一種基於上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽採鑽孔布置方法

2023-07-04 02:20:31 1

專利名稱：一種基於上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽採鑽孔布置方法
技術領域：
本發明涉及煤礦瓦斯抽採領域，尤其涉及一種用於採空區上覆巖層瓦斯抽採的鑽孔布置方法。
背景技術：
目前，依據礦壓巖層控制理論，按照採空區上覆巖層採動裂隙特徵一般將採空區上覆巖層劃分為「豎三帶」和「橫三區」。「豎三帶」從上至下可分為彎曲下沉帶、頂板裂隙帶和冒落帶，抽採主要針對裂隙帶發育區進行抽採，如申請號為03113021.6的中國專利申請公開了一種「開採煤層頂板瓦斯抽放的方法」，在開採煤層頂板，對於來自開採和卸壓煤層通過採空區上覆巖層受採動影響形成的裂隙通道匯集到「環形裂隙圈」內的解吸瓦斯，由布置在「環形裂隙圈」中的鑽孔或巷道進行抽放，「環形裂隙圈」位於採煤工作面靠近迴風巷和進風巷的採空區頂板冒落帶以上的離層裂隙帶內。現有採空區頂板裂隙區的瓦斯抽放主要有水平高抽巷、傾斜高抽巷和高位鑽孔抽放等方法，也僅限於頂板裂隙帶，可供抽採範圍偏小，鑽孔抽採效能偏低。一些採動裂隙區抽放方法需要打單獨的頂板抽採巷道，採用頂板巷道打鑽孔或頂板巷道進行卸壓瓦斯抽採，這些方法增大了瓦斯治理工程量與經費投入，且抽採巷道自身即是一個瓦斯積聚區域，安全性差。此外，「裂隙帶」或「環形裂隙圈」區域內進行抽採，抽採鑽孔所處層位較低，隨頂板垮落壓實而逐漸失效，有效抽採時間短，亦不能對採空區深部的高濃度瓦斯進行抽採，不利於高效減小採空區瓦斯湧出強度。

發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的問題，提供一種基於上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽採鑽孔布置方法，將瓦斯運移特性與裂隙帶分布特徵有機結合起來進行分類，利用既有的瓦斯尾巷直接進行抽採鑽孔的施工，將抽採鑽孔分別布置到上覆巖層的多個區域內，不但有效抽採高濃度瓦斯，且幹擾了採空區迴風側區的滲流場，抽採效能高，且減少了打抽放巷工藝，簡化了工藝技術環節，降低了成本。為實現本發明的上述目的，提供以下技術方案:一種基於上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽採鑽孔布置方法，其特徵在於包括從瓦斯尾巷直接向採空區上覆巖層的多個區域打傾斜大直徑鑽孔的步驟。其中，採空區上覆巖層的多個區域包括自下而上的低位裂隙殼、中位裂隙殼和高位裂隙殼；其中，低位裂隙殼為採空區裂隙豎向破壞發育區；高位裂隙殼為採空區離層裂隙與微裂隙發育區；中位裂隙殼位於高位裂隙殼與低位裂隙殼之間。特別是，打傾斜大直徑鑽孔的步驟包括從所述瓦斯尾巷直接向所述高位裂隙殼打多個高位裂隙殼鑽孔，多個高位裂隙殼鑽孔沿瓦斯尾巷並列布置。此外，打傾斜大直徑鑽孔的步驟還包括從所述瓦斯尾巷直接向所述低位裂隙殼打多個低位裂隙殼鑽孔，多個低位裂隙殼鑽孔沿瓦斯尾巷並列布置，每個低位裂隙殼鑽孔分別與一個所述高位裂隙殼鑽孔對應形成一個抽採鑽孔組。特別是，每個所述鑽孔組內的所述高位裂隙殼鑽孔與所述低位裂隙殼鑽孔之間的距離為10 20m ;相鄰所述抽採鑽孔組之間的距離為30 60m。其中，高位裂隙殼鑽孔的終端與迴風巷之間的距離小於或等於工作面長度的1/2，大於h ^tana，h高位裂隙殼鑽孔的終孔高度，α為煤壁支承影響角。高位裂隙殼鑽孔進入關鍵層內，高位傾斜大直徑鑽孔的終端位於關鍵層區域內或關鍵層以上區域，與煤層頂板之間的距離為40 80m。本發明的有益效果體現在以下方面:1)利用「U+L」型通風系統既有的瓦斯尾巷直接進行抽採鑽孔的施工，減少了打抽放巷工藝，簡化了工藝技術環節，節約經費、人力、物力、財力；2)高位裂隙殼鑽孔穿過中位裂隙殼區域，布置到高位裂隙殼中部區域，抽採採空區頂板區域積聚的高濃度瓦斯，有效降低了採空區瓦斯湧出強度。3)將抽採鑽孔分別布置到低位裂隙殼和高位裂隙殼內，形成抽採鑽孔組進行抽採，不但有效抽採高濃度瓦斯，且幹擾了採空區迴風側區的滲流場，抽採效能高；


圖1為本發明基於上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽採鑽孔布置方法的結構示意圖；圖2為本 發明基於上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽採鑽孔布置的原理圖。附圖標記說明:1_低位裂隙殼；2_中位裂隙殼；3_高位裂隙殼；4_工作面；5_冒落區；6_瓦斯尾巷；7_迴風巷；8_進風巷；9-煤層；10_低位裂隙殼鑽孔；30_高位裂隙殼鑽孔。
具體實施例方式如圖2本發明基於上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽採鑽孔布置的原理圖所述，本發明將採空區上覆巖層自下而上分為低位裂隙殼1、中位裂隙殼2和高位裂隙殼3。低位裂隙殼I主要為採空區裂隙豎向破壞發育區，位於冒落帶上部、裂隙帶下部區域，在垂直方向上貫通性強，靠近工作面4區域的低位裂隙殼受採空區漏風影響較大，上鄰近層的卸壓瓦斯在通風負壓的作用下易湧入冒落區5 ;高位裂隙殼3主要是採空區離層裂隙與微裂隙發育區，包括裂隙帶上部區域、彎曲下沉帶下部區域，在水平方向上貫通性強，受採空區漏風影響小，為高濃度瓦斯穩定積聚區，在瓦斯濃度梯度和通風負壓的作用下運移。高位裂隙殼隨著工作面推進逐漸產生，且在整個工作面的回採過程中長期存在，因此，高位裂隙殼鑽孔所處層位較高，且能在工作面整個回採過程對該區域進行高效能抽採，在採空區深部形成了多個匯點，有效減小了採空區瓦斯湧出強度。中位裂隙殼2位於高位裂隙殼3和低位裂隙殼I之間，主導裂隙方向不明顯。本發明基於上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽採鑽孔布置方法包括如下步驟:由瓦斯尾巷6直接向高位裂隙殼3打多個高位裂隙殼鑽孔30，多個高位裂隙殼鑽孔30穿過中位裂隙殼2進入高位裂隙殼3 (如圖2所示)，多個高位裂隙殼鑽孔30沿瓦斯尾巷6並列布置(如圖1所示)，以便抽採採空區頂板區域穩定積聚的高濃度瓦斯，有效降低採空區瓦斯湧出強度。
由由瓦斯尾巷6直接向低位裂隙殼I打多個低位裂隙殼鑽孔10 (如圖2所示)，多個低位裂隙殼鑽孔10沿瓦斯尾巷6並列布置(如圖1所示)。以便有效抽採大量高濃度瓦斯，且在採空區深部形成了多個匯點，有效幹擾採空區迴風側區域的瓦斯流場，減少採空區高濃度瓦斯向迴風巷7與瓦斯尾巷6湧入。每個低位裂隙殼鑽孔10分別與一個高位裂隙殼鑽孔30對應形成一個抽採鑽孔組A0每個鑽孔組A內的高位裂隙殼鑽孔30與低位裂隙殼鑽孔10之間的距離為10 20m ;相鄰鑽孔組A之間的距離為30 60m。另外，本發明中高位裂隙殼鑽孔30的終端與迴風巷7之間的距離小於工作面長度的1/2，使得高位裂隙殼鑽孔30的終端位於工作面迴風側區域，且鑽孔長度不至於太長，高位裂隙殼鑽孔30的終端與迴風巷7之間的距離大於h/tan a，h為高位裂隙殼鑽孔的終端高度，α為煤壁支承影響角，鑽孔應該進入到採空區上方裂隙與離層發育區，避免鑽孔有效抽採段位於煤壁支承影響區內(否則抽採效果差)；高位裂隙殼鑽孔30的終端進入關鍵層內，終端位於關鍵層區域內或關鍵層以上區域，高度大小依據現場煤巖層賦存條件確定，一般與煤層頂板之間的距離為40 80m。採用本發明的鑽孔布置方法對採空區瓦斯進行抽採，使得上隅角的瓦斯濃度控制在0.85%以下，迴風流中瓦斯濃度在0.70%以下，有效解決了上隅角和迴風流中瓦斯超限的難題。儘管上文對本發明作了詳細說明，但本發明不限於此，本技術領域的技術人員可以根據本發明的原理進行修改，因此，凡按照本發明的原理進行的各種修改都應當理解為落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種基於上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽採鑽孔布置方法，其特徵在於包括從瓦斯尾巷(6)直接向採空區上覆巖層的多個區域打傾斜大直徑鑽孔的步驟。
2.如權利要求1所述的瓦斯抽採鑽孔布置方法，其特徵在於，所述採空區上覆巖層的多個區域包括自下而上的低位裂隙殼(I)、中位裂隙殼(2)和高位裂隙殼(3);其中， 低位裂隙殼(I)為採空區裂隙豎向破壞發育區； 高位裂隙殼(3)為採空區離層裂隙與微裂隙發育區； 中位裂隙殼(2)位於高位裂隙殼與低位裂隙殼之間。
3.如權利要求2所述的瓦斯抽採鑽孔布置方法，其特徵在於，所述打傾斜大直徑鑽孔的步驟包括從所述瓦斯尾巷(6)直接向所述高位裂隙殼(3)打多個高位裂隙殼鑽孔(30)，多個高位裂隙殼鑽孔(30)沿瓦斯尾巷(6)並列布置。
4.如權利要求3所述的瓦斯抽採鑽孔布置方法，其特徵在於，所述打大直徑傾斜鑽孔的步驟還包括從所述瓦斯尾巷(6)直接向所述低位裂隙殼(I)打多個低位裂隙殼鑽孔(10)，多個低位裂隙殼鑽孔(10)沿瓦斯尾巷(6)並列布置，每個低位裂隙殼鑽孔(10)分別與一個所述高位裂隙殼鑽孔(30)對應形成一個抽採鑽孔組(A)。
5.如權利要求4所述的瓦斯抽採鑽孔布置方法，其特徵在於，每個所述鑽孔組(A)內的所述高位裂隙殼鑽孔(30)與所述低位裂隙殼鑽孔(10)之間的距離為10 20m。
6.如權利要求5所述的瓦斯抽採鑽孔布置方法，其特徵在於，相鄰所述抽採鑽孔組(A)之間的距離為30 60m。
7.如權利要求6所述的瓦斯抽採鑽孔布置方法，其特徵在於，所述高位裂隙殼鑽孔(30)的終端與迴風巷(7)之間的距離小於工作面⑷長度的1/2，大於h.tana，h高位裂隙殼鑽孔的終孔高度，α為煤壁支承影響角。
8.如權利要求6所述的瓦斯抽採鑽孔布置方法，其特徵在於，所述高位裂隙殼鑽孔(30)進入關鍵層內，高位裂隙殼鑽孔(30)的終端位於關鍵層區域內或關鍵層以上區域，與煤層頂板之間的距離為40 80m。
全文摘要
本發明公開了一種基於上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽採鑽孔布置方法，其特徵在於包括從瓦斯尾巷(6)直接向採空區上覆巖層的多個區域打傾斜大直徑鑽孔的步驟；採空區上覆巖層的多個區域包括自下而上的低位裂隙殼(1)、中位裂隙殼(2)和高位裂隙殼(3)；其中，低位裂隙殼(1)為採空區裂隙豎向破壞發育區；高位裂隙殼(3)為採空區離層裂隙與微裂隙發育區；中位裂隙殼(2)位於高位裂隙殼與低位裂隙殼之間。利用既有的瓦斯尾巷直接進行抽採鑽孔的施工，將抽採鑽孔分別布置到上覆巖層的多個區域內，不但有效抽採高濃度瓦斯，且幹擾了採空區迴風側區的滲流場，抽採效能高，且減少了打抽放巷工藝，簡化了工藝技術環節，降低了成本。
文檔編號E21F7/00GK103161492SQ20111042513
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者何富連, 謝生榮, 張守寶 申請人:中國礦業大學(北京)