裂隙带与接续面裂隙带形成双工作面裂隙带080。而对于图1和图2中示出的情形，由于只有首采面裂隙带，因此仅形成单工作面裂隙带070。

具体地，在外错尾巷040内布置第二高位钻孔120的步骤中，沿煤层走向，布置一排第二高位钻孔120。

通过设置沿煤层走向的一排第二高位钻孔120，使得在瓦斯抽采装置200工作过程中，沿煤层走向的多个位置均进行瓦斯抽采工作，提高了瓦斯抽采效率。

请继续参照图3，本实施例中，在外错尾巷040内布置第二高位钻孔120的步骤中，沿顺层方向，呈中心辐射状地布置多个第二高位钻孔120。

通过设置沿顺层方向的多个第二高位钻孔120，使得在瓦斯抽采装置200工作过程中，在第一高位钻孔110上方、沿上下方向的多个位置处均进行瓦斯抽采工作，从而提高了双工作面裂隙带080中的瓦斯气体抽采效率，使得赋存在双工作面裂隙带080中的气体能够快速被采出。

具体地，在接续工作面回采过程中，还包括步骤：向接续面采空区060布置第二采空区埋管320，将第二采空区埋管320连接至氮气注入泵350，向接续面采空区060通入氮气。

如此设置，能够实现向接续面采空区060的氮气补充，防止接续面采空区060因抽采瓦斯产生负压，保证了接续面采空区060内气压的稳定，进一步提高了煤层开采过程中的安全性。

本实施例中，第二采空区埋管320的数量也为多个，多个第二采空区埋管320排布。如此设置，使得接续面采空区060的多个位置均能够受到氮气的补充，保证了接续面采空区060各个位置的压力一致性。

具体地，本实施例中，每个第二采空区埋管320也均连接有一个氮气注入管330，各个氮气注入管330汇连至氮气注入总管340。

请继续参照图1至图3，本实施例中，该煤与瓦斯共采方法还包括步骤：对由氮气注入泵350注入采空区的氮气量进行监测和控制，对由瓦斯抽采装置200抽采的瓦斯气体量进行监测和控制，以使由氮气注入泵350注入采空区的氮气量与瓦斯抽采装置200抽采的瓦斯气体量相等。如此设置，能够保证瓦斯抽采和氮气注入的平衡，从而保证瓦斯抽采作业的稳定性。

请继续参照图2，本实施例中，氮气注入泵350的出口端设置有第一流量监测阀门410，瓦斯抽采装置200的入口端设置有第二流量监测阀门420，且瓦斯抽采装置200、氮气注入泵350、第一流量监测阀门410和第二流量监测阀门420均连接至控制器430，在开采过程中，控制器430通过抽采瓦斯量计算匹配注氮量，对第一流量监测阀门410和第二流量监测阀门420二者的开度进行控制，从而实现对氮气注入总量和瓦斯抽采总量的控制。

需要说明的是，如何利用第一流量监测阀门410实现对氮气注入总量的监测、如何利用第二流量监测阀门420实现对瓦斯抽采总量的监测，以及如何利用控制器430实现对第一流量监测阀门410和第二流量监测阀门420的控制，为本领域技术人员根据现有技术可以获得的，这些并非本申请的改进点，故不再进行赘述。

采用该煤与瓦斯共采方法对无煤柱矿井进行开采的过程如下。

首先，在一组相邻无煤柱工作面一侧沿煤层走向布置一条外错尾巷040；煤层开采过程中，随首采工作面推进，向首采面采空区050内布置第一采空区埋管310，将第一采空区埋管310连接至氮气注入泵350，向第一采空区埋管310注入氮气，并由第一流量监测阀门410对氮气注入总量进行监测和控制，与此同时，在外错尾巷040内沿煤层走向布置一排第一高位钻孔110，第一高位钻孔110的末端位于与外错尾巷040相邻的首采面采空区050上方的裂隙带内；利用第一瓦斯抽采管210连接瓦斯抽采装置200和第一高位钻孔110，实现持续抽采首采面裂隙带内的瓦斯。

接续工作面回采过程中，向接续面采空区060布置第二采空区埋管320，并将第二采空区埋管320连接至氮气注入泵350，向第二采空区埋管320注入氮气，并由第一流量监测阀门410对氮气注入总量进行监测和控制，与此同时，在外错尾巷040内沿煤层走向布置一排第二高位钻孔120，第二高位钻孔120的末端位于与外错尾巷040相邻的首采面采空区050上方的裂隙带内；利用第二瓦斯抽采管连接瓦斯抽采装置200和第二高位钻孔120，实现持续抽采接续面裂隙带内的瓦斯。

其中，煤层开采过程中，首采面采空区050的两侧分别为首采面进风巷010和接续面进风巷020，外错尾巷040位于首采面进风巷010背离接续面进风巷020的一侧。随着接续工作面的继续开采，接续面采空区060与首采面采空区050连通，在接续面采空区060背离首采面采空区050的一侧为接续面回风巷030。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述实施例中，诸如“上”、“下”等方位的描述，均基于附图所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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，本发明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公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于，用于无煤柱矿井的煤与瓦斯共采，所述煤与瓦斯共采方法包括如下步骤：

在一组相邻无煤柱工作面的一侧沿煤层走向布置一条外错尾巷(040)；

在所述外错尾巷(040)内布置第一高位钻孔(110)，其中，第一高位钻孔(110)末端位于与所述外错尾巷(040)相邻的首采面采空区(050)上方的裂隙带内；

在所述外错尾巷(040)中设置瓦斯抽采装置(200)，利用第一瓦斯抽采管(210)连接瓦斯抽采装置(200)和所述第一高位钻孔(110)。

2.根据权利要求1所述的煤与瓦斯共采方法，其特征在于，在所述外错尾巷(040)内布置第一高位钻孔(110)的步骤中，沿煤层走向，布置一排所述第一高位钻孔(110)。

3.根据权利要求1所述的煤与瓦斯共采方法，其特征在于，在所述外错尾巷(040)内布置第一高位钻孔(110)的步骤中，沿顺层方向，呈中心辐射状地布置多个所述第一高位钻孔(110)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的煤与瓦斯共采方法，其特征在于，还包括步骤：在首采面采空区(050)布置第一采空区埋管(310)，将第一采空区埋管(310)连接至氮气注入泵(350)，向首采面采空区(050)通入氮气。

5.根据权利要求4所述的煤与瓦斯共采方法，其特征在于，在首采面采空区(050)布置第一采空区埋管(310)的步骤中，所述第一采空区埋管(310)的数量为多个，多个第一采空区埋管(310)分散排布。

6.根据权利要求4所述的煤与瓦斯共采方法，其特征在于，在所述首采面采空区(050)通入氮气的步骤之后，对接续工作面进行回采，在接续工作面回采过程中，在所述外错尾巷(040)内布置第二高位钻孔(120)，其中，所述第二高位钻孔(120)位于所述第一高位钻孔(110)的上方；利用第二瓦斯抽采管连接所述瓦斯抽采装置(200)和所述第二高位钻孔(120)。

7.根据权利要求6所述的煤与瓦斯共采方法，其特征在于，在所述外错尾巷(040)内布置第二高位钻孔(120)的步骤中，沿煤层走向，布置一排所述第二高位钻孔(120)。

8.根据权利要求6所述的煤与瓦斯共采方法，其特征在于，在所述外错尾巷(040)内布置第二高位钻孔(120)的步骤中，沿顺层方向，呈中心辐射状地布置多个所述第二高位钻孔(120)。

9.根据权利要求6所述的煤与瓦斯共采方法，其特征在于，在接续工作面回采过程中，还包括步骤：向接续面采空区(060)布置第二采空区埋管(320)，将第二采空区埋管(320)连接至所述氮气注入泵(350)，向接续面采空区(060)通入氮气。

10.根据权利要求9所述的煤与瓦斯共采方法，其特征在于，还包括步骤：对由所述氮气注入泵(350)注入采空区的氮气量进行监测和控制，对由所述瓦斯抽采装置(200)抽采的瓦斯气体量进行监测和控制，以使由所述氮气注入泵(350)注入采空区的氮气量与由瓦斯抽采装置(200)抽采的瓦斯气体量相等。

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