CN115126530A - 一种大区域瓦斯治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种大区域瓦斯治理方法，该方法步骤如下：划分大区域瓦斯治理区域边界；TBM从所述大区域瓦斯治理区域边界中心位置出发，掘进边界巷道；TBM在边界巷道围着的区域内掘进联络通道巷；在联络通道巷和边界巷道围着的煤层区域内，打贯通钻孔；述贯通钻孔内使用压裂抽采工艺进行瓦斯抽采。利用TBM快速成巷的优势，能够实现长距离高效率破岩作业，提高工作面的机械化和智能化水平，而后再进行钻机打孔和瓦斯抽采，相比于传统机械化开采和炮采，充分减小对围岩的扰动，降低煤与瓦斯突出发生的概率，有效提高瓦斯治理效率，实现深部煤炭资源安全高效开采，有效解决了现有技术中存在的相应技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种大区域瓦斯治理方法。
背景技术
随着浅部资源枯竭，煤炭开采不断向深部延伸，条件较好的矿产资源逐渐开采殆尽，瓦斯矿井增多，进入深部后，因瓦斯所引起煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等灾害事故发生的可能性更高且更严重，亟待解决。
现有技术中，或采用传统机械发掘进，主要采用悬臂掘进机前部的铣挖头剥离煤岩体，通过悬臂掘进机前部铲板上的星盘将剥落的煤岩刮至机载一运系统，再通过搭接在悬臂掘进机尾部的胶带运输系统、有轨矿车方式、无轨胶轮车形式出渣，并相应进行巷道维护的掘进方法。
或采用炮采的方法，例如申请号201310469323.0的煤矿巷道快速掘进连续支护作业的方法，主要采用人工或者机械凿岩的方式打眼，装药及爆破，通过胶带运输系统或刮板运输机、有轨矿车方式、无轨胶轮车形式出渣，并相应进行巷道维护的掘进方法。
上述两种方法均存在对围岩扰动大，破岩效率差，掘进效率低，作业环境差的问题，且多适用于局部区域防突，在实际工程中存在较大的局限性，极大的增加了开采成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种大区域瓦斯治理方法，用以解决现有技术中存在的上述技术问题。
为实现上述目的，本发明所提供的大区域瓦斯治理方法采用如下技术方案：
一种大区域瓦斯治理方法，步骤如下：
划分大区域瓦斯治理区域边界；
TBM从所述大区域瓦斯治理区域边界中心位置出发，沿所述大区域瓦斯治理区域边界掘进边界巷道；
TBM在所述边界巷道围着的区域内掘进联络通道巷；
在所述联络通道巷和所述边界巷道围着的煤层区域内，使用两台定向钻机双向打贯通钻孔；
在所述贯通钻孔内使用压裂抽采工艺进行瓦斯抽采。
本发明所提供的的大区域瓦斯治理方法的有益效果是：利用TBM快速成巷的优势，能够实现长距离高效率破岩作业，可以极大的提高破岩效率，大大减少施工量，提高工作面的机械化和智能化水平，适用性强，实现少人化作业，有利于提高施工效率和安全性，而后再进行钻机打孔和瓦斯抽采，相比于传统机械化开采和炮采，充分减小对围岩的扰动，降低煤与瓦斯突出发生的概率，有效提高瓦斯治理效率，实现深部煤炭资源安全高效开采，有效解决了现有技术中存在的相应技术问题。
进一步地，掘进所述边界通道的TBM有两台，两台TBM从大区域瓦斯治理区域的中心位置出发，一个顺时针掘进，一个逆时针掘进，形成所述边界巷道。两台TBM同时从中心位置掘进，互不干扰，可以进一步提高成巷效率，缩短工期，施工结束后设备可以拆装用于其他项目，节省成本。
进一步地，在掘进所述联络通道巷前，在所述边界巷道包围的区域边界上设置始发井，在所述始发井的对面、所述边界巷道包围的区域边界上设置接收井；所述TBM从所述始发井出发到所述接收井结束，掘进所述联络通道巷。
进一步地，所述始发井用于TBM的组装，接收井用于TBM的拆卸。
进一步地，所述联络通道巷有一条或一条以上，当联络通道巷为一条以上时，各联络通道巷均匀分布在所述边界巷道围住的区域内。
进一步地，所述定向钻机为千米钻机。
进一步地，所述联络通道巷和所述边界巷道围着的煤层区域的宽度或长度满足两台千米钻机双向打贯通钻孔的需求。
进一步地，所述联络通道巷和所述边界巷道围着的煤层区域的宽度或长度为600m。
进一步地，所述压裂抽采工艺是分段压裂抽采。
进一步地，所述分段压裂抽采是利用封隔器或桥塞分隔各段。
附图说明
图1是本发明所提供的大区域瓦斯治理方法的流程图；
图2是本发明所提供的大区域瓦斯治理方法的TBM掘进的示意图一（联络通道巷未形成）；
图3是本发明所提供的大区域瓦斯治理方法的TBM掘进的示意图二（联络通道巷形成）；
图4是本发明中抽采巷与煤层的位置示意图。
图中标号：1、“口字型”巷道；2、始发井；3、接收井；4、联络通道巷；5、中心处。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
煤矿在开采煤炭资源过程中会伴随着多种灾害事故的发生，如瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、中毒、窒息、火灾、透水、顶板冒落等。在这些事故中瓦斯爆炸无疑是最严重的，它不光是造成的损失最大，发生的频率也是最大的，根据每年国家煤监局的事故统计来看，煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中，绝大多数是瓦斯爆炸，约占特大事故总数的70%左右，为此，瓦斯可称为煤矿安全的最大威胁者。所以，对于瓦斯矿井进行抽采，降低瓦斯含量，尤为重要。
为了缓解该问题，发明人考虑到全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，简称TBM)具有快速成巷的优势，将其应用至大区域瓦斯治理中，能够有效减小对围岩的扰动，从而降低煤与瓦斯突出发生的概率，因此设计了本发明的技术方案如下：
如图1所示，一种大区域瓦斯治理方法，步骤如下：
S101、根据实际工程条件，划分大区域瓦斯治理区域边界；
根据瓦斯抽采的采区范围及现有巷道布置情况，比较抽采效果、工期、成本造价综合确定大区域瓦斯治理区域边界。
S102、TBM从大区域瓦斯治理区域边界中心位置出发，沿大区域瓦斯治理区域边界掘进边界巷道；
利用TBM快速成巷的优势，能够实现长距离高效率破岩作业，可以极大的提高破岩效率，实现掘锚一体化，大大减少施工量，提高工作面的机械化和智能化水平，适用性强，实现少人化作业，有利于提高施工效率和安全性，而后再进行钻机打孔和瓦斯抽采。
根据瓦斯区域的划分大小，选定使用TBM的台数，可以是一台、两台或者三台，本发明对此不做限制。
本发明实施例在具体实施时，TBM的数量为两台，两台TBM从大区域瓦斯治理区域的中心位置5始发，一个顺时针掘进，一个逆时针掘进，形成“口字型”巷道1，“口字型”巷道1即边界巷道，如图2和图3所示。两台TBM同时从大区域瓦斯治理区域边界位置5出发掘进，互不干扰，可以进一步提高成巷效率，缩短工期，施工结束后设备可以拆装用于其他项目，节省成本。
S103、TBM在边界巷道围着的区域内掘进联络通道巷；
如图3所示，在“口字型”巷道1包围的区域边界上设置始发井2，在始发井2的对面、“口字型”包围的区域边界上设置接收井3；TBM在始发井2组装，出发掘进联络通道巷4，到接收井3结束掘进，在接收井3处拆卸。本发明实施例TBM在一条联络通道巷4的始发井2处组装，在接收井3处拆卸，而后步进至另一条联络通道巷4的始发井2处再次组装，依次完成各个联络通道巷4的掘进工作。
根据边界巷道围住的区域大小，可以设置一条或者一条以上的联络通道巷4，均匀分布在边界巷道围住的区域内，将边界巷道围住的煤层均匀地划分成两个或两个以上的区域。如本发明图3所示，共掘进8条联络通道巷，将大区域瓦斯治理区域分成了8个小区域，方便进行瓦斯抽取。
S104、在联络通道巷和边界巷道围着的煤层区域内，使用两台定向钻机双向打贯通钻孔；
联络通道巷和边界巷道围着的煤层区域的宽度或长度满足两台定向钻机双向打贯通钻孔的需求；联络通道巷和边界巷道围着的煤层区域，形状不限定；大致形状可能是椭圆形，可能是方形。
本发明实施例中，定向钻机为千米钻机，联络通道巷和边界巷道围着的煤层区域的宽度或长度为600m，需要说明的是，600m仅是一个参考值，并不意味着必须是600m，实际施工时，也可以大于600m；参考图4，工作时，钻孔是从两个联络通道巷4向上方需要抽采的煤层打孔形成的。
S105、在贯通钻孔内使用压裂抽采工艺进行瓦斯抽采。
本发明通过分段压裂抽采的方式进行瓦斯抽采。分段压裂是利用封隔器或桥塞分隔各段，然后逐段压裂，在每个井筒中压开多条裂缝；通常分为三个阶段：首先将前置液(无支撑剂)泵入煤层钻孔，然后将含有一定浓度支撑剂(通常为砂)的压裂液泵入煤层，最后使用更高浓度的支撑剂压裂液进行压裂。采用分段压裂可以在较短时间内一次性完成对煤层大范围的压裂，并最大限度地减少对煤层的伤害，钻孔不受采空区的破坏，瓦斯抽采不受影响，达到快速抽采的效果。
相比于传统机械化开采和炮采，本发明发挥TBM掘进的优势，充分减小对围岩的扰动，降低煤与瓦斯突出发生的概率，有效提高掘进效率，实现深部煤炭资源安全高效开采，有效解决了现有技术中存在的相应技术问题。
发明实施过程中，定向钻机使用的是千米定向钻机，分别使用的是：江苏中煤矿山设备有限公司生产的ZYWC-6500/55型定向钻机，和中煤科工集团西安研究院有限公司生产的ZDY6000LD(B)型定向钻机。
千米定向钻机的打孔流程步骤如下：
a）瓦斯抽采巷定向钻孔施工条件调研与分析：分析地质条件、煤层赋存、煤岩体分布情况及相关属性，确定钻孔施工层位；
b）定位置：根据采掘布置方案确定钻孔施工位置；
c）钻孔设计：结合现场实际，确定钻孔基本类型，并根据煤岩层赋存情况设计定向钻孔；
d）钻进装备选型：根据抽采目的、地层条件、井下运输条件、巷道尺寸、钻孔深度、钻孔孔径等参数进行选择与之配备的定向钻机；
e）定向钻孔施工：（1）开孔；（2）封孔；（3）定向钻进；（4）测量；（5）纠偏；（6）分支；（7）排渣；（8）退钻；（9）连轴。
此外，在本申请中，根据大区域瓦斯治理的需求，TBM快速掘进形成的瓦斯抽采巷，为瓦斯治理赢得时间和空间，以面积为32m2断面的抽采巷为例，由于巷道端面较大，为了优化采掘布置，合理利用巷道，边界巷道还可以“一巷多用”立体式布置，上层行走车辆及行人，下层排水和运输；TBM掘进瓦斯抽采巷将底部扩挖增加断面后作为集中运输大巷、主要进风巷和瓦斯抽采巷使用；TBM掘进瓦斯抽采巷优先在巷道内布置穿层钻孔队，上部煤层煤巷掘进条带煤层瓦斯进行提前预抽消突，然后在巷道内布置大区域煤层群，联合卸压穿层钻孔施工和瓦斯抽采工作。煤层回采期间，利用TBM掘进瓦斯抽采巷，作为采煤工作面尾段回风通道，开展沿空留巷工作，解决尾巷瓦斯积聚。TBM掘进瓦斯抽采巷可同时抽采巷道上部煤层瓦斯和巷道下部煤层瓦斯，最大限度利用巷道功能。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种大区域瓦斯治理方法，其特征在于，步骤如下：
划分大区域瓦斯治理区域边界；
TBM从所述大区域瓦斯治理区域边界中心位置出发，沿所述大区域瓦斯治理区域边界掘进边界巷道；
TBM在所述边界巷道围着的区域内掘进联络通道巷；
在所述联络通道巷和所述边界巷道围着的煤层区域内，使用两台定向钻机双向打贯通钻孔；
在所述贯通钻孔内使用压裂抽采工艺进行瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的大区域瓦斯治理方法，其特征在于：掘进所述边界通道的TBM有两台，两台TBM从大区域瓦斯治理区域的中心位置出发，一个顺时针掘进，一个逆时针掘进，形成所述边界巷道。
3.根据权利要求1或2所述的大区域瓦斯治理方法，其特征在于：在掘进所述联络通道巷前，在所述边界巷道包围的区域边界上设置始发井，在所述始发井的对面、所述边界巷道包围的区域边界上设置接收井；所述TBM从所述始发井出发到所述接收井结束，掘进所述联络通道巷。
4.根据权利要求3所述的大区域瓦斯治理方法，其特征在于：所述始发井用于TBM的组装，接收井用于TBM的拆卸。
5.根据权利要求3所述的大区域瓦斯治理方法，其特征在于：所述联络通道巷有一条或一条以上，当联络通道巷为一条以上时，各联络通道巷均匀分布在所述边界巷道围住的区域内。
6.根据权利要求1所述的大区域瓦斯治理方法，其特征在于：所述定向钻机为千米钻机。
7.根据权利要求6所述的大区域瓦斯治理方法，其特征在于，所述联络通道巷和所述边界巷道围着的煤层区域的宽度或长度满足两台千米钻机双向打贯通钻孔的需求。
8.根据权利要求7所述的大区域瓦斯治理方法，其特征在于：所述联络通道巷和所述边界巷道围着的煤层区域的宽度或长度为600m。
9.根据权利要求1所述的大区域瓦斯治理方法，其特征在于：在所述压裂抽采工艺是分段压裂抽采抽采。
10.根据权利要求9所述的大区域瓦斯治理方法，其特征在于：所述分段压裂抽采是利用封隔器或桥塞分隔各段。
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