一種煤礦回採工作面上隅角瓦斯抽放方法
2023-06-05 23:48:16 2
專利名稱：一種煤礦回採工作面上隅角瓦斯抽放方法
技術領域：
本發明涉及煤礦採煤技術領域，特別涉及一種煤礦回採工作面上隅角瓦斯抽放方法。
背景技術：
目前，在煤礦回採過程中的採空區是在採煤工作面的後方，工作面回採工程中始終存在並且隨著採面的推進，範圍逐漸增加的採空區。採空區瓦斯的湧出，在礦井瓦斯來源中佔有相當大的比例。這是由於在瓦斯礦井採煤時，尤其是開採煤層群和厚煤層條件下，鄰近煤層、未採分層、圍巖、煤柱和工作面丟煤中的瓦斯都會向採空區湧出，致使採空區積存了大量高濃度瓦斯。由於採空區是和通風網路連通的，來源於上述各個方面的瓦斯湧向採空區後，又湧向工作面並經迴風巷排出，當採空區積存和湧出瓦斯較大時，將使工作面上隅角經常處於超限狀態，有時還可能由於頂板的冒落而引起採空區瓦斯的突然大量湧出，對生產構成很大的威脅。就這種情況，現有技術採取了以下幾種方法來抽放瓦斯1)設置風障引導風流法。當採煤工作面上隅角瓦斯濃度不太大的情況下，在工作面上隅角附近設置風障或木板隔離，迫使一部分風流經過上隅角，將積聚的瓦斯排出。這種方式僅適用於上隅角瓦斯湧出量不超過2m3/min、工作面風量大於200m3/ min、風障最大長度不超過20m的條件；且在工作面布置風障降低了作業環境的安全程度， 增加了採區內通風阻力，採空區漏風會有所加劇。2)風機排除法。風機排除法按其動力源的不同可分為水力通風機、電動局部通風機和引射器等，但其原理和布置方法是相同的，風筒進風口設在上隅角瓦斯積聚點，把積聚的瓦斯衝談、帶走。這種方法的缺點是都需要配置有設備，佔據了一定的採掘空間，影響作業環境和條件，尤其是局部通風機，雖然已具有較高的防爆性能和抗衝擊、摩擦火花等性能，但由於井下特別是採煤工作面作業條件惡劣，日常管理和維護需要特別注意，同時，他們都需要一定的動力作條件，因此是不經濟的。3)上隅角埋管抽放瓦斯法。該方法是把帶孔眼的管子在頂板冒落前直接插入採空區進行抽放。一般情況下，插入管子的直徑為75-100mm，處在採空區內一端長2-; 的管子， 管壁穿有小孔並有紗網包好，防止抽放中發生堵塞現象；該管位於煤層頂部，以便處於瓦斯濃度較高的地點，提高抽放效果。這種瓦斯抽放方法抽放率較低，抽出的濃度通常只有10-25%。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種煤礦回採工作面上隅角瓦斯抽放方法，以提高瓦斯抽放效率。
本發明提供的這種煤礦回採工作面上隅角瓦斯抽放方法，包括以下步驟:A、預先確定最佳抽採範圍和鑽場間距；B、按照所述的鑽場間距，設置鑽場；C、從每個鑽場頂部向採空區方向傾斜向上鑽一主鑽孔，該主鑽孔從冒落帶到達裂隙帶；D、在裂隙帶，從每個主鑽孔向採空區方向傾斜向上鑽多個分支鑽孔，每個主鑽孔的多個分支鑽孔呈扇面狀排布於所述最佳抽採範圍內；E、將各個分支鑽孔與用於抽放瓦斯的抽放管路相連接。較佳地，所述預先確定的最佳抽採範圍包括Al、根據採煤工作面煤層頂板巖性情況及「上三帶」的分別規律，確定出裂隙帶範圍。A2、根據採動裂隙的「0」形圈理論及煤層頂板跨落角參數計算出傾向上的最佳抽採範圍。所述預先確定鑽場間距為預先根據鑽採設備的性能、抽放條件及「上三帶」的分布規律進行確定。較佳地，所述鑽採設備的性能為鑽採設備的最長鑽孔長度。較佳地，所述鑽採設備的最長鑽孔長度為1000米；所述主鑽孔長度與分支鑽孔的長度之和為1000米；所述主鑽孔長度為30-50米；所述鑽場間距為950-970米。較佳地，所述步驟B中，將各個鑽場等距離設置在煤層中，緊貼迴風巷道的位置。較佳地，所述主鑽孔與水平面的夾角為20度-30度。較佳地，所述每個鑽場的多個分支鑽孔在裂隙帶內先傾斜向上，再彎折為水平方向；且每個鑽場的多個分支鑽孔在公共段相互連通。較佳地，所述多個分支鑽孔傾斜向上的角度和長度根據鑽場間距、裂隙帶層位及煤層傾角計算。較佳地，所述多個分支鑽孔終孔之間的距離為5-10米；多個分支鑽孔傾斜向上角度相同為1-2度；多個分支孔的長度相同為950米-970米。較佳地，所述步驟E為從抽放泵站或抽放主管上引出一條抽放管路，將各個分支鑽孔利用埋線管與該抽放管路相連接。由上述的技術方案可見，本發明的這種煤礦回採工作面上隅角瓦斯抽放方法，從每個鑽場頂部向採空區方向傾斜向上鑽一主鑽孔，該主鑽孔從冒落帶到達裂隙帶；在裂隙帶，從每個主鑽孔向採空區方向傾斜向上鑽多個分支鑽孔，多個分支鑽孔呈扇面狀排布於所述最佳抽採範圍內；並將各個分支鑽孔與用於抽放瓦斯的抽放管路相連接。當採煤工作面推進到孔底位置時，由於煤層頂板的自動冒落，本煤層瓦斯向上移動，鄰近煤層受到採動影響而卸壓，卸壓瓦斯向開採層移動，由於鑽孔抽放負壓的影響，改變了瓦斯移動方向，使瓦斯被抽放進入抽放管路，從而減小了向上隅角湧出的瓦斯量。
圖1為本發明煤礦回採工作面上隅角瓦斯抽放方法一較佳實施例的實施過程圖；圖2為採用本發明瓦斯抽放方法後煤礦結構正面示意圖；圖3為採用本發明瓦斯抽放方法後煤礦結構俯視示意圖。
具體實施例方式以下參照附圖並舉具體實施例對本發明進行詳細說明。本發明的這種煤礦回採工作面上隅角瓦斯抽放方法的具體實施過程如圖1所示，
4包括如下步驟步驟101、根據採煤工作面煤層頂板巖性情況，以及「上三帶」的分布規律，確定出裂隙帶範圍。本步驟中「上三帶」就是通常指的從下至上的「冒落帶」、「裂隙帶」和「彎曲下沉
勝」
TP O步驟102、根據採動裂隙的「0」形圈理論，以及煤層頂板跨落角等參數計算出傾向上的最佳抽採範圍。上述步驟101中確定裂隙帶範圍的方法和步驟102中技術最佳抽採範圍的方法都屬於現有技術，這裡不再贅述。步驟103、設計鑽孔的位置，確定鑽場間距。本實施例中，鑽孔應從鑽場頂部的終孔層位落在裂隙帶內，傾向上布置在最佳抽採範圍內。本實施中鑽場的鑽孔終孔應全部控制在裂隙帶內，不應進入彎曲下沉帶，這是由於彎曲下沉帶內由於透氣性較小，且瓦斯不易積聚到該層位，所以鑽孔終孔位置布置在裂隙帶內。另外，由於頂板充填採空區垮落的緣故，處於冒落帶內的鑽孔也屬於無效鑽孔，當採煤工作面推進到一定距離後將自動報廢。鑽場間距應根據鑽採設備的性能、抽放條件、「上三帶」的分布因素綜合考慮確定。這種確定方式屬於現有技術，其中抽放條件指指開採技術條件，如工作面斜長，工作面推採長度，工作面順槽巷道是否便於打鑽施工等，工作面順槽頂板是否破碎等。如工作面很大，工作面推採長度達6000米，鑽場間距如僅為IOOm左右，則鑽場太多，無效的疊加段多，工程量大，管理複雜。如工作面推採長度為1500m，又採用千米鑽機施工，可布置兩個鑽場，鑽場間距為750m，以減少施工技術難度，較易保證分支孔全部位於裂隙帶內等。步驟104、設置鑽場。本實施例中的各個鑽場是等距離設置在煤層中，緊貼迴風巷道的位置。步驟105、從每個鑽場頂部向採空區方向傾斜向上鑽一主鑽孔，該主鑽孔從冒落帶到達裂隙帶。步驟106、在裂隙帶，從每個主鑽孔向採空區方向傾斜向上鑽多個分支鑽孔，每個主鑽孔的多個分支鑽孔呈扇面狀排布於所述最佳抽採範圍內。本實施例中，多個分支鑽孔傾斜向上部分的角度和長度是根據鑽場間距、裂隙帶層位及煤層傾角，採用現有技術的算法計算得出的。步驟107、將各個分支鑽孔與用於抽放瓦斯的抽放管路相連接。本實施例中，就是從抽放泵站或抽放主管上引出一條抽放管路，將各個分支鑽孔利用埋線管與該抽放管路相連接。以下參照圖2、圖3對本發明實施例中鑽場、主鑽孔和分支鑽孔的位置關係進行進一步詳細說明。本實施例中，利用S)Y-6000LD(A)型千米定向鑽機施工鑽孔，該鑽採設備能夠實現鑽孔內分支，且能夠鑽1000米長的鑽孔。參見圖2、圖3，本實施例中採空區16兩側分別連接有迴風巷道17和進風巷道18。 本實施例中的各個鑽場3、4、5是等距離設置在煤層15中，緊貼迴風巷道17的位置。
如圖2、圖3所示，本實施例中的鑽場3、4、5的主鑽孔都是從鑽場3、4、5的頂部側邊，向採空區16方向傾斜向上，且主鑽孔從冒落帶1到達了裂隙帶2。鑽場3、4、5的主鑽孔長度為30米-50米，位於冒落帶1中，其端點到達裂隙帶2。 主鑽孔與水平面的夾角為20度-30度。本實施例中，每個鑽場3、4、5具有3個分支鑽孔，3個分支鑽孔在裂隙帶內先傾斜向上，再向採空區16彎折為水平方向。具體地，鑽場3的3個分支鑽孔6、7、8傾斜向上部分的角度相同為1_2度左右，一般1度即可，分支孔的長度相同為950米-970米。本實施例中3個分支鑽孔終孔之間的距離為5-10米。分支孔為抽放孔，用於抽放裂隙帶瓦斯，工作面回採期間分支孔末端始終處於工作面的上方裂隙帶內，隨工作面後退回採分支孔逐漸縮短，減小部分由於進入工作面後方採空區而報廢。由於裂隙帶不同高度處瓦斯抽放效果受工作面地質條件及開採技術因素等影響， 分支孔的絕大部分應處於裂隙帶最優抽放瓦斯層位，目前不同礦井的工作面採用現場試驗的方法確定抽放支管所在巖層層位及最優參數，所以不同礦井角度也不相同。由於鑽孔公共段末端已進入裂隙帶，分支孔後向上的角度很小，千米長鑽孔一般在1度左右，以保證鑽孔末端仍位於裂隙帶內。鑽場4的3個分支鑽孔9、10、11傾斜向上部分的角度、長度以及3個分支鑽孔終孔之間的距離都與分支鑽孔6、7、8相同，這裡不再重複。如圖2、圖3所示，本實施例中，由於主鑽孔的長度約30-50米(此距離主要由上三帶的高度確定)左右，位於冒落帶內，屬於不可抽採段，所以鑽場4的主鑽孔與分支孔鑽孔6、7、8終孔段需上下重疊30-50米，也就是下一鑽場的分支孔抽取主鑽孔所在區域裂隙帶瓦斯。由於本方法中鑽孔越長效率越高，重疊段無效鑽孔也越低。如鑽孔總長度(主鑽孔的長度與其分支鑽孔長度之和)為1000m，這樣鑽場4與鑽場3相距為950米-970米，同理鑽場5與鑽場4也相距950-970米。鑽場5的分支鑽孔12、13、14與鑽場4的情況相同，這裡不再重複。這樣，當採煤工作面推進到孔底位置時，由於煤層頂板的自動冒落，本煤層瓦斯向上移動，鄰近煤層受到採動影響而卸壓，卸壓瓦斯向開採層移動，由於鑽孔抽放負壓的影響，改變了瓦斯移動方向，使瓦斯被抽放進入抽放管路，從而減小了向上隅角湧出的瓦斯量。由上述的實施例可見，本發明的上隅角瓦斯抽放方法具有如下優點1、因為頂板瓦斯抽放鑽孔布置在煤層頂板裂隙帶內，採空區煤層頂板自動跨落後，瓦斯自動向上移動，上鄰近層受本煤層採動影響，瓦斯向下移動，所以採用本發明技術方案抽放效果較好，能使回採面上隅角瓦斯濃度降低0. 5%左右，使原先工作面推進循環數由3 4刀增加到現在的10 12刀，極大地提高了工作效率。2、由於可以應用ZDY_6000LD(A)型千米定向鑽機，實現了打長鑽孔的需要，鑽孔長度可達1000m，增加了鑽場的間距，減少了鑽場的個數。同時，ZDY-6000LD(A)型千米鑽機可實現孔內分枝，減少了挪動鑽機重新調整角度的次數，進一步提高了工作效率。3、促進了高產高效回採工作面的建設，具有較大的經濟效益和社會效益。
權利要求
1.一種煤礦回採工作面上隅角瓦斯抽放方法，其特徵在於，包括以下步驟A、預先確定最佳抽採範圍和鑽場間距；B、按照所述的鑽場間距，設置鑽場；C、從每個鑽場頂部向採空區方向傾斜向上鑽一主鑽孔，該主鑽孔從冒落帶到達裂隙帶；D、在裂隙帶，從每個主鑽孔向採空區方向傾斜向上鑽多個分支鑽孔，每個主鑽孔的多個分支鑽孔呈扇面狀排布於所述最佳抽採範圍內；E、將各個分支鑽孔與用於抽放瓦斯的抽放管路相連接。
2.如權利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特徵在於，所述預先確定的最佳抽採範圍包括Al、根據採煤工作面煤層頂板巖性情況及「上三帶」的分別規律，確定出裂隙帶範圍； A2、根據採動裂隙的「0」形圈理論及煤層頂板跨落角參數計算出傾向上的最佳抽採範圍；所述預先確定鑽場間距為預先根據鑽採設備的性能、抽放條件及「上三帶」的分布規律進行確定。
3.如權利要求2所述的瓦斯抽放方法，其特徵在於，所述鑽採設備的性能為鑽採設備的最長鑽孔長度。
4.如權利要求3所述的瓦斯抽放方法，其特徵在於所述鑽採設備的最長鑽孔長度為 1000米；所述主鑽孔長度與分支鑽孔的長度之和為1000米；所述主鑽孔長度為30-50米； 所述鑽場間距為950-970米。
5.如權利要求4所述的瓦斯抽放方法，其特徵在於所述步驟B中，將各個鑽場等距離設置在煤層中，緊貼迴風巷道的位置。
6.如權利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特徵在於所述主鑽孔與水平面的夾角為20 度-30度。
7.如權利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特徵在於所述每個鑽場的多個分支鑽孔在裂隙帶內先傾斜向上，再彎折為水平方向；且每個鑽場的多個分支鑽孔相互連通。
8.如權利要求7所述的瓦斯抽放方法，其特徵在於所述多個分支鑽孔傾斜向上的角度和長度根據鑽場間距、裂隙帶層位及煤層傾角計算。
9.如權利要求8所述的瓦斯抽放方法，其特徵在於所述多個分支鑽孔終孔之間的距離為5-10米；多個分支鑽孔傾斜向上角度相同為1-2度；多個分支孔的長度相同為950米-970米。
10.如權利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特徵在於，所述步驟E為從抽放泵站或抽放主管上引出一條抽放管路，將各個分支鑽孔利用埋線管與該抽放管路相連接。
全文摘要
本發明公開了一種煤礦回採工作面上隅角瓦斯抽放方法，包括以下步驟A、預先確定最佳抽採範圍和鑽場間距；B、按照所述的鑽場間距，設置鑽場；C、從每個鑽場頂部向採空區方向傾斜向上鑽一主鑽孔，該主鑽孔從冒落帶到達裂隙帶；D、在裂隙帶，從每個主鑽孔向採空區方向傾斜向上鑽多個分支鑽孔，每個主鑽孔的多個分支鑽孔呈扇面狀排布於所述最佳抽採範圍內；E、將各個分支鑽孔與用於抽放瓦斯的抽放管路相連接。應用本發明方法，當採煤工作面推進到孔底位置時，由於煤層頂板的自動冒落，本煤層瓦斯向上移動，鄰近煤層受到採動影響而卸壓，卸壓瓦斯向開採層移動，由於鑽孔抽放負壓的影響，改變了瓦斯移動方向，使瓦斯被抽放進入抽放管路，從而減小了向上隅角湧出的瓦斯量。
文檔編號E21F7/00GK102518464SQ20111041020
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者周成軍, 安世崗, 張雷林, 楊俊哲, 秦波濤, 薛夏民, 賀安民, 陳殿賦, 黃步青 申請人:中國神華能源股份有限公司