适于无保护层的单一煤层开采的防治瓦斯突出施工方法.pdf

本发明涉及一种适于无保护层的单一煤层开采的防治瓦斯突出施工方法，包括如下：步骤S100，在煤层底板附近的岩层中施工一条底板岩巷；步骤S200，在所述底板岩巷中向煤层施工若干穿层钻孔，以进行第一次预抽瓦斯；步骤S300，在煤巷工作面向所述煤层施工若干顺层钻孔，以进行第二次预抽瓦斯；步骤S400，对煤巷工作面进行浅孔排放卸压，待检测所述煤层为无突出危险区后，进行煤巷挖掘。本施工方法能有效的提高防突效果，并消除效果检验阶段的误差。

1.  一种适于无保护层的单一煤层开采的防治瓦斯突出施工方法，包括如下步骤：
步骤S100，在煤层底板附近的岩层中施工一条底板岩巷；
步骤S200，在所述底板岩巷中向煤层施工若干穿层钻孔，以进行第一次预抽瓦 斯；
步骤S300，在煤巷工作面向所述煤层施工若干顺层钻孔，以进行第二次预抽瓦 斯；
步骤S400，对煤巷工作面进行浅孔排放卸压，待检测所述煤层为无突出危险区 后，进行煤巷掘进。

2.  根据权利要求1所述的防治瓦斯突出施工方法，其特征在于，
所述底板岩巷垂直于煤层底板下方8-10m。

3.  根据权利要求2所述的防治瓦斯突出施工方法，其特征在于，
所述穿层钻孔为7个，且扇形均匀分布，各穿层钻孔分别穿透所述煤层至少0.5m， 且钻孔的控制线距离所述底板岩巷的巷道两侧轮廓线外至少各15m。

4.  根据权利要求3所述的防治瓦斯突出施工方法，其特征在于，
所述第一次预抽瓦斯和第二次预抽瓦斯的方法相同，且包括如下步骤：
步骤S210，对穿层钻孔或顺层钻孔进行封孔，以形成瓦斯抽放通道；
步骤S220，将位于各穿层钻孔或顺层钻孔内的瓦斯抽放管连接至一孔板流量计 进行抽放浓度和流量测量，并通过抽放主管路进行抽放。

5.  根据权利要求4所述的防治瓦斯突出施工方法，其特征在于，
所述步骤S210中对穿层钻孔或顺层钻孔进行封孔以形成瓦斯抽放通道的方法包 括：上向孔封孔，即将注浆管和瓦斯抽放管埋设于穿层钻孔或顺层钻孔内，且通 过注浆管向穿层钻孔或顺层钻孔内部注浆，待瓦斯抽放管的孔口溢流出水泥浆 时，停止注浆至水泥浆凝固，再进行瓦斯抽放。

6.  根据权利要求4所述的防治瓦斯突出施工方法，其特征在于，
所述步骤S210中对穿层钻孔或顺层钻孔进行封孔以形成瓦斯抽放通道的方法包 括：下向孔封孔，即将瓦斯抽放管埋设于穿层钻孔或顺层钻孔内，将水泥浆从穿 层钻孔或顺层钻孔的孔口灌入至孔内，待孔口溢流出水泥浆时，停止灌浆。

7.  根据权利要求4所述的防治瓦斯突出施工方法，其特征在于，
所述步骤S210中对穿层钻孔或顺层钻孔进行封孔以形成瓦斯抽放通道的方法包 括：水平孔封孔，即将瓦斯抽放管、注浆管、排气管埋设于穿层钻孔或顺层钻孔 内，且在穿层钻孔或顺层钻孔内构建第一、第二封孔层，所述第一、第二封孔层 形成一注浆室；
瓦斯抽放管贯穿第一、第二封孔层，所述排气管、注浆管穿过第一封孔层延伸至 所述注浆室内进行注浆，待排气管溢流出水泥浆时，停止注浆，再将注浆管和排 气管管口进行封堵。

8.  根据权利要求5-7任一所述的防治瓦斯突出施工方法，其特征在于，所述步 骤S300中还包括，在第二次预抽瓦斯后，进行残存瓦斯含量测定的方法，该方 法采用三个检测钻孔进行瓦斯残存检测，三个检测钻孔分别设置于煤巷工作面的 中间和两侧，且位于中间的检测钻孔与煤巷工作面的掘进方向一致。

9.  根据权利要求8所述的防治瓦斯突出施工方法，其特征在于，所述浅孔排放 卸压的方法包括：
当迎头距离煤层的厚度大于2.4m时，在迎头开设三排呈扇形均匀分布的密集浅 孔；
当迎头距离煤层的厚度小于2.4m时，在迎头开设两排呈扇形均匀分布的密集浅 孔；
其中，各排孔数为11个，且钻孔的控制线距离所述煤巷的巷道两侧轮廓线外至 少各5m。

10.  一种防治瓦斯突出施工方法，包括如下步骤：
步骤S1，在所述煤层的底板附近的岩层中施工一条底板岩巷；
步骤S2，在底板岩巷中向所述煤层施工若干穿层钻孔；
步骤S3，在底板岩巷中预抽所述煤层瓦斯,对煤层中的瓦斯进行第一次卸压；
步骤S4，判断是否达标；如果达标，则进行S5步骤；如不达标，则重复S2步 骤、S3步骤，即加密钻孔继续抽放；
步骤S5，在底板岩巷中对所述煤层进行第1次区域防突效果检验；
步骤S6，检验是否达标；如果达标，则进行S7步骤；如不达标，则重复S3步 骤，即继续抽放；
步骤S7，在所述煤层的煤巷工作面向本煤层施工顺层钻孔；
步骤S8，在所述煤巷的工作面向本煤层预抽瓦斯,对煤层中的瓦斯进行第二次卸 压；
步骤S9，第2次区域防突效果检验；
步骤S10，检验是否达标；如果达标，则进行S11步骤；如不达标，则重复S8 步骤，即继续抽放；
步骤S11，区域验证；
步骤S12，验证是否达标；如果达标，则进行S13步骤；如不达标，则重复S14 步骤；
步骤S13，在所述煤层中进行煤巷掘进；
步骤S14，在所述煤巷的工作面对本煤层钻密集浅孔，使瓦斯自然排放一段时间， 对煤层中的瓦斯进行第三次卸压；
步骤S15，在所述煤层中进行工作面防突效果检验；
步骤S16，检验是否达标；如果达标，则进行S17步骤；如不达标，则重复S14 步骤；
步骤S17，在所述煤层中进行煤巷掘进。

适于无保护层的单一煤层开采的防治瓦斯突出施工方法
技术领域
本发明涉及煤炭开采领域，尤其涉及一种适于无保护层的单一煤层开采的 防治瓦斯突出施工方法。
背景技术
瓦斯综合治理是煤矿安全工作的重中之重,瓦斯抽放则是瓦斯治理的根本 有效措施,是煤与瓦斯突出矿井安全生产的前提条件。
自《防治煤与瓦斯突出规定》(2009年版)颁布后,我国的防突工作指导方 针发生了重大的转变,防突工作要坚持区域防突措施先行,局部防突措施补充的 基本原则。在没有保护层可开采(单一煤层)的情况下,如何消除无保护层可采 的单一煤层瓦斯突出危险性在煤炭开采领域是一个技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适于无保护层的单一煤层开采的防治瓦斯突出施 工方法，以克服无保护层可采的单一煤层瓦斯容易产生突出危险性的技术问 题，并且在两次抽放瓦斯后，在对煤巷进行浅孔排放卸压，以进一步起到防治 瓦斯突出的效果。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适于无保护层的单一煤层开采 的防治瓦斯突出施工方法，包括如下步骤：
步骤S100，在煤层底板附近的岩层中施工一条底板岩巷。
步骤S200，在所述底板岩巷中向煤层施工若干穿层钻孔，以进行第一次预 抽瓦斯。
步骤S300，在煤巷工作面向所述煤层施工若干顺层钻孔，以进行第二次预 抽瓦斯。
步骤S400，对煤巷工作面进行浅孔排放卸压，待检测所述煤层为无突出危 险区后，进行煤巷掘进。
优选的，所述底板岩巷垂直于煤层底板下方8-10m。
优选的，所述穿层钻孔为7个，且扇形均匀分布，各穿层钻孔分别穿透所 述煤层至少0.5m；且钻孔的控制线距离所述底板岩巷的巷道两侧轮廓线外至少 各15m。
优选的，所述第一次预抽瓦斯和第二次预抽瓦斯的方法相同，且包括如下 步骤：
步骤S210，对穿层钻孔或顺层钻孔进行封孔，以形成瓦斯抽放通道。
步骤S220，将位于各穿层钻孔或顺层钻孔内的瓦斯抽放管连接至一孔板流 量计进行抽放浓度和流量测量，并通过抽放主管路进行抽放。
优选的，为了解决上向孔封孔的技术问题，所述步骤S210中对穿层钻孔 或顺层钻孔进行封孔以形成瓦斯抽放通道的方法包括：上向孔封孔，即将注浆 管和瓦斯抽放管埋设于穿层钻孔或顺层钻孔内，且通过注浆管向穿层钻孔或顺 层钻孔内部注浆，待瓦斯抽放管的孔口溢流出水泥浆时，停止注浆至水泥浆凝 固，再进行瓦斯抽放。
优选的，为了解决下向孔封孔的技术问题，所述步骤S210中对穿层钻孔 或顺层钻孔进行封孔以形成瓦斯抽放通道的方法包括：下向孔封孔，即将瓦斯 抽放管埋设于穿层钻孔或顺层钻孔内，将水泥浆从穿层钻孔或顺层钻孔的孔口 灌入至孔内，待孔口溢流出水泥浆时，停止灌浆。
优选的，为了解决水平孔封孔的技术问题，所述步骤S210中对穿层钻孔 或顺层钻孔进行封孔以形成瓦斯抽放通道的方法包括：水平孔封孔，即将瓦斯 抽放管、注浆管、排气管埋设于穿层钻孔或顺层钻孔内，且在穿层钻孔或顺层 钻孔内构建第一、第二封孔层，所述第一、第二封孔层形成一注浆室；瓦斯抽 放管贯穿第一、第二封孔层，所述排气管、注浆管穿过第一封孔层延伸至所述 注浆室内进行注浆，待排气管溢流出水泥浆时，停止注浆，再将注浆管和排气 管管口进行封堵。
优选的，所述步骤S300中还包括，在第二次预抽瓦斯后，进行残存瓦斯 含量测定的方法，该方法采用三个检测钻孔进行瓦斯残存检测，三个检测钻孔 分别设置于煤巷工作面的中间和两侧，且位于中间的检测钻孔与煤巷工作面的 掘进方向一致。
优选的，所述浅孔排放卸压的方法包括：
当迎头距离煤层的厚度大于2.4m时，在迎头开设三排呈扇形均匀分布的 密集浅孔；当迎头距离煤层的厚度小于2.4m时，在迎头开设两排呈扇形均匀 分布的密集浅孔；其中，各排孔数为11个，各钻孔的排放半径为0.7m，且钻 孔的控制线距离所述煤巷的巷道两侧轮廓线外至少各5m。
又一方面，本发明还提供了一种防治瓦斯突出施工方法，包括如下步骤：
步骤S1，在所述煤层的底板附近的岩层中施工一条底板岩巷；
步骤S2，在底板岩巷中向所述煤层施工若干穿层钻孔；
步骤S3，在底板岩巷中预抽所述煤层瓦斯,对煤层中的瓦斯进行第一次卸 压；
步骤S4，判断是否达标；如果达标，则进行S5步骤；如不达标，则重复 S2步骤、S3步骤，即加密钻孔继续抽放；
步骤S5，在底板岩巷中对所述煤层进行第1次区域防突效果检验；
步骤S6，检验是否达标；如果达标，则进行S7步骤；如不达标，则重复 S3步骤，即继续抽放；
步骤S7，在所述煤层的煤巷工作面向本煤层施工顺层钻孔；
步骤S8，在所述煤巷的工作面向本煤层预抽瓦斯,对煤层中的瓦斯进行第 二次卸压；
步骤S9，第2次区域防突效果检验；
步骤S10，检验是否达标；如果达标，则进行S11步骤；如不达标，则重 复S8步骤，即继续抽放；
步骤S11，区域验证；
步骤S12，验证是否达标；如果达标，则进行S13步骤；如不达标，则重 复S14步骤；
步骤S13，在所述煤层中进行煤巷掘进；
步骤S14，在所述煤巷的工作面对本煤层钻密集浅孔，使瓦斯自然排放一 段时间，对煤层中的瓦斯进行第三次卸压；
步骤S15，在所述煤层中进行工作面防突效果检验；
步骤S16，检验是否达标；如果达标，则进行S17步骤；如不达标，则重 复S14步骤；
步骤S17，在所述煤层中进行煤巷掘进。
本发明的有益效果：本发明先做两次区域防突再做一次局部防突，即所述 两次区域防突包括：底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷瓦斯区域防突和煤巷工作面顺 层钻孔预抽本煤层瓦斯区域防突，所述局部防突为浅孔排放；具体为，首先在 距煤层底板附近的岩层中先施工一条底板岩巷,在底板岩巷中施工若干穿层钻 孔，进行瓦斯抽放；在煤巷掘进前再在本煤层工作面施工一次若干顺层钻孔， 进行瓦斯抽放；最后做浅孔排放的局部措施，效果检验合格后进行煤巷掘进。 本施工方法有效的提高防突效果，并消除效果检验阶段的误差。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1示出了本施工方法的流程图；
图2示出了本施工方法的具体流程图；
图3示出了底板岩巷钻孔布置断面示意图；
图4示出了底板岩巷钻孔布置平面示意图；
图5示出了上向预抽放孔注浆封孔示意图；
图6示出了下向预抽放孔注浆封孔示意图；
图7示出了水平孔注浆封孔示意图；
图8示出了煤巷钻孔施工平面示意图；
图9示出了煤巷第一循环钻孔施工A-A断面示意图；
图10示出了煤巷第二循环钻孔施工B-B断面示意图；
图11示出了区域效果检验孔的平面布置示意图；
图12示出了煤巷工作面密集浅孔平面示意图；
图13示出了煤巷工作面密集浅孔C-C断面示意图；
图14示出了煤巷工作面密集浅孔的纵向剖面示意图。
其中，待掘煤巷101，煤层102，待掘煤巷103，底板岩巷201，巷道两侧 轮廓线202，钻孔的控制线203，穿层钻孔301，瓦斯抽放管401，瓦斯抽放通 道402，水泥浆403，注浆管404，布料405，注浆泵406，阀门407，排气管 408，作为第一循环钻孔的顺层钻孔501，作为第二循环钻孔的顺层钻孔502， 区域效果检验孔503，区域检验测试点504，密集浅孔601，局部效果检验孔 a、b、c。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意 图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构 成。
在突出危险煤层102采掘工作之前，通过均匀分布在突出危险煤层102中 的一定数量的穿层钻孔301和顺层钻孔，分两次大面积预抽煤层102瓦斯，降 低煤层102斯压力，释放煤体弹性潜能，消除瓦斯突出危险性。本所述适于无 保护层的单一煤层开采的防治瓦斯突出施工方法(以下简称施工方法)主要用 于消除无保护层可采的单一煤层102瓦斯突出危险性。防治突出简称为防突。
图1示出了本施工方法的流程图。
如图1所示，一种适于无保护层的单一煤层开采的防治瓦斯突出施工方 法，包括如下步骤：
步骤S100，在煤层102底板附近的岩层中施工一条底板岩巷201。
步骤S200，在所述底板岩巷201中向煤层102施工若干穿层钻孔301，以 进行第一次预抽瓦斯，以实现第一次卸压；
步骤S300，对煤巷工作面进行浅孔排放卸压，在煤巷工作面向所述煤层 102施工若干顺层钻孔，以进行第二次预抽瓦斯，以实现第二次卸压；
步骤S400，待检测所述煤层102为无突出危险区后，进行煤巷掘进。
本施工方法采用“2+1”的防突手段，即先做两次区域防突再做一次局部 防突。所述两次区域防突包括：底板岩巷201穿层钻孔301预抽煤巷瓦斯区域 防突和煤巷工作面顺层钻孔预抽本煤层102瓦斯区域防突，所述局部防突为浅 孔601排放；具体的，首先在距煤层102底板8-10米的岩层中先施工一条底 板岩巷201,在底板岩巷201中施工若干穿层钻孔301，进行瓦斯抽放；在煤巷 掘进前再在本煤层102工作面施工一次若干顺层钻孔，进行瓦斯抽放；最后做 浅孔601排放的局部措施，效果检验合格后进行煤巷掘进。本施工方法有效的 提高防突效果，并消除效果检验阶段的误差。工作面为巷道的掘进面。
图2示出了本施工方法的具体流程图。
本发明的防治瓦斯突出施工方法在实施过程中具体展开的步骤如下：
步骤S1，在所述煤层的底板附近的岩层中施工一条底板岩巷；
步骤S2，在底板岩巷中向所述煤层施工若干穿层钻孔；
步骤S3，在底板岩巷中预抽所述煤层瓦斯,对煤层中的瓦斯进行第一次卸 压；
步骤S4，判断是否达标？如果达标，则进行S5步骤；如不达标，则重复 S2步骤、S3步骤(加密钻孔继续抽放)。
步骤S5，在底板岩巷中对所述煤层进行第1次区域防突效果检验；
步骤S6，检验是否达标？如果达标，则进行S7步骤；如不达标，则重复 S3步骤(继续抽放)。
步骤S7，在所述煤层的煤巷工作面向本煤层施工顺层钻孔；
步骤S8，在所述煤巷的工作面向本煤层预抽瓦斯,对煤层中的瓦斯进行第 二次卸压；
步骤S9，第2次区域防突效果检验；
步骤S10，检验是否达标？如果达标，则进行S11步骤；如不达标，则重 复S8步骤(继续抽放)。
步骤S11，区域验证；
步骤S12，验证是否达标？如果达标，则进行S13步骤；如不达标，则重 复S14步骤。
步骤S13，在所述煤层中进行煤巷掘进；
步骤S14，在所述煤巷的工作面对本煤层钻密集浅孔，使瓦斯自然排放一 段时间，对煤层中的瓦斯进行第三次卸压；
步骤S15，在所述煤层中进行工作面防突效果检验；
步骤S16，检验是否达标？如果达标，则进行S17步骤；如不达标，则重 复S14步骤。
步骤S17，在所述煤层中进行煤巷掘进。
所述步骤S200中在所述底板岩巷201中向煤层102施工若干穿层钻孔 301，以进行第一次预抽瓦斯的具体实施方式如下。
图3示出了底板岩巷钻孔布置断面示意图。其中，1、2、3、4、5、6、7 分别为穿层钻孔的孔号。
图4示出了底板岩巷钻孔布置平面示意图。
优选的，所述穿层钻孔301为7个，且扇形均匀分布，各穿层钻孔301分 别穿透所述煤层102至少0.5m，且钻孔的控制线203距离所述底板岩巷201的 巷道两侧轮廓线外至少各15m。
如图3和图4所示，所述穿层钻孔301的具体施工步骤如下：
(1)所述底板岩巷201垂直于煤层102底板下方8-10m，底板岩巷201在 掘进的过程中必须执行“先探后掘”的措施，防止掘进工程中误揭煤层102。
(2)钻孔施工采用ZL-150型矿用液压钻机。钻孔孔径Ф90mm
(3)采用扇形布孔方式，钻孔应控制整个预抽区域并均匀布孔，钻孔间 距应当根据实际考察的煤层102有效抽放半径确定。
(4)沿底板岩巷201的巷道掘进方向的每段钻孔具体实施方式包括：每 段12排，每排7个钻孔，排距5m，且每段钻孔控制范围为：纵向(沿巷道掘 进方向)60m，且钻孔的控制线203距离巷道两侧轮廓线外至少各15m，即位于 扇形最外侧的两穿层钻孔301分别与所述底板岩巷201的巷道两侧的距离；以 缓倾斜煤层102为例(下同)，底板岩巷201的巷道工作面与煤层102法线距 离8.4m(见图3、图4)。钻孔需穿透煤层1020.5m。钻孔参数见表1。
(5)每排钻孔施工完毕之后，即可埋设瓦斯抽放管401，封孔，进行瓦斯 抽放。
表1 底板岩巷201钻孔参数

参数说明(下同)：S2指钻孔孔口至中线的距离，S1指钻杆退后1m至中 线的距离，ΔS＝S2-S1。
所述第一次预抽瓦斯和第二次预抽瓦斯的方法相同，且包括如下步骤：
步骤S210，对穿层钻孔301或顺层钻孔进行封孔，以形成瓦斯抽放通道 402。即埋设瓦斯抽放管401后再封孔，进行瓦斯抽放。可选的，采用矿用聚 氨酯瓦斯封孔液以及布料405进行初次封孔，通过水泥注浆进行二次封孔。其 中，封孔设备：采用2ZBQ-9/3气动注浆泵406或BFZ-10/1.2漏斗式注浆泵 406。优选的，封孔长度：穿层钻孔301的封孔段长度不得小于5m，顺层钻孔 的封孔段长度不得小于8m。
步骤S220，将位于各穿层钻孔301或顺层钻孔内的瓦斯抽放管401连接至 一孔板流量计进行抽放浓度和流量测量，并通过抽放主管路进行抽放。具体 的，钻孔孔口抽采负压不得小于13kPa；抽放瓦斯浓度不得低于25％；本煤层 102抽后的煤层102残存瓦斯含量低于8m³/t。
图5示出了上向预抽放孔注浆封孔示意图。
图6示出了下向预抽放孔注浆封孔示意图。
图7示出了水平孔注浆封孔示意图。
所述步骤S210中对穿层钻孔301或顺层钻孔进行封孔以形成瓦斯抽放通 道402的方法包括：上向孔封孔、下向孔封孔、水平孔封孔三种可选的实施方 式。
如图5所示，其中，所述上向孔封孔，即将注浆管404和瓦斯抽放管401 埋设于穿层钻孔301或顺层钻孔内，且通过注浆管404向穿层钻孔301或顺层 钻孔内部注浆，待瓦斯抽放管401的孔口溢流出水泥浆403时，停止注浆至水 泥浆403凝固，再进行瓦斯抽放。具体的，用水泥注浆泵406与直径DN15的 注浆钢管联接，一次性连续将水泥混合浆注入钻孔内，待瓦斯抽放管401孔口 溢流出水泥浆403时立即停止注浆，然后将注浆管404闸门关掉。待注浆1天 后，即待水泥浆403达到设计标号的50％再后接入抽放。
如图6所示，所述下向孔封孔，即将瓦斯抽放管401埋设于穿层钻孔301 或顺层钻孔内，将水泥浆403从穿层钻孔301或顺层钻孔的孔口灌入至孔内， 待孔口溢流出水泥浆403时，停止灌浆。本封孔方式的可边抽边注浆封孔，节 约工程时间。
如图7所示，所述水平孔封孔，即将瓦斯抽放管401、注浆管404、排气 管408埋设于穿层钻孔301或顺层钻孔内，且在穿层钻孔301或顺层钻孔内构 建第一、第二封孔层，所述第一、第二封孔层形成一注浆室；瓦斯抽放管401 贯穿第一、第二封孔层，所述排气管408、注浆管404穿过第一封孔层延伸至 所述注浆室内进行注浆，待排气管408溢流出水泥浆403时，停止注浆，再将 注浆管404和排气管408管口进行封堵。本封孔方式的可边抽边注浆封孔，节 约工程时间。
图8示出了煤巷钻孔施工平面示意图。
图9示出了煤巷第一循环钻孔施工A-A断面示意图。
图10示出了煤巷第二循环钻孔施工B-B断面示意图。
图8至图10中，数字1至24表示顺层钻孔的孔号。
如图8至图10所示，所述步骤S300中在煤巷工作面向所述煤层102施工 若干顺层钻孔，以进行第二次预抽瓦斯的具体方式如下：
(1)在底板岩巷201抽放控制范围(60m)抽放结束，在底板岩巷201中 进行第一次区域效果检验。符合要求之后，再在煤巷工作面施工抽放钻孔，对 本煤层102进行抽放，并进行抽放浓度和流量检测。
(2)顺层钻孔的控制线距离巷道两侧轮廓线外至少15m，钻孔控制的条带 长度不小于60m。钻孔参数见表2和表3。
表2 第一循环钻孔501参数