CN116838341A - 一种煤与瓦斯共采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤与瓦斯共采方法。该方法根据煤炭开采及瓦斯抽采不同时期的特征，将大倾角多煤组矿区开发划分为规划区、准备区、生产区和采空区四个时空阶段。该方法使用三类钻孔对四区进行抽采，结合五量管控。完成了针对大倾角特殊条件下的抽掘采合理部署，从而实现在大倾角地质条件下煤与瓦斯共采的目的。该方法可实现大倾角煤层群基于倾向长壁采煤方法的煤与瓦斯共采，使抽掘采部署更为合理，为相同地质条件下的煤与瓦斯共采提供了一定的借鉴。
Description
技术领域
本发明涉及矿山工程领域，特别涉及一种煤与瓦斯共采方法。
背景技术
矿井瓦斯是煤炭的伴生资源，如对其进行合理的开发与利用，不仅能够有效预防煤炭开采导致的灾害，保障煤炭安全回采，而且可以作为清洁能源加以利用，减少环境污染。
改变以往将瓦斯作为煤炭开采中的灾害性气体的观念，而是把它作为资源性气体，在煤炭开采的同时将瓦斯安全高效的抽采出来，形成一体化系统，有利于煤与瓦斯高效、安全、经济共采，从而提高生产效率与资源利用率。然而，大倾角煤层广泛存在，在煤层群的条件下，首采层下向长钻孔预抽及采动区地面井布井位置确定、抽掘采协调部署则更为困难，但目前缺少适应大倾角地质条件下的煤与瓦斯共采方法。
因此，亟需提出一种适用于大倾角地质条件下的煤与瓦斯共采方法，从而实现大倾角煤与瓦斯安全高效共采。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤与瓦斯共采方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种煤与瓦斯共采方法，根据瓦斯抽采不同时期的特征，将大倾角多煤组矿区开发划分为规划区、准备区、生产区和采空区四个时空阶段。煤炭开采作业生产接续采用开拓煤量、准备煤量、回采煤量、首采层抽采达标煤量及可供布置的邻近层煤量进行管控。
在规划区阶段，完成规划区开拓作业，并采用规划区地面井对规划区瓦斯进行抽采，其中，规划区开拓作业包括主井、副井和风井。规划区地面井采用直井。规划区地面井的井底施工至石门处以及待掘进的准备巷道位置处。
在准备区阶段，完成开拓巷道和准备巷道的掘进作业，采用地面与井下联合抽采工艺进行瓦斯抽采作业。开拓掘进作业后，每隔一年计算准备区阶段的开拓煤量。准备巷道掘进作业完成后，每隔一月计算采区范围内准备煤量。
在生产区阶段，进行煤炭开采与瓦斯抽采。采用倾向长壁采煤方法进行煤炭开采，并实时监测瓦斯含量。每隔一月计算回采煤量。采用地面与井下联合抽采工艺对生产区内回采巷道进行瓦斯抽采作业。其中，采用采动区地面井进行地面抽采，采用定向长钻孔和下向本煤层顺层长钻孔进行井下抽采。
在采空区阶段，采用地面井与采空区顶板定向长钻孔对采空区内的瓦斯进行抽采。采用采动区地面井对生产区瓦斯进行补充抽采。其中，采空区顶板定向长钻孔布置在采空区上部裂隙带内。
进一步，当开拓煤量和/或准备煤量出现激增或激降时，降低预期煤炭产量方式或减缓准备巷道掘进作业速度。
进一步，当井下瓦斯含量Wz小于βW0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷定向钻孔。所述底抽巷定向钻孔为梳状分支定向长钻孔。所述底抽巷定向钻孔的钻进角度与准备区煤层倾角相适应。当井下瓦斯含量Wz大于等于βW0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷穿层钻孔。所述底抽巷穿层钻孔与准备区煤层的倾向夹角小于30°。其中，Wz为准备区内瓦斯含量。W0为煤矿安全生产容许最高瓦斯含量。β为衰减系数。
进一步，针对大倾角地质条件下的煤层群开采，还需采用首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量进行管控。在生产区阶段，每隔一月计算首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量。当首采层抽采达标煤量和/或可供布置的邻近层煤量突然上升或下降时，调整作业方案。
进一步，当首采层抽采达标煤量和/或可供布置的邻近层煤量突然上升或下降时，放缓作业进度或改变停采位置。
进一步，准备区阶段具体包括以下子步骤：
a)布置石门抽采钻孔，并进行开拓巷道掘进作业。
b)进行采区准备巷道掘进作业，利用底抽巷抽采钻孔预抽瓦斯。其中，所述底抽巷抽采钻孔为底抽巷定向钻孔或底抽巷穿层钻孔。
c)待准备巷道作业全部完成后，采用煤巷条带顺层抽采钻孔对准备巷道瓦斯进行抽采。
进一步，采动区地面井的布设位置根据瓦斯抽采效果和地面井变形破坏因素确定。
进一步，在步骤c)中，煤巷条带顺层抽采钻孔布置煤层中，沿煤层倾向方向扇形布置。钻进时采用三棱槽螺旋钻杆回转钻进，采用中风压及高风压脉动排渣。
进一步，大倾角地质条件下，孔深段为0～50m时，中风压为0.44MPa。孔深段为50～100m时，中风压为0.61MPa。孔深段为150～200m时，中风压为0.67Mpa。高风压在中风压基础之上增至1.5倍～2倍。
进一步，在步骤c)中，当煤巷条带顺层抽采钻孔施工结束后，退出钻杆，插入封孔管实施封孔。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
A.提出了基于四区(规划区、准备区、生产区和采空区)与五量(开拓煤量、准备煤量、回采煤量、首采层抽采达标煤量、可供布置的邻近层煤量)联合管控方法，可实现大倾角煤层群抽掘采时空协调部署；
B.提出了基于大倾角地质条件下地面井变形破坏特征及瓦斯富集区域的生产区采动地面井布井方法，可实现生产区瓦斯高效抽采；
C.设计了大倾角碎软低渗条件下向孔脉动排渣工艺参数及封孔长度，可保障大倾角煤层群条件下下向孔顺畅排渣及良好的封孔效果，进而实现瓦斯高效抽采，保障煤炭安全开采；
D.提出了针对大倾角煤层群地质条件的钻孔选择以及布置方法，保障大倾角煤层群全生命周期煤与瓦斯安全高效共采。
附图说明
图1为煤与瓦斯共采方法；
图2为煤与瓦斯共采方法方法流程图；
图3为煤与瓦斯共采模式示意图；
图4为三棱螺旋钻杆示意图；
图5为大倾角地质条件下封孔长度确定方法示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1和图2，本实施例提供一种煤与瓦斯共采方法，根据煤炭开采及瓦斯抽采不同时期的特征，将大倾角多煤组矿区开发划分为规划区、准备区、生产区和采空区四个时空阶段。根据不同时空阶段对煤炭开采量的要求，提出开拓煤量、准备煤量、回采煤量、首采层抽采达标煤量及可供布置的邻近层煤量五量管控方法，并基于以上煤量管控及时空规划方法，提出了针对大倾角地质条件的地面井、定向钻孔、下向钻孔三类钻孔瓦斯抽采方法。
所述规划区主要是对煤炭开采进行远景规划。在规划区阶段完成主井、副井、风井等必要的开拓作业的同时，采用地面井进行瓦斯抽采作业。其中，大倾角多重采动卸压下其覆岩破坏具有明显非对称性，而垂直井对此种地质条件具有较好的适应性，故规划区地面井采用直井。规划区地面井的井底施工至煤层顶板或煤层底板位置处。在规划区进行地面井瓦斯抽采作业，采用地面井进行采前预抽，通过5～10年甚至更长时间的排水降压预抽瓦斯，同时大幅度降低该区域煤层的瓦斯含量，提高井下生产安全的目的。
在准备区阶段，采用地面与井下联合抽采工艺进行瓦斯抽采作业。首先，布置石门抽采钻孔，并进行石门揭煤等其余开拓巷道的作业；其次，进行采区准备巷道的掘进，利用底抽巷抽采钻孔预抽瓦斯；最后，待准备巷道作业全部完成后，采用煤巷条带顺层抽采钻孔对准备巷道瓦斯进行抽采。其中，所述底抽巷抽采钻孔为底抽巷定向钻孔或底抽巷穿层钻孔。依据《防范煤矿采掘接续紧张暂行办法》，开拓掘进作业后，每隔一年计算准备区阶段的开拓煤量；准备巷道掘进作业完成后，每隔一月计算采区范围内准备煤量；若出现某一煤量突然升高或降低的情况，则需调整开采方案，降低预期煤炭产量或减缓准备巷道掘进作业速度。
所述生产区属于煤炭开采作业区域。采用倾向长壁采煤方法进行煤炭开采，并时刻监测瓦斯含量，每隔一月计算回采煤量；采用地面与井下联合抽采工艺对生产区内回采巷道进行瓦斯抽采作业；其中，采用地面井进行地面抽采，采用定向长钻孔和下向本煤层顺层长钻孔进行井下抽采。
在采空区阶段采用地面井与采空区顶板定向长钻孔对采空区内的瓦斯进行抽采。在瓦斯抽采的同时又促进煤炭安全开采。其中，采空区顶板定向长钻孔布置在采空区上部裂隙带内。
值得说明的是，本实施例提出了大倾角地质条件下钻孔与地面井施工及位置选择。提出了大倾角地质条件下抽掘采接替方法。本实施例适用于大倾角地质条件下采用倾向长壁采煤方法对煤层群开采的情况，为相同地质条件下的煤与瓦斯共采提供了一定的借鉴。提出了基于四区(规划区、准备区、生产区和采空区)与五量(开拓煤量、准备煤量、回采煤量、首采层抽采达标煤量、可供布置的邻近层煤量)联合管控，三类钻孔(地面井、定向钻孔、下向钻孔)协同实施的大倾角煤层群抽掘采时空部署方法。提出了基于大倾角地质条件下地面井变形破坏特征及瓦斯富集区域的生产区采动地面井布井方法。提出了针对大倾角煤层群地质条件的钻孔选择以及布置方法。
实施例2：
本实施例主要内容同实施例1，其中，规划区、准备区和生产区联动时空接替的决策依据为：当规划区内瓦斯含量Wg小于βW0时，进入准备区抽采阶段。其中，β为衰减系数，其值小于1。W0为煤矿安全生产容许最高瓦斯含量，m3/t。当准备区内瓦斯含量Wz小于8m3/t时，进入生产区作业阶段。
实施例3：
本实施例主要内容同实施例1，其中，底抽巷抽采钻孔的布置需结合大倾角的特点选取合理的参数。
当井下瓦斯含量Wz小于βW0时，考虑在规定时间内抽采瓦斯含量达标的同时节约生产成本，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷定向钻孔。所述底抽巷定向钻孔为梳状分支定向长钻孔。所述底抽巷定向钻孔的钻进角度与准备区煤层倾角相适应。梳状分支长钻孔控制走向长度一般不超过500m，分支孔间距30～50m，分支进入煤层后沿煤层钻进30～50m，孔径96mm。
当井下瓦斯含量Wz大于等于βW0时，为满足安全性及在规定时间内抽采量达标的要求，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷穿层钻孔。为了保证抽采效果，所述底抽巷穿层钻孔与准备区煤层的倾向夹角小于30°。在含水性较大的砂岩中施工穿层钻孔时，也应尽量避开含水性较大的区域，封孔时尽量封至煤层底板或顶板，减少孔内积水从而影响抽采效果。
实施例4：
本实施例主要内容同实施例1，其中，参见图3，本实施例根据煤炭开采及瓦斯抽采不同时期的特征，将大倾角多煤组矿区划分为规划区、准备区、生产区和采空区四个阶段，使用地面井、定向钻孔和下向长钻孔有机联合，结合开拓煤量、准备煤量、回采煤量、首采层抽采达标煤量、可供布置的邻近层煤量五量管控，实现大倾角地质条件下煤与瓦斯共采。
其中，针对大倾角地质条件下煤层群开采的情况，在生产区阶段时，每隔一月还应计算首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量，若首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量出现突然上升或下降的情况，则需及时调整作业方案，如放缓作业进度或改变停采位置等。
考虑大倾角地质条件下煤层群开采的抽掘采接替，本实施例煤炭开采作业生产接续采用“五量”进行管控。根据国家煤矿安监局关于《防范煤矿采掘接续紧张的暂行办法》，在“三量”基础之上引入了保护层抽采达标煤量、可供布置的被保护煤量，实施五量管控可确保煤气资源安全高效生产。
保护层抽采达标煤量指矿井开采的保护煤层工作面通过瓦斯抽采后达标的所有工作面的可采煤量之和。可由下式计算获得：
式中：Q保——保护层抽采达标煤量，t；Li——第i个保护层工作面有效或剩余推进(回采)长度，m；li——第i个保护层工作面平均长度，m；Mi——第i个保护层工作面煤层平均厚度，m；Di——第i个保护层工作面实体煤容重，t/m3；Ki——第i个保护层工作面回采率；n——保护层工作面个数。
可供布置的被保护煤量指矿井开采保护层后可以布置开采的所有被保护煤层工作面的可采煤量之和。可由下式计算获得：
式中：Q被保——可供布置的被保护煤量，t；Li——第i个可供布置的工作面有效或剩余推进(回采)长度，m；li——第i个可供布置的工作面平均长度，m；Mi——第i个可供布置的工作面煤层平均厚度，m；Di——第i个可供布置的工作面实体煤容重，t/m3；Ki——第i个可供布置的工作面回采率；n——可供布置的工作面个数。
实施例5：
本实施例主要内容同实施例1，其中，生产区地面井的布设位置根据瓦斯抽采效果和地面井变形破坏因素确定。
对于采动区地面井施工，与近水平煤层相比，大倾角煤层垮落带、裂隙带和弯曲下沉带呈非对称分布特征，在采动条件下，瓦斯富集区偏向于裂隙带高位侧，故地面直井应设置于裂隙带高位侧。
在采场倾向上，在采场倾向上，当覆岩离层量大于5cm时，将钻井布置在采场沉降拐点连线距离上山方向20m范围内的区域；当上覆岩层间水平位移较大时，宜将钻井布置在靠近采场两帮的位置。避开在采场中心线施工安全系数最低值点附近施工地面井，在位移场中线上侧靠近采场边界施工。
在采场走向上，随着回采工作面的推进，地面井套管位移将逐步增大，但回采工作面开切眼和停采线附近的地面井套管也是损坏高发区，因而，应将地面井位置尽可能避开沉降拐点与开切眼和停采线之间的区域，而偏向采场内部。
实施例6：
本实施例主要内容同实施例1，其中，巷道掘进完毕后，准备区掘进工作面形成，此时在煤巷掘进工作面布置顺层钻孔预抽瓦斯。煤巷条带顺层抽采钻孔布置煤层中，沿煤层倾向方向扇形布置。控制巷道轮廓线上部20m，下部10m，未采取煤层增透措施前孔间距3m，钻孔控制走向长度120m。
实施例7：
本实施例主要内容同实施例1，其中，受煤层松软程度限制，下向本煤层顺层长钻孔的施工长度不宜超过150m，防止抱钻、夹钻现象发生。
实施例8：
本实施例主要内容同实施例1，其中，当工作面采煤作业结束，密闭工作面，使得采空区内瓦斯聚集，利用地面井与顶板定向长钻孔对采空区内的瓦斯进行抽采。在工作面上端三分之一区域布置3～4条采空区顶板定向长钻孔，孔径133mm以上。
实施例9：
本实施例提供一种煤与瓦斯共采方法，根据瓦斯抽采不同时期的特征，将大倾角多煤组矿区开发划分为规划区、准备区、生产区和采空区四个时空阶段。根据不同时空阶段对煤炭开采量的要求，提出开拓煤量、准备煤量、回采煤量、首采层抽采达标煤量及可供布置的邻近层煤量五量管控方法，并基于以上煤量管控及时空规划方法，提出了针对大倾角地质条件的地面井、定向钻孔、下向钻孔三类钻孔瓦斯抽采方法。
在规划区阶段，完成主井、副井、风井等必要的开拓作业，采用地面井对规划区瓦斯进行抽采。其中，规划区地面井采用直井。规划区地面井的井底施工至石门处及将要掘进的准备巷道位置处。
在准备区阶段，采用地面与井下联合抽采工艺进行瓦斯抽采作业。首先，布置石门抽采钻孔，并进行石门揭煤等其余开拓巷道的作业。其次，进行采区准备巷道的掘进，利用底抽巷抽采钻孔预抽瓦斯。最后，待准备巷道作业全部完成后，采用煤巷条带顺层抽采钻孔对准备巷道瓦斯进行抽采。其中，所述底抽巷抽采钻孔为底抽巷定向钻孔或底抽巷穿层钻孔。开拓掘进作业后，每隔一年计算准备区阶段的开拓煤量。准备巷道掘进作业完成后，每隔一月计算采区范围内准备煤量。若出现某一煤量突然升高或降低的情况，则需调整开采方案，降低预期煤炭产量或减缓准备巷道掘进作业速度。
在生产区阶段，主要进行煤炭开采与瓦斯抽采。采用倾向长壁采煤方法进行煤炭开采，并时刻监测瓦斯含量，每隔一月计算回采煤量。采用地面与井下联合抽采工艺对生产区内回采巷道进行瓦斯抽采作业。其中，采用地面井进行地面抽采，采用定向长钻孔和下向本煤层顺层长钻孔进行井下抽采。
在采空区阶段采用地面井与采空区顶板定向长钻孔对采空区内的瓦斯进行抽采。其中，采空区顶板定向长钻孔布置在采空区上部裂隙带内。
规划区、准备区和生产区联动时空接替的决策依据为：当规划区内瓦斯含量Wg小于βW0时，进入准备区抽采阶段。其中，β为煤炭资源回采率，％。W0为煤矿安全生产容许最高瓦斯含量，m3/t。当准备区内瓦斯含量Wz小于8m3/t时，进入生产区作业阶段。
当井下瓦斯含量Wz小于βW0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷定向钻孔。所述底抽巷定向钻孔为梳状分支定向长钻孔。所述底抽巷定向钻孔的钻进角度与准备区煤层倾角相适应。当井下瓦斯含量Wz大于等于βW0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷穿层钻孔。所述底抽巷穿层钻孔与准备区煤层的倾向夹角小于30°，若夹角过大会降低抽采效率，影响抽采效果。
针对大倾角地质条件下煤层群开采的情况，在生产区阶段时，每隔一月还应计算首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量，若首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量出现突然上升或下降的情况，则需及时调整作业方案，如放缓作业进度或改变停采位置等。
生产区地面井的布设位置根据瓦斯抽采效果和地面井变形破坏因素确定。对于采动区地面井施工，与近水平煤层相比，大倾角煤层垮落带、裂隙带和弯曲下沉带呈非对称分布特征，在采动条件下，瓦斯富集区偏向于裂隙带高位侧，故地面直井应设置于裂隙带高位侧。在采场倾向上，当覆岩离层量大于5cm时，将钻井布置在采场沉降拐点连线距离上山方向20m范围内的区域。当上覆岩层间水平位移较大时，宜将钻井布置在靠近采场两帮的位置。避开在采场中心线施工安全系数最低值点附近施工地面井，在位移场中线上侧靠近采场边界施工。
在采场走向上，随着回采工作面的推进，地面井套管位移将逐步增大，但回采工作面开切眼和停采线附近的地面井套管也是损坏高发区，因而，应将地面井位置尽可能避开沉降拐点与开切眼和停采线之间的区域，而偏向采场内部。
巷道掘进完毕后，准备区掘进工作面形成，此时在煤巷掘进工作面布置顺层钻孔预抽瓦斯。煤巷条带顺层抽采钻孔布置煤层中，沿煤层倾向方向扇形布置。控制巷道轮廓线上部20m，下部10m，未采取煤层增透措施前孔间距3m，钻孔控制走向长度120m。
煤巷条带顺层抽采钻孔布置煤层中，沿煤层倾向方向扇形布置。参见图4，钻进时所采取的钻杆为三棱槽螺旋钻杆，在原有螺旋型三棱钻杆的基础上，将螺旋槽设置为逐渐扩大的形态。采用中风压及高风压脉动排渣工艺，根据孔深选取对应的风压。
在钻孔保持排渣正常或良好状态所需要的供风压力与钻孔深度的关系为：
式中：L-钻孔深度，m。P-正常排渣需要的最小供风压力，MPa。
大倾角地质条件下不同孔深段的所需的中风压为0～50m为0.44MPa、50～100m为0.53MPa、100～150m为0.61MPa、150～200m为0.67MPa，高风压在此基础之上增至1.5倍～2倍。
实施例10：
本实施例主要内容同实施例9，煤巷条带顺层抽采钻孔布置煤层中，还具有根据倾角确定封孔长度的相关步骤。确定封孔长度具体包括以下步骤：
预选一个封孔长度，该封孔长度需达到松动圈处或者更大的深度。
检测负压状态下抽采钻孔内不同深度的瓦斯浓度。设置a，b，c，d 4个测点，每个测点等距间隔20～40m。检测时将探测管一端深入抽采钻孔内部采集不同位置气体样品，另一端与三通上的采样测量口相连。三通由两个接口和一个采样测量口组成，其中两接口主要用于连接抽采管和接抽管，采样测量口连接瓦斯参数探测管，依据测量结果，仪器自动生成统计报表和压力、瓦斯浓度分布图。
若a测点处瓦斯浓度比b测点处瓦斯浓度低于30％以上，表明抽采管已被破坏或发生漏气。若b测点处瓦斯浓度比c测点处瓦斯浓度低于30％以上，表明封孔材料破坏或封孔参数差。若c测点处瓦斯浓度比d测点处瓦斯浓度低于30％以上，表明存在漏气通道或封孔深度不足。若d测点处的瓦斯浓度小于0.05％，表明抽采钻孔的深部存在漏气通道。上述情况则应调整封孔参数，适当增大封孔长度。若四个测点瓦斯抽采浓度无法检测或小于0.05％时，表明钻孔内部发生塌孔堵孔，应适当减小封孔长度，参见图5。
实施例11：
本实施例提供一种煤与瓦斯共采方法，根据瓦斯抽采不同时期的特征，将大倾角多煤组矿区开发划分为规划区、准备区、生产区和采空区四个时空阶段。煤炭开采作业生产接续采用开拓煤量、准备煤量、回采煤量、首采层抽采达标煤量及可供布置的邻近层煤量进行管控。
在规划区阶段，完成规划区开拓作业，并采用规划区地面井对规划区瓦斯进行抽采。其中，规划区开拓作业包括主井、副井和风井等必要开拓。规划区地面井采用直井。规划区地面井的井底施工至石门处以及待掘进的准备巷道位置处。
在准备区阶段，完成开拓巷道和准备巷道的掘进作业，采用地面与井下联合抽采工艺进行瓦斯抽采作业。开拓掘进作业后，每隔一年计算准备区阶段的开拓煤量。准备巷道掘进作业完成后，每隔一月计算采区范围内准备煤量。准备区阶段具体包括以下子步骤：
a)布置石门抽采钻孔，并进行开拓巷道掘进作业。
b)进行采区准备巷道掘进作业，利用底抽巷抽采钻孔预抽瓦斯。其中，所述底抽巷抽采钻孔为底抽巷定向钻孔或底抽巷穿层钻孔。
c)待准备巷道作业全部完成后，采用煤巷条带顺层抽采钻孔对准备巷道瓦斯进行抽采。煤巷条带顺层抽采钻孔布置煤层中，沿煤层倾向方向扇形布置。钻进时所采取的钻杆为三棱槽螺旋钻杆，在原有螺旋型三棱钻杆的基础上，将螺旋槽设置为逐渐扩大的形态。采用中风压及高风压脉动排渣工艺，根据孔深选取对应的风压。
在钻孔保持排渣正常或良好状态所需要的供风压力与钻孔深度的关系为：
式中：L-钻孔深度，m；P-正常排渣需要的最小供风压力，MPa。
大倾角地质条件下不同孔深段的所需的中风压为0～50m为0.44MPa、50～100m为0.53MPa、100～150m为0.61MPa、150～200m为0.67MPa，高风压在此基础之上增至1.5倍～2倍。
煤巷条带顺层抽采钻孔布置煤层中，还具有根据倾角确定封孔长度的相关步骤；确定封孔长度具体包括以下子步骤：
A)预选一个封孔长度，该封孔长度需达到松动圈处或者更大的深度。
B)检测负压状态下抽采钻孔内不同深度的瓦斯浓度。设置a、b、c和d 4个测点，每个测点等距间隔20～40m。检测时将探测管一端深入抽采钻孔内部采集不同位置气体样品，另一端与三通上的采样测量口相连。三通由两个接口和一个采样测量口组成，其中两接口主要用于连接抽采管和接抽管，采样测量口连接瓦斯参数探测管，依据测量结果，仪器自动生成统计报表和压力、瓦斯浓度分布图。
C)若a测点处瓦斯浓度比b测点处瓦斯浓度低于30％以上，表明抽采管已被破坏或发生漏气。若b测点处瓦斯浓度比c测点处瓦斯浓度低于30％以上，表明封孔材料破坏或封孔参数差。若c测点处瓦斯浓度比d测点处瓦斯浓度低于30％以上，表明存在漏气通道或封孔深度不足。若d测点处的瓦斯浓度小于0.05％，表明抽采钻孔的深部存在漏气通道。上述情况则应调整封孔参数，适当增大封孔长度。若四个测点瓦斯抽采浓度无法检测或小于0.05％时，表明钻孔内部发生塌孔堵孔，应适当减小封孔长度。
在生产区阶段，进行煤炭开采与瓦斯抽采。采用倾向长壁采煤方法进行煤炭开采，并实时监测瓦斯含量。每隔一月计算回采煤量。采用地面与井下联合抽采工艺对生产区内回采巷道进行瓦斯抽采作业。其中，采用采动区地面井进行地面抽采，采用定向长钻孔和下向本煤层顺层长钻孔进行井下抽采。
在采空区阶段采用地面井与采空区顶板定向长钻孔对采空区内的瓦斯进行抽采。其中，采空区顶板定向长钻孔布置在采空区上部裂隙带内。另布置采动区地面井对生产区瓦斯进行补充抽采。
在本实施例中，当开拓煤量和/或准备煤量出现激增或激降时，降低预期煤炭产量方式或减缓准备巷道掘进作业速度。当井下瓦斯含量Wz小于βW0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷定向钻孔。所述底抽巷定向钻孔为梳状分支定向长钻孔。所述底抽巷定向钻孔的钻进角度与准备区煤层倾角相适应。当井下瓦斯含量Wz大于等于βW0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷穿层钻孔。所述底抽巷穿层钻孔与准备区煤层的倾向夹角小于30°。其中，Wz为准备区内瓦斯含量。W0为煤矿安全生产容许最高瓦斯含量。β为衰减系数。
针对大倾角地质条件下的煤层群开采，还需采用首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量进行管控。在生产区阶段，每隔一月计算首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量。当首采层抽采达标煤量和/或可供布置的邻近层煤量突然上升或下降时，调整作业方案。当首采层抽采达标煤量和/或可供布置的邻近层煤量突然上升或下降时，放缓作业进度或改变停采位置。采动区地面井的布设位置根据瓦斯抽采效果和地面井变形破坏因素确定。
Claims (10)
1.一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：根据瓦斯抽采不同时期的特征，将大倾角多煤组矿区开发划分为规划区、准备区、生产区和采空区四个时空阶段；煤炭开采作业生产接续采用开拓煤量、准备煤量、回采煤量、首采层抽采达标煤量及可供布置的邻近层煤量进行管控；将五量管控贯穿于四区抽采，具体步骤如下：
在规划区阶段，完成规划区开拓作业，并采用规划区地面井对规划区瓦斯进行抽采，其中，规划区开拓作业包括主井、副井和风井；规划区地面井采用直井；规划区地面井的井底施工至石门处以及待掘进的准备巷道位置处；
在准备区阶段，完成开拓巷道和准备巷道的掘进作业，采用地面与井下联合抽采工艺进行瓦斯抽采作业；开拓掘进作业后，每隔一年计算准备区阶段的开拓煤量；准备巷道掘进作业完成后，每隔一月计算采区范围内准备煤量；
在生产区阶段，进行煤炭开采与瓦斯抽采；采用倾向长壁采煤方法进行煤炭开采，并实时监测瓦斯含量；每隔一月计算回采煤量；采用地面与井下联合抽采工艺对生产区内回采巷道进行瓦斯抽采作业；其中，采用采动区地面井进行地面抽采，采用定向长钻孔和下向本煤层顺层长钻孔进行井下抽采；
在采空区阶段，采用地面井与采空区顶板定向长钻孔对采空区内的瓦斯进行抽采；采用采动区地面井对生产区瓦斯进行补充抽采；其中，采空区顶板定向长钻孔布置在采空区上部裂隙带内。
2.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：当开拓煤量和/或准备煤量出现激增或激降时，降低预期煤炭产量方式或减缓准备巷道掘进作业速度。
3.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：当井下瓦斯含量Wz小于βW0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷定向钻孔；所述底抽巷定向钻孔为梳状分支定向长钻孔；所述底抽巷定向钻孔的钻进角度与准备区煤层倾角相适应；当井下瓦斯含量Wz大于等于βW0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷穿层钻孔；所述底抽巷穿层钻孔与准备区煤层的倾向夹角小于30°；其中，Wz为准备区内瓦斯含量；W0为煤矿安全生产容许最高瓦斯含量；β为衰减系数。
4.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：针对大倾角地质条件下的煤层群开采，还需采用首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量进行管控；在生产区阶段，每隔一月计算首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量；当首采层抽采达标煤量和/或可供布置的邻近层煤量突然上升或下降时，调整作业方案。
5.根据权利要求4所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：当首采层抽采达标煤量和/或可供布置的邻近层煤量突然上升或下降时，放缓作业进度或改变停采位置。
6.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于，准备区阶段具体包括以下子步骤：
a)布置石门抽采钻孔，并进行开拓巷道掘进作业；
b)进行采区准备巷道掘进作业，利用底抽巷抽采钻孔预抽瓦斯；其中，所述底抽巷抽采钻孔为底抽巷定向钻孔或底抽巷穿层钻孔；
c)待准备巷道作业全部完成后，采用煤巷条带顺层抽采钻孔对准备巷道瓦斯进行抽采。
7.根据权利要求6所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：采动区地面井的布设位置根据瓦斯抽采效果和地面井变形破坏因素确定；
对于采动区地面井施工，地面直井设置于生产区裂隙带高位侧；在采场倾向上，当覆岩离层量大于5cm时，将钻井布置在采场沉降拐点连线距离上山方向20m范围内的区域；
在采场走向上，将地面井设置在避开沉降拐点与开切眼和停采线之间的区域。
8.根据权利要求6所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：还涉及到长钻孔钻杆外形和排渣工艺的设计，在步骤c)中，煤巷条带顺层抽采钻孔布置煤层中，沿煤层倾向方向扇形布置；钻进时采用三棱槽螺旋钻杆回转钻进，采用中风压及高风压脉动排渣。
9.根据权利要求8所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：还涉及到风压的确定方法，大倾角地质条件下，孔深段为0～50m时，中风压为0.44MPa；孔深段为50～100m时，中风压为0.61MPa；孔深段为150～200m时，中风压为0.67Mpa；高风压在中风压基础之上增至1.5倍～2倍。
10.根据权利要求6所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：还涉及到下向孔封孔长度的确定方法，在步骤c)中，当煤巷条带顺层抽采钻孔施工结束后，退出钻杆，插入封孔管实施封孔；确定封孔长度具体包括以下子步骤：
a)预选一个封孔长度，该封孔长度需达到松动圈处或者更大的深度；
b)检测负压状态下抽采钻孔内不同深度的瓦斯浓度；设置a，b，c，d 4个测点，每个测点等距间隔20～40m；检测时将探测管一端深入抽采钻孔内部采集不同位置气体样品，另一端与三通上的采样测量口相连；三通由两个接口和一个采样测量口组成，其中两接口主要用于连接抽采管和接抽管，采样测量口连接瓦斯参数探测管，依据测量结果，仪器自动生成统计报表和压力、瓦斯浓度分布图；
c)若a测点处瓦斯浓度比b测点处瓦斯浓度低于30％以上，表明抽采管已被破坏或发生漏气；若b测点处瓦斯浓度比c测点处瓦斯浓度低于30％以上，表明封孔材料破坏或封孔参数差；若c测点处瓦斯浓度比d测点处瓦斯浓度低于30％以上，表明存在漏气通道或封孔深度不足；若d测点处的瓦斯浓度小于0.05％，表明抽采钻孔的深部存在漏气通道；上述情况则应调整封孔参数，适当增大封孔长度；若四个测点瓦斯抽采浓度无法检测或小于0.05％时，表明钻孔内部发生塌孔堵孔，应适当减小封孔长度。
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