基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法.pdf

本发明公开了一种基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法，在首采卸压煤层无法选取时，通过首采全岩卸压工作面引起煤岩层移动和破坏，上覆高瓦斯煤层和下伏高瓦斯煤层卸压膨胀，围岩体裂隙发育，瓦斯渗透率增加并解吸运移，最终产生顶板卸压裂隙圈和底板卸压裂隙圈。为创造有利的留巷围岩应力环境，在超前工作面开挖钻场并迎向和背向工作面双向实施留巷采空侧悬臂切顶，并根据顶板岩性特征超前工作面实施顶板深孔预裂放顶以保证其充分垮落充填采空区。本发明解决了在高瓦斯煤层群首采卸压煤层选取困难时，煤层群卸压瓦斯抽采和安全开采这一突出问题。

1.  一种基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法，通过首采卸压煤层引起煤岩层移动以产生顶板卸压裂隙圈和底板卸压裂隙圈，在沿空留巷内分别布置上向顶板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔和下向底板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔对解吸游离瓦斯进行抽采；其特征在于：在首采卸压煤层无法选取时，通过首采全岩卸压工作面引起煤岩层移动和破坏，上覆高瓦斯煤层和下伏高瓦斯煤层卸压膨胀，围岩体裂隙发育，瓦斯渗透率增加并解吸运移，形成顶板卸压裂隙圈和底板卸压裂隙圈。

2.  根据权利要求1所述的基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法，其特征在于：通过首采全岩卸压工作面引起煤岩层移动和破坏，具体方法为：在超前全岩工作面开挖钻场，并在钻场中设置迎向工作面切顶钻孔和背向工作面切顶钻孔，以控制沿空留巷变形；根据上覆高瓦斯煤层的岩性特征，在超前全岩工作面设置放顶钻孔，对放顶钻孔实施深孔预裂爆破以保证顶板充分垮落并填充采空区；同时在全岩工作面的采空侧构筑充填墙体实现沿空留巷。

3.  根据权利要求1所述的基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法，其特征在于：所述高瓦斯煤层群中，任意相邻煤岩层垂距为120～150m；在选择首采全岩卸压工作面时，需要充分考虑围岩结构、顶板跨冒和底板卸压特征，并且首采全岩卸压工作面距离上覆高瓦斯煤层的垂距为30～90m，距离下伏高瓦斯煤层的垂距为20～60m。

4.  根据权利要求1所述的基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法，其特征在于：在选择首采全岩卸压工作面时，要求：首采全岩卸压工作面的岩石硬度普氏系数为f≤7，工作面布置长度为150～250m，推进长度为1000～2500m，采煤高度为1.3～3.5m，工作面倾角≤20°。

基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿高瓦斯煤层群开采方法，具体地说是一种通过首采全岩卸压工作面沿空留巷抽采高瓦斯煤层群卸压瓦斯，以实现对高瓦斯煤层群安全高效开采的方法。
背景技术
我国主要煤田地质条件复杂，煤层瓦斯含量高，渗透率低。而实践表明，一旦煤层受到开采引起的扰动，即使是渗透率很低的煤层，其渗透率也将增大数十倍至数百倍，为瓦斯运移和抽采创造条件。这就决定了我国的瓦斯抽采重点应以井下采动主动卸压抽采为主。
在申请号为200810023383.9的发明专利申请中，发明人提出了一种“高瓦斯煤层群开采沿空留巷Y型通风卸压瓦斯抽采方法”的技术方案。该技术方案的目的是为了解决高瓦斯煤层群的开采和瓦斯有效利用问题，通过首采卸压煤层引起的煤岩层移动而产生的顶板卸压裂隙圈、底板卸压裂隙圈，在沿空留巷内分别布置上向顶板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔和下向底板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔对解吸游离瓦斯进行抽采。虽然当高瓦斯煤层群有合适的首采卸压煤层时，该发明可以很好的解决高瓦斯煤层群的开采问题，但是当高瓦斯煤层群没有合适的首采卸压煤层时，该方案应用困难。尤其在抽排首采高瓦斯煤层的瓦斯时，效率低，瓦斯抽排不彻底，不能达到安全值以下，易于发生瓦斯爆炸或煤与瓦斯突出等恶性事故，存在巨大的安全隐患。因此对于上述工程条件下，高瓦斯煤层群的开采问题并没有得到很好的解决。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法，当高瓦斯煤层群的首采卸压煤层选取困难时，通过首采全岩卸压工作面实现安全开采。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法，通过首采卸压煤层引起煤岩层移动以产生顶板卸压裂隙圈和底板卸压裂隙圈，在沿空留巷内分别布置上向顶板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔和下向底板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔对解吸游离瓦斯进行抽采；在首采卸压煤层无法选取时(或选取困难时，比如相邻煤层垂距过大、高瓦斯突出煤层群不具备开采条件等)，通过首采全岩卸压工作面引起煤岩层移动和破 坏，上覆高瓦斯煤层和下伏高瓦斯煤层卸压膨胀，围岩体裂隙发育，瓦斯渗透率增加并解吸运移，形成顶板卸压裂隙圈和底板卸压裂隙圈。
通过首采全岩卸压工作面引起煤岩层移动和破坏，具体方法为：在超前全岩工作面开挖钻场，并在钻场中设置迎向工作面切顶钻孔和背向工作面切顶钻孔，以控制沿空留巷变形；根据上覆高瓦斯煤层的岩性特征，在超前全岩工作面设置放顶钻孔，对放顶钻孔实施深孔预裂爆破以保证顶板充分垮落并填充采空区；同时在全岩工作面的采空侧构筑充填墙体实现沿空留巷。
具体的，所述高瓦斯煤层群中，任意相邻煤岩层垂距为120～150m；在选择首采全岩卸压工作面时，需要充分考虑围岩结构、顶板跨冒和底板卸压特征，并且首采全岩卸压工作面距离上覆高瓦斯煤层(上覆预卸压煤层)的垂距为30～90m，距离下伏高瓦斯煤层(下伏预卸压煤层)的垂距为20～60m。
具体的，在选择首采全岩卸压工作面时，要求：首采全岩卸压工作面的岩石硬度普氏系数为f≤7，工作面布置长度为150～250m，推进长度为1000～2500m，采煤高度为1.3～3.5m，工作面倾角≤20°。
有益效果：本发明提供的基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法，相比较现有技术，具有如下优势：1、在首采卸压煤层选取困难时，通过首采全岩卸压工作面引起煤岩层移动和破坏，使用范围更广，卸压层的层位选取也更为灵活；2、彻底解决了在高瓦斯煤层群首采卸压煤层选取困难时，保护层的选取和煤层群安全开采这一突出问题；3、本案卸压范围大，通过合适的采高，可以对上覆100m以上的煤层，下伏50m以下的煤层进行充分的卸压抽采瓦斯；4、本案在分析沿空留巷围岩结构运动特征的基础上，提出一种促使沿空留巷充分卸压的顶板控制方法，采用超前预裂钻孔，充分松动墙体外侧老顶岩层，使老顶在墙体外侧破断，消除大跨度悬顶以及回转下沉对沿空留巷围岩的影响，从根本上大幅缓解沿空留巷围岩压力，优化留巷区域应力场，减小沿空留巷上覆岩层对围岩的作用时间，达到控制留巷变形的目的；5、本案可行性强，工艺简单；已有的采煤机、液压支架、刮板输送机等综采配套设备可以满足强度相对较小岩石工作面进行综合机械化回采。
附图说明
图1为本发明瓦斯抽采方法原理图；
图2为本发明切顶钻孔和放顶钻孔布置示意图；
图3为本发明切顶钻孔布置剖面图；
图4为本发明放顶钻孔布置剖面图；
图中：1-上覆高瓦斯煤层，2-首采卸压岩层，3-下伏高瓦斯煤层，4-轨道巷，5-充填墙体，6-卸压线，7-破断线，8-采空区，9-上向顶板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔，10-下向底板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔，11-运输巷，12-钻场，13-背向工作面切顶钻孔，14-迎向工作面切顶钻孔，15-放顶钻孔，16-首采全岩卸压工作面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法，通过首采卸压煤层引起煤岩层移动以产生顶板卸压裂隙圈和底板卸压裂隙圈，在沿空留巷内分别布置上向顶板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔和下向底板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔对解吸游离瓦斯进行抽采；在首采卸压煤层无法选取时，通过首采全岩卸压工作面引起煤岩层移动和破坏，上覆高瓦斯煤层和下伏高瓦斯煤层卸压膨胀，围岩体裂隙发育，瓦斯渗透率增加并解吸运移，形成顶板卸压裂隙圈和底板卸压裂隙圈，具体为：通过首采全岩卸压工作面引起煤岩层移动和破坏，具体方法为：在超前全岩工作面开挖钻场，并在钻场中设置迎向工作面切顶钻孔和背向工作面切顶钻孔，以控制沿空留巷变形；根据上覆高瓦斯煤层的岩性特征，在超前全岩工作面设置放顶钻孔，对放顶钻孔实施深孔预裂爆破以保证顶板充分垮落并填充采空区；同时在全岩工作面的采空侧构筑充填墙体以实现沿空留巷。
具体的，所述高瓦斯煤层群中，任意相邻煤岩层垂距为120～150m；在选择首采全岩卸压工作面时，需要充分考虑围岩结构、顶板跨冒和底板卸压特征，并且首采全岩卸压工作面距离上覆预卸压煤层的垂距为30～90m，距离下伏预卸压煤层的垂距为20～60m。
具体的，在选择首采全岩卸压工作面时，要求：首采全岩卸压工作面的岩石硬度普氏系数为f≤7，工作面布置长度为150～250m，推进长度为1000～2500m，采煤高度为1.3～3.5m，工作面倾角≤20°。
下面结合实施例对本发明的实施过程做出进一步的说明。
一种基于首采全岩卸压工作面沿空留巷的高瓦斯煤层群卸压共采方法，在具体实施时，包括如下步骤：
(1)根据煤矿的实际综合柱状图，综合考虑各岩层的层位、硬度等因素，选取适 合进行全岩工作面开采的岩层作为首采全岩卸压岩层；
(2)根据首采全岩卸压岩层的高度、硬度、工作面布置长度、工作面倾角，对所需要的采煤机、液压支架、输送机等进行配套选取；
(3)按照工作面的布置参数形成首采全岩卸压工作面；
(4)在工作面推进过程中，沿轨道巷使用半原位留巷方法进行沿空留巷；
(5)在靠回采侧的超前全岩工作面开挖钻场，钻场间距40～60m，钻场尺寸为：宽4～6m、深3～5m、高2～3.5m；对于每一个钻场，设置迎向工作面切顶钻孔和背向工作面切顶钻孔，迎向工作面切顶钻孔和背向工作面切顶钻孔均不少于2组，迎向工作面切顶钻孔组和迎向工作面切顶钻孔组位置平行，背向工作面切顶钻孔和背向工作面切顶钻孔组位置平行；将迎向工作面切顶钻孔组和背向工作面切顶钻孔组统称为切顶钻孔组，对于每一个切顶钻孔组，每组不少于3个切顶钻孔，且每组内的切顶钻孔布置在一个平面上呈扇形散射，切顶钻孔的水平转角不大于10°，相邻切顶钻孔的水平转角间隔3～4°，切顶钻孔的仰角为15～25°，相邻切顶钻孔的仰角间隔4～5°；切顶钻孔的装药段始端高度距顶板的垂直距离大于3m，封孔段长度大于5m；在超前全岩工作面前方10～40m对切顶钻孔实施爆破；
(6)在超前全岩工作面设置放顶钻孔，每组放顶钻孔间距20～40m，每组放顶钻孔有四个放顶钻孔，分别为一个老顶切断孔、一个块度切断孔和两个端头切断孔，每个放顶钻孔的直径不小于75mm，老顶切断孔和块度切断孔水平转角为70～90°，端头切断孔水平转角20～30°，放顶钻孔的封孔长度在水平面的投影要大于巷道宽度的3倍，且封孔长度要大于10m；
(7)全岩工作面回采后，在沿空留巷中每间隔20m布置一上向顶板瓦斯抽采钻场，钻场内施工3个上向顶板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔，钻孔直径不小于91mm，倾角50～65°，孔口封孔长度在开采岩层顶板法向上大于规则冒落带的高度，且法向封孔深度不小于5倍采高，抽采上覆高瓦斯煤层以卸压瓦斯；在沿空留巷中每间隔10m布置一下向底部瓦斯抽采钻场，钻场内施工3个下向底板卸压裂隙圈瓦斯抽采钻孔，钻孔直径不小于91mm，倾角-50～-80°，孔口封孔长度不小于15m，抽采下伏高瓦斯煤层以卸压瓦斯；在沿空留巷中每间隔20m布置一采空区瓦斯抽采钻场，钻场内施工3个采空区内瓦斯抽采钻孔，钻孔直径不小于40mm，抽采采空区内的瓦斯；
(8)按照回采的进度保证超前工作面钻场以及钻孔的施工，同时根据进度保证沿 空留巷内瓦斯抽采。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。