超前留巷施工抽採工程的無煤柱煤與瓦斯共採方法

2023-05-29 05:23:31

專利名稱：超前留巷施工抽採工程的無煤柱煤與瓦斯共採方法
技術領域：
本發明涉及超前留巷施工抽採工程的無煤柱煤與瓦斯共採方法，尤其適用於煤礦深部低透氣性高瓦斯煤層群的開採。
背景技術：
對於高瓦斯、高地壓、低透氣性煤層群採用的無煤柱煤與瓦斯共採技術，沿首採工作面採空區邊緣快速機械化構築高強支撐體將回採巷道保留下來，形成無煤柱連續開採，實現全面卸壓開採，在留巷內布置上下向高低位抽採鑽孔直達瓦斯抽採富集區，實現連續抽採卸壓瓦斯與工作面同步推進。無煤柱煤與瓦斯共採方法是綠色開採、科學採礦的重要實現方法，能夠把瓦斯作為一種資源在開採煤炭的同時將本煤層和鄰近煤層的卸壓瓦斯一同抽採出來並加以利用，實現了高採出率，降低掘進率，減少了衝擊地壓，保證了資源的利用率。鄰近煤層的瓦斯抽採後可以轉變為低瓦斯煤層，達到安全高效開採。目前，無煤柱煤與瓦斯共採的方法主要有兩種一是巖巷鑽孔法，即煤炭開採之前在首採煤層的頂板或底板預先布置巖石巷道，並在巷道內布置抽採工程(主要是鑽孔)，在煤炭開採後抽採卸壓瓦斯，這種方法一般要開掘與工作面走向長度幾乎等長的巖石巷道，抽採工程成本高，存在巖石工程量大，抽採工程可靠性難以保證等缺點，在採掘接替緊張的情況下，很難有充足的時間布置巖石抽採巷道，故而就無充足的時間布置頂底板抽採工程抽採鄰近煤層的瓦斯。另外，一般在巖石巷道內預施工鑽孔抽採瓦斯，由於原始煤層瓦斯透氣性較低，預抽採瓦斯的效果較差。二是留巷鑽孔法，在採煤工作面推進之後保留一條或兩條回採巷道，然後在沿空留巷內施工瓦斯抽採工程(主要是鑽孔)抽採相鄰煤層的卸壓瓦斯，由於瓦斯抽採工程全部在沿空留巷施工，對留巷斷面尺寸要求高，而且留巷工藝和抽採工藝涉及的工序多，難以協調管理；留巷內的瓦斯抽採施工的設備需要佔用較大的空間，但為保證留巷斷面又必須架設多排單體液壓支柱或其他支護材料，兩者相互矛盾，留巷內施工不便。且現有技術條件下一般採用在沿空留巷工序完成之後和工作面推進後方一定距離，實施瓦斯抽採工程，由於設備安裝、瓦斯抽採工程的實施所耗費的時間，使得抽採瓦斯的時長有限。

發明內容
技術問題本發明的目的是針對已有技術存在的局限性，提供一種方法簡單、操作方便、減少留巷斷面尺寸、便於施工、延長瓦斯抽採時間、有利於高效抽採瓦斯的無煤柱煤與瓦斯共採方法。技術方案本發明的超前留巷施工瓦斯抽採鑽孔的無煤柱煤與瓦斯共採方法
a.先在採煤工作面的前方向煤層預施工一個鑽孔，用鑽孔窺視儀窺視該鑽孔，通過窺 視該鑽孔觀察採煤工作面推進過程中鑽孔內的裂隙變化情況，以此確定煤層內的頂、底板楔形豎向裂隙區存在的位置；
b.預設瓦斯抽採管道，在推進採煤工作面的前方分組直接在頂板、底板和兩幫鑽孔施工瓦斯抽採鑽孔、或布置瓦斯抽採鑽場後再進行巷道頂板、底板和兩幫鑽孔的鑽孔，並安裝與瓦斯抽採管道相連通的瓦斯抽採管路；
C.待採煤工作面前方的頂板、底板和兩幫鑽孔的瓦斯抽採鑽孔施工完畢後，採煤工作面向前推進越過瓦斯抽採鑽孔，向前推進的同時，邊推進邊在緊挨採空區邊緣砌築充填牆體，隨著採煤工作面不斷向前推進，完成採煤工作面後方的沿空留巷；
d.待採煤工作面後方的沿空留巷施工完畢後，通過預設的瓦斯抽採管道對瓦斯抽採鑽孔進行瓦斯抽採； e.待抽採瓦斯壓力流量值大幅減小時，對頂板、底板和兩幫鑽孔的瓦斯抽採鑽孔進行封堵，其中對頂板的瓦斯抽採鑽孔的封孔深度不小於5倍採高。 所述施工頂板的瓦斯抽採鑽孔儘量靠近非回採側，且在楔形豎向裂隙區內；所述在採煤工作面前方每組直接在頂板、底板和兩幫鑽孔施工的瓦斯抽採鑽孔為2 6個；每組布置瓦斯抽採鑽場後再進行巷道頂板、底板和兩幫鑽孔的鑽孔(4)數量為2 10個；所述在巷道頂板、底板和兩幫鑽孔的瓦斯抽採鑽孔分別穿過上覆煤層和下覆煤層。有益效果本發明能夠大大增強煤與瓦斯共採系統可靠性的無煤柱煤與瓦斯共採，能夠大大減少留巷斷面尺寸，降低對初始留巷斷面尺寸的要求，便於施工，延長瓦斯的抽採時間，有利於高效抽採瓦斯。優點如下
I.本發明將抽採瓦斯的頂板或底板抽採鑽孔，超前工作面施工完畢，避免了在工作面推進後，沿空留巷工序施工完畢後再進行打鑽孔抽採瓦斯的工作，減少了對留巷斷面的尺寸要求，降低了對初始留巷斷面尺寸的要求，節約了頂底板抽採工程所耗費的時間，使得抽採瓦斯的時間長大大延長，有利於瓦斯的抽採工作。2.本發明將頂板鑽孔布置在楔形豎向裂隙區內，該豎向裂隙發育區的存在，為採空區積存的高濃度瓦斯和上覆卸壓煤巖層的卸壓瓦斯流動提供了流動通道和空間，是採空區高濃度瓦斯富集區域。採空區遺煤解吸瓦斯和上、下鄰近煤層卸壓瓦斯通過採動裂隙流向採空區，並在採空區及其頂板豎向裂隙區內聚集，形成高濃度瓦斯庫。將瓦斯抽採工程布置在該豎向裂隙發育區內，不但可以儘量完好的保存瓦斯抽採鑽孔的形狀，且有利於瓦斯抽採工作的進行能夠較完好的保存瓦斯抽採鑽孔的形狀，增強了煤與瓦斯共採系統的可靠性。


圖I是本發明無煤柱煤與瓦斯共採方法的立面示意圖。圖2是本發明無煤柱煤與瓦斯共採方法的平面示意圖。圖中1 一回採軌道巷，2—採煤工作面，3—沿空留巷，4一瓦斯抽採鑽孔，5—充填牆體，6—上覆煤層，7—首採煤層，8—下覆煤層，9一瓦斯抽採管道，10—冒落區，11 一液壓支架。
具體實施例方式如圖I所示，本發明的超前留巷施工抽採工程的無煤柱煤與瓦斯共採方法，在沿空留巷3中布設瓦斯抽採管道和瓦斯抽採工程，且瓦斯抽採管道和瓦斯抽採工程相互貫通。煤層瓦斯通過瓦斯抽採工程和瓦斯抽採管道進入礦井瓦斯抽採系統。超前工作面布置的鑽孔距工作面前方的距離可以是O 500 m，對於超前工作面施工鑽孔的直徑可以是10 350 mm，對於預施工鑽孔的數量可以是2 10個，對於預施工鑽孔的角度可以是0° 180°，對於沿空留巷的布置形式可以是高水高效充填、現澆混凝土隔牆充填、大型自移式沿空留巷充填、桶柱方式巷幫支護、膏體混凝土充填、柔模支護等，充填牆體的寬度可以是O. 5 4 m,高度可以是O. 5 4 m。具體步驟如下
a.首先確定楔形豎向裂隙區的位置。在採煤工作面2的前方向煤層預施工一個鑽孔，用鑽孔窺視儀窺視該鑽孔，通過窺視該鑽孔觀察採煤工作面2推進過程中鑽孔內的裂隙變化情況，以此確定煤層內的頂、底板楔形豎向裂隙區存在的位置；所述豎向裂隙區分為頂板卸壓裂隙區和底板卸壓裂隙區，其中，頂板卸壓裂隙區位於採煤工作面沿空留巷3的頂板冒落帶以上的採動影響裂隙帶內和卸壓彎曲下沉帶煤層中，底板卸壓裂隙區位於工作面沿空留巷3的底板巖層移動離層裂隙帶內。研究和實踐表明首採關鍵卸壓層開採後，在採空區上部走向方向上存在一連通的豎向裂隙發育區。該豎向裂隙發育區的存在，為採空區積存的高濃度瓦斯和上覆卸壓煤巖層的卸壓瓦斯流動提供了流動通道和空間，是採空區高濃度瓦斯富集區域。採空區遺煤解吸瓦斯和上、下鄰近煤層卸壓瓦斯通過採動裂隙流向採空區，並在採空區及其頂板豎向裂隙區內聚集，形成高濃度瓦斯庫。將瓦斯抽採工程布置在該豎向裂隙發育區內，不但可以儘量完好的保存瓦斯抽採鑽孔的形狀，且有利於瓦斯抽採工作的進行。將富集瓦斯抽出，有利於鄰近煤層的安全開採。b.施工瓦斯抽採鑽孔。頂板抽採工程的布置形式可以是直接施工鑽孔，也可以是預先布置瓦斯抽採鑽場，然後在鑽場內布置鑽孔。抽採鑽孔的封孔長度可以是O 50 m，封孔材料可以是水泥漿液、膏體材料或其它化學漿液；封孔形式可以是普通封孔、高壓泵注漿封孔等。其利用預留施工抽採工程抽採瓦斯的時間可以是在沿空留巷完成和採煤工作面推進後O 200 m。先預設與礦井瓦斯抽採系統相連瓦斯抽採管道9，在推進採煤工作面2的前方分組直接在頂板、底板和兩幫鑽孔施工瓦斯抽採鑽孔4、或布置瓦斯抽採鑽場後再進行巷道頂板、底板和兩幫鑽孔的鑽孔4，並安裝與瓦斯抽採管道9相連通的瓦斯抽採管路；所述施工頂板的瓦斯抽採鑽孔4儘量靠近非回採側，且在楔形豎向裂隙區內，以達到工作面推進後鑽孔仍能維持住，並能在頂板或底板裂隙活躍期間長時穩定高效抽採瓦斯。瓦斯抽採鑽孔4距採煤工作面2的距離為O 500 m ;所述在採煤工作面2前方每組直接在頂板、底板和兩幫鑽孔施工的瓦斯抽採鑽孔4為2 6個；每組布置瓦斯抽採鑽場後再進行巷道頂板、底板和兩幫鑽孔的鑽孔4數量為2 10個；所述在巷道頂板、底板和兩幫鑽孔的瓦斯抽採鑽孔4分別穿過上覆煤層6和下覆煤層8 ；
c.完成沿空留巷。待採煤工作面2前方的頂板、底板和沿空留兩幫鑽孔的瓦斯抽採鑽孔4施工完畢後，採煤工作面2向前推進越過瓦斯抽採鑽孔4，向前推進的同時，邊推進邊在緊挨採空區邊緣砌築充填牆體5，隨著採煤工作面2不斷向前推進，完成採煤工作面2後方的沿空留巷3 ;
d.瓦斯抽採。待採煤工作面2後方的沿空留巷3施工完畢後，通過預設的瓦斯抽採管 道9對瓦斯抽採鑽孔4進行瓦斯抽採；
e.封堵瓦斯抽採鑽孔。待抽採瓦斯壓力流量值大幅減小時，對頂板、底板和兩幫鑽孔的瓦斯抽採鑽孔4進行封堵，其中對頂板的瓦斯抽採鑽孔4的封孔深度不小於5倍採高。
權利要求
1.一種超前留巷施工瓦斯抽採鑽孔的無煤柱煤與瓦斯共採方法，其特徵在於 a.先在採煤工作面(2)的前方向煤層預施工一個鑽孔，用鑽孔窺視儀窺視該鑽孔，通過窺視該鑽孔觀察採煤工作面(2)推進過程中鑽孔內的裂隙變化情況，以此確定煤層內的頂、底板楔形豎向裂隙區存在的位置； b.預設瓦斯抽採管道(9)，在推進採煤工作面(2)的前方分組直接在頂板、底板和兩幫鑽孔施工瓦斯抽採鑽孔(4)、或布置瓦斯抽採鑽場後再進行巷道頂板、底板和兩幫鑽孔的鑽孔(4 )，並安裝與瓦斯抽採管道(9 )相連通的瓦斯抽採管路； c.待採煤工作面(2)前方的頂板、底板和兩幫鑽孔的瓦斯抽採鑽孔(4)施工完畢後，採煤工作面(2)向前推進越過瓦斯抽採鑽孔(4)，向前推進的同時，邊推進邊在緊挨採空區邊緣砌築充填牆體(5)，隨著採煤工作面(2)不斷向前推進，完成採煤工作面(2)後方的沿空留巷(3)； d.待採煤工作面(2)後方的沿空留巷(3)施工完畢後，通過預設的瓦斯抽採管道(9)對瓦斯抽採鑽孔(4)進行瓦斯抽採； e.待抽採瓦斯壓力流量值大幅減小時，對頂板、底板和兩幫鑽孔的瓦斯抽採鑽孔(4)進行封堵，其中對頂板的瓦斯抽採鑽孔(4)的封孔深度不小於5倍採高。
2.根據權利要求I所述的超前留巷施工抽採工程的無煤柱煤與瓦斯共採方法，其特徵在於所述施工頂板的瓦斯抽採鑽孔(4)儘量靠近非回採側，且在楔形豎向裂隙區內。
3.根據權利要求I所述的超前留巷施工抽採工程的無煤柱煤與瓦斯共採方法，其特徵在於所述在採煤工作面(2)前方每組直接在頂板、底板和兩幫鑽孔施工的瓦斯抽採鑽孔(4)為2 6個；每組布置瓦斯抽採鑽場後再進行巷道頂板、底板和兩幫鑽孔的鑽孔(4)數量為2 10個。
4.根據權利要求I所述的超前留巷施工抽採工程的無煤柱煤與瓦斯共採方法，其特徵在於所述在巷道頂板、底板和兩幫鑽孔的瓦斯抽採鑽孔(4)分別穿過上覆煤層(6)和下覆煤層(8)。
全文摘要
一種超前留巷施工抽採工程的無煤柱煤與瓦斯共採方法，首先在採煤工作面的前方向煤層預施工一個鑽孔，確定煤層內的頂、底板楔形豎向裂隙區存在的位置；在沿空留巷工序開始之間，在推進採煤工作面的前方分組在頂板、底板和沿空留兩幫鑽孔施工瓦斯抽採鑽孔，之後採煤工作面向前推進越過瓦斯抽採鑽孔，向前推進的同時，邊推進邊在緊挨採空區邊緣砌築充填牆體，隨著採煤工作面不斷向前推進，完成採煤工作面後方的沿空留巷；待抽採瓦斯壓力流量值大幅減小時，對頂板、底板和兩幫鑽孔的瓦斯抽採鑽孔進行封堵。無需在留巷內進行鑽孔施工，減少了對留巷斷面尺寸的要求，降低了對斷面收斂量的要求，增加了有效抽採瓦斯的時間。
文檔編號E21C41/16GK102635392SQ20121013529
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月4日 優先權日2012年5月4日
發明者劉玉棟, 張農, 張磊, 曹栩, 鄭西貴, 闞甲廣 申請人:中國礦業大學