一種循環式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開採系統及方法與流程

2023-12-03 23:52:21

本發明涉及煤儲層卸壓消突、煤層氣開採技術領域，具體涉及一種循環式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開採系統及方法，特別適用於厚度較大的單一煤儲層的瓦斯治理。

背景技術：

我國大部分礦區構造煤比較發育，其區域的煤層具有煤質鬆軟、煤層透氣性差、高瓦斯含量等特徵，單一較厚煤儲層的瓦斯治理和煤層氣開採成為公認的世界性難題。目前我國瓦斯治理和煤層氣開採針對不同煤儲層形成了不同的開採技術。對於原生結構煤，滲透率較高時，主要採用地面抽採方式；而針對多煤層，多採用開採保護層卸壓後井下抽採的方式，其中採前、採中與採後相結合；對於煤層厚度較小的單一構造煤，常採用井下壓裂後抽採或者井下鑽孔直接抽採等方式；對於煤層厚度較大的單一「三軟」煤層，多採用底抽巷衝孔卸壓後抽採。

總之，當前瓦斯治理與煤層氣開採技術主要包括以下兩種手段：一是降低儲層壓力，致使瓦斯解吸，在壓差的作用下滲流產出，如地面鑽井排水降壓採氣工藝和井下鑽孔負壓抽放瓦斯技術，但傳統從地面抽採瓦斯的直井和水平井在煤層煤質鬆軟、低滲和高瓦斯的區域不能有效大面積卸壓增透；另一個是通過擾動原始承壓煤層，製造應力釋放空間，使煤中孔裂隙大規模增加，降低吸附瓦斯承壓快速解吸，同時擴大瓦斯滲流產出通道，如保護層開採技術和水力疏鬆等層內卸壓防突措施。保護層開採技術是最有效的區域防突技術之一，但其受地質條件的限制，一般應用於煤層群開採的礦井，而對單一煤層和層間距較大的煤層不適合水力疏鬆，水力疏鬆雖是一種層內卸壓增透的防突措施，在低滲透煤體中起到了一定效果，但在執行過程中，往往存在著瓦斯超限頻繁、易造成人為誘導突出等問題，不能進行區域性卸壓。

特別針對厚度較大的單一煤儲層，目前的煤儲層卸壓消突技術和煤層氣開採技術均未取得良好的效果，同時隨著煤層埋藏深度的增加，針對瓦斯治理和煤層氣開採的技術難度越來越大，煤層氣開採企業的噸煤治理成本持續增加，亟需尋找低成本、可規模化、自動化的瓦斯治理與煤層氣開採方法。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種循環式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開採系統及方法，用於克服現有技術中存在的不足以實現在本煤層局部線切割微解放層的方式，達到提高煤體透氣性、卸除煤層瓦斯壓力、防治瓦斯突出的目的。

為了解決以上問題，本發明通過以下技術方案實現：

所述的一種循環式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開採系統，包括兩臺雙輥筒式驅動託車、兩套動力裝置、閉環式線性齒形切割帶和齒軌：兩臺雙輥筒式驅動託車通過齒輪與齒軌嚙合分別安裝於上順槽和下順槽中，兩套動力裝置分別安裝於兩臺雙輥筒式驅動託車中，並驅動上輥筒與下輥筒按同一旋轉方向轉動；以兩臺雙輥筒式驅動託車的四個輥筒為支撐點，閉環式線性齒形切割帶依次通過四個輥筒外表面，形成四邊形。

作為優選的，兩臺雙輥筒式驅動託車平行放置於上順槽和下順槽中，且均安裝有同步驅動裝置，保證兩臺雙輥筒式驅動託車在運動過程中始終同步。

作為優選的，雙輥筒式驅動託車中兩個輥筒上下安裝，且上輥筒與下輥筒之間保持一定距離。

以上述系統為基礎，本發明提供的一種循環式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開採方法，包括以下步驟：

（1）從礦井主巷道根據本煤層分布趨勢，在主巷道的左右兩側施工上順槽和下順槽，上順槽和下順槽的末端施工切眼將兩者連通，同時在上順槽和下順槽中鋪設齒軌、安裝煤炭輸送裝置。

（2）上順槽與下順槽和主巷道之間分別設置安裝防突風門，對上順槽與下順槽靠近主巷道的牆壁進行鑽孔加固以增強其強度，同時在上順槽與下順槽中鋪設瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管路與安裝於主巷道中的瓦斯抽放系統連接；

（3）兩臺雙輥筒式驅動託車分別與上順槽與下順槽中鋪設的齒軌嚙合，並安裝於上順槽與下順槽末端，同時閉環式線性齒形切割帶安裝於兩臺雙輥筒式驅動託車的上輥筒和下輥筒上；

（4）啟動兩臺雙輥筒式驅動託車和兩套動力裝置，兩臺雙輥筒式驅動託車沿齒軌緩慢移動，閉環式線性齒形切割帶在動力裝置的驅動作用下轉動，對本煤層進行切割作業形成兩個微解放層，由切割作業產生的煤粉通過煤炭輸送裝置輸送至指定地點，並由瓦斯抽放系統收集由本煤層中逸出的瓦斯氣體，直至完成本煤層中的切割作業；

（5）根據本煤層厚度和煤體屬性等特徵確定本煤層中需切割微解放層的數量，重複步驟（4），直至本煤層中所有微解放層的切割作業完成為止。

本發明的有益效果如下：

本發明所採用的一種循環式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開採系統及方法，通過閉環式線性齒形切割帶的轉動在本煤層中切割形成多個微解放層的方式，儘可能完全溝通本煤層中主裂縫和次裂縫，最大限度地釋放煤儲層中瓦斯氣體，達到煤儲層卸壓消突的目的。本發明中切割本煤層形成微解放層的裝備結構簡單、操作方便，與其它卸壓消突方法相比，該方法提高了生產效率，此外切割過程中可實現無人自動化控制，大大降低了由於人為因素可能造成的安全隱患。

附圖說明

圖1為本發明的一種循環式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開採系統及方法的整體示意圖；

圖2為本發明的雙輥筒式託車的整體結構示意圖；

圖中標記為：1：雙輥筒式驅動驅動託車；2：齒軌；3：上順槽；4：切眼；5：閉環式線性齒形切割帶；6：下順槽；7：防突風門；8：主巷道；9：瓦斯抽放系統；10：本煤層；11：上輥筒；12：下輥筒；13：齒輪；14：動力裝置。

具體實施方式

以下結合附圖1和圖2，對本發明的一個實施例作進一步描述：

所述的一種線性切割本煤層的煤層卸壓消突與煤層氣開採裝備，包括兩臺雙輥筒式驅動託車1、兩套動力裝置14、閉環式線性齒形切割帶5和齒軌2：兩臺雙輥筒式驅動託車1通過齒輪13與齒軌2嚙合分別安裝於上順槽3和下順槽6中，兩套動力裝置14分別安裝於兩臺雙輥筒式驅動託車1中，並驅動上輥筒11與下輥筒12按同一旋轉方向轉動；以兩臺雙輥筒式驅動託車1的四個輥筒為支撐點，閉環式線性齒形切割帶5依次通過四個輥筒外表面，形成四邊形。

所述的兩臺雙輥筒式驅動託車1平行放置於上順槽3和下順槽6中，且均安裝有同步驅動裝置，保證兩臺雙輥筒式驅動託車1在運動過程中始終同步。

所述的雙輥筒式驅動託車1中兩個輥筒上下安裝，且上輥筒11與下輥筒12之間保持一定距離。

以上述裝備為基礎，本發明提供的一種線性切割本煤層的煤層卸壓消突與煤層氣開採方法，包括以下步驟：

（1）從煤礦主巷道8根據本煤層10分布趨勢，在其左右兩側施工上順槽3和下順槽6，上順槽3和下順槽6的末端施工切眼4將兩者連通，在上順槽3和下順槽6中鋪設齒軌2、安裝煤炭輸送裝置。

（2）上順槽3與下順槽6和主巷道8之間分別設置安裝防突風門7，對上順槽3與下順槽6靠近主巷道8的牆壁進行鑽孔加固以增強其強度，同時在上順槽3與下順槽6中鋪設瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管路與安裝於主巷道8中的瓦斯抽放系統9連接；

（3）兩臺雙輥筒式驅動託車1分別與上順槽3與下順槽6中鋪設的齒軌2嚙合，並安裝於上順槽3與下順槽6末端，同時閉環式線性齒形切割帶5安裝於兩臺雙輥筒式驅動託車1的上輥筒11和下輥筒12上；

（4）啟動兩臺雙輥筒式驅動託車1和兩套動力裝置14，兩臺雙輥筒式驅動託車1沿齒軌2緩慢移動，閉環式線性齒形切割帶5在動力裝置14的驅動作用下轉動，對本煤層10進行切割作業形成兩個微解放層，由切割作業產生的煤粉通過煤炭輸送裝置輸送至指定地點，並由瓦斯抽放系統9收集由本煤層10中逸出的瓦斯氣體，直至完成本煤層10中的切割作業；

（5）根據本煤層10的厚度和煤體屬性等特徵確定本煤層10中需切割微解放層的數量，重複步驟（4），直至本煤層10中所有微解放層的切割作業完成為止。