專(zhuān)利名稱(chēng)：一種煤礦回采工作面上隅角瓦斯抽放方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦采煤技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種煤礦回采工作面上隅角瓦斯抽放方法。
背景技術(shù)：
目前，在煤礦回采過(guò)程中的采空區(qū)是在采煤工作面的后方，工作面回采工程中始終存在并且隨著采面的推進(jìn)，范圍逐漸增加的采空區(qū)。采空區(qū)瓦斯的涌出，在礦井瓦斯來(lái)源中占有相當(dāng)大的比例。這是由于在瓦斯礦井采煤時(shí)，尤其是開(kāi)采煤層群和厚煤層條件下，鄰近煤層、未采分層、圍巖、煤柱和工作面丟煤中的瓦斯都會(huì)向采空區(qū)涌出，致使采空區(qū)積存了大量高濃度瓦斯。由于采空區(qū)是和通風(fēng)網(wǎng)路連通的，來(lái)源于上述各個(gè)方面的瓦斯涌向采空區(qū)后，又涌向工作面并經(jīng)回風(fēng)巷排出，當(dāng)采空區(qū)積存和涌出瓦斯較大時(shí)，將使工作面上隅角經(jīng)常處于超限狀態(tài)，有時(shí)還可能由于頂板的冒落而引起采空區(qū)瓦斯的突然大量涌出，對(duì)生產(chǎn)構(gòu)成很大的威脅。就這種情況，現(xiàn)有技術(shù)采取了以下幾種方法來(lái)抽放瓦斯1)設(shè)置風(fēng)障引導(dǎo)風(fēng)流法。當(dāng)采煤工作面上隅角瓦斯?jié)舛炔惶蟮那闆r下，在工作面上隅角附近設(shè)置風(fēng)障或木板隔離，迫使一部分風(fēng)流經(jīng)過(guò)上隅角，將積聚的瓦斯排出。這種方式僅適用于上隅角瓦斯涌出量不超過(guò)2m3/min、工作面風(fēng)量大于200m3/ min、風(fēng)障最大長(zhǎng)度不超過(guò)20m的條件；且在工作面布置風(fēng)障降低了作業(yè)環(huán)境的安全程度， 增加了采區(qū)內(nèi)通風(fēng)阻力，采空區(qū)漏風(fēng)會(huì)有所加劇。2)風(fēng)機(jī)排除法。風(fēng)機(jī)排除法按其動(dòng)力源的不同可分為水力通風(fēng)機(jī)、電動(dòng)局部通風(fēng)機(jī)和引射器等，但其原理和布置方法是相同的，風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口設(shè)在上隅角瓦斯積聚點(diǎn)，把積聚的瓦斯沖談、帶走。這種方法的缺點(diǎn)是都需要配置有設(shè)備，占據(jù)了一定的采掘空間，影響作業(yè)環(huán)境和條件，尤其是局部通風(fēng)機(jī)，雖然已具有較高的防爆性能和抗沖擊、摩擦火花等性能，但由于井下特別是采煤工作面作業(yè)條件惡劣，日常管理和維護(hù)需要特別注意，同時(shí)，他們都需要一定的動(dòng)力作條件，因此是不經(jīng)濟(jì)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采空區(qū)進(jìn)行抽放。一般情況下，插入管子的直徑為75-100mm，處在采空區(qū)內(nèi)一端長(zhǎng)2-; 的管子， 管壁穿有小孔并有紗網(wǎng)包好，防止抽放中發(fā)生堵塞現(xiàn)象；該管位于煤層頂部，以便處于瓦斯?jié)舛容^高的地點(diǎn)，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(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦回采工作面上隅角瓦斯抽放方法，以提高瓦斯抽放效率。
本發(fā)明提供的這種煤礦回采工作面上隅角瓦斯抽放方法，包括以下步驟:A、預(yù)先確定最佳抽采范圍和鉆場(chǎng)間距；B、按照所述的鉆場(chǎng)間距，設(shè)置鉆場(chǎng)；C、從每個(gè)鉆場(chǎng)頂部向采空區(qū)方向傾斜向上鉆一主鉆孔，該主鉆孔從冒落帶到達(dá)裂隙帶；D、在裂隙帶，從每個(gè)主鉆孔向采空區(qū)方向傾斜向上鉆多個(gè)分支鉆孔，每個(gè)主鉆孔的多個(gè)分支鉆孔呈扇面狀排布于所述最佳抽采范圍內(nèi)；E、將各個(gè)分支鉆孔與用于抽放瓦斯的抽放管路相連接。較佳地，所述預(yù)先確定的最佳抽采范圍包括Al、根據(jù)采煤工作面煤層頂板巖性情況及“上三帶”的分別規(guī)律，確定出裂隙帶范圍。A2、根據(jù)采動(dòng)裂隙的“0”形圈理論及煤層頂板跨落角參數(shù)計(jì)算出傾向上的最佳抽采范圍。所述預(yù)先確定鉆場(chǎng)間距為預(yù)先根據(jù)鉆采設(shè)備的性能、抽放條件及“上三帶”的分布規(guī)律進(jìn)行確定。較佳地，所述鉆采設(shè)備的性能為鉆采設(shè)備的最長(zhǎng)鉆孔長(zhǎng)度。較佳地，所述鉆采設(shè)備的最長(zhǎng)鉆孔長(zhǎng)度為1000米；所述主鉆孔長(zhǎng)度與分支鉆孔的長(zhǎng)度之和為1000米；所述主鉆孔長(zhǎng)度為30-50米；所述鉆場(chǎng)間距為950-970米。較佳地，所述步驟B中，將各個(gè)鉆場(chǎng)等距離設(shè)置在煤層中，緊貼回風(fēng)巷道的位置。較佳地，所述主鉆孔與水平面的夾角為20度-30度。較佳地，所述每個(gè)鉆場(chǎng)的多個(gè)分支鉆孔在裂隙帶內(nèi)先傾斜向上，再?gòu)澱蹫樗椒较?；且每個(gè)鉆場(chǎng)的多個(gè)分支鉆孔在公共段相互連通。較佳地，所述多個(gè)分支鉆孔傾斜向上的角度和長(zhǎng)度根據(jù)鉆場(chǎng)間距、裂隙帶層位及煤層傾角計(jì)算。較佳地，所述多個(gè)分支鉆孔終孔之間的距離為5-10米；多個(gè)分支鉆孔傾斜向上角度相同為1-2度；多個(gè)分支孔的長(zhǎng)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(gè)分支鉆孔利用埋線管與該抽放管路相連接。由上述的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明的這種煤礦回采工作面上隅角瓦斯抽放方法，從每個(gè)鉆場(chǎng)頂部向采空區(qū)方向傾斜向上鉆一主鉆孔，該主鉆孔從冒落帶到達(dá)裂隙帶；在裂隙帶，從每個(gè)主鉆孔向采空區(qū)方向傾斜向上鉆多個(gè)分支鉆孔，多個(gè)分支鉆孔呈扇面狀排布于所述最佳抽采范圍內(nèi)；并將各個(gè)分支鉆孔與用于抽放瓦斯的抽放管路相連接。當(dāng)采煤工作面推進(jìn)到孔底位置時(shí)，由于煤層頂板的自動(dòng)冒落，本煤層瓦斯向上移動(dòng)，鄰近煤層受到采動(dòng)影響而卸壓，卸壓瓦斯向開(kāi)采層移動(dòng)，由于鉆孔抽放負(fù)壓的影響，改變了瓦斯移動(dòng)方向，使瓦斯被抽放進(jìn)入抽放管路，從而減小了向上隅角涌出的瓦斯量。


圖1為本發(fā)明煤礦回采工作面上隅角瓦斯抽放方法一較佳實(shí)施例的實(shí)施過(guò)程圖；圖2為采用本發(fā)明瓦斯抽放方法后煤礦結(jié)構(gòu)正面示意圖；圖3為采用本發(fā)明瓦斯抽放方法后煤礦結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖并舉具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的這種煤礦回采工作面上隅角瓦斯抽放方法的具體實(shí)施過(guò)程如圖1所示，
4包括如下步驟步驟101、根據(jù)采煤工作面煤層頂板巖性情況，以及“上三帶”的分布規(guī)律，確定出裂隙帶范圍。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(jù)采動(dòng)裂隙的“0”形圈理論，以及煤層頂板跨落角等參數(shù)計(jì)算出傾向上的最佳抽采范圍。上述步驟101中確定裂隙帶范圍的方法和步驟102中技術(shù)最佳抽采范圍的方法都屬于現(xiàn)有技術(shù)，這里不再贅述。步驟103、設(shè)計(jì)鉆孔的位置，確定鉆場(chǎng)間距。本實(shí)施例中，鉆孔應(yīng)從鉆場(chǎng)頂部的終孔層位落在裂隙帶內(nèi)，傾向上布置在最佳抽采范圍內(nèi)。本實(shí)施中鉆場(chǎng)的鉆孔終孔應(yīng)全部控制在裂隙帶內(nèi)，不應(yīng)進(jìn)入彎曲下沉帶，這是由于彎曲下沉帶內(nèi)由于透氣性較小，且瓦斯不易積聚到該層位，所以鉆孔終孔位置布置在裂隙帶內(nèi)。另外，由于頂板充填采空區(qū)垮落的緣故，處于冒落帶內(nèi)的鉆孔也屬于無(wú)效鉆孔，當(dāng)采煤工作面推進(jìn)到一定距離后將自動(dòng)報(bào)廢。鉆場(chǎng)間距應(yīng)根據(jù)鉆采設(shè)備的性能、抽放條件、“上三帶”的分布因素綜合考慮確定。這種確定方式屬于現(xiàn)有技術(shù)，其中抽放條件指指開(kāi)采技術(shù)條件，如工作面斜長(zhǎng)，工作面推采長(zhǎng)度，工作面順槽巷道是否便于打鉆施工等，工作面順槽頂板是否破碎等。如工作面很大，工作面推采長(zhǎng)度達(dá)6000米，鉆場(chǎng)間距如僅為IOOm左右，則鉆場(chǎng)太多，無(wú)效的疊加段多，工程量大，管理復(fù)雜。如工作面推采長(zhǎng)度為1500m，又采用千米鉆機(jī)施工，可布置兩個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)間距為750m，以減少施工技術(shù)難度，較易保證分支孔全部位于裂隙帶內(nèi)等。步驟104、設(shè)置鉆場(chǎng)。本實(shí)施例中的各個(gè)鉆場(chǎng)是等距離設(shè)置在煤層中，緊貼回風(fēng)巷道的位置。步驟105、從每個(gè)鉆場(chǎng)頂部向采空區(qū)方向傾斜向上鉆一主鉆孔，該主鉆孔從冒落帶到達(dá)裂隙帶。步驟106、在裂隙帶，從每個(gè)主鉆孔向采空區(qū)方向傾斜向上鉆多個(gè)分支鉆孔，每個(gè)主鉆孔的多個(gè)分支鉆孔呈扇面狀排布于所述最佳抽采范圍內(nèi)。本實(shí)施例中，多個(gè)分支鉆孔傾斜向上部分的角度和長(zhǎng)度是根據(jù)鉆場(chǎng)間距、裂隙帶層位及煤層傾角，采用現(xiàn)有技術(shù)的算法計(jì)算得出的。步驟107、將各個(gè)分支鉆孔與用于抽放瓦斯的抽放管路相連接。本實(shí)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(gè)分支鉆孔利用埋線管與該抽放管路相連接。以下參照?qǐng)D2、圖3對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中鉆場(chǎng)、主鉆孔和分支鉆孔的位置關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例中，利用S)Y-6000LD(A)型千米定向鉆機(jī)施工鉆孔，該鉆采設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)鉆孔內(nèi)分支，且能夠鉆1000米長(zhǎng)的鉆孔。參見(jiàn)圖2、圖3，本實(shí)施例中采空區(qū)16兩側(cè)分別連接有回風(fēng)巷道17和進(jìn)風(fēng)巷道18。 本實(shí)施例中的各個(gè)鉆場(chǎng)3、4、5是等距離設(shè)置在煤層15中，緊貼回風(fēng)巷道17的位置。
如圖2、圖3所示，本實(shí)施例中的鉆場(chǎng)3、4、5的主鉆孔都是從鉆場(chǎng)3、4、5的頂部側(cè)邊，向采空區(qū)16方向傾斜向上，且主鉆孔從冒落帶1到達(dá)了裂隙帶2。鉆場(chǎng)3、4、5的主鉆孔長(zhǎng)度為30米-50米，位于冒落帶1中，其端點(diǎn)到達(dá)裂隙帶2。 主鉆孔與水平面的夾角為20度-30度。本實(shí)施例中，每個(gè)鉆場(chǎng)3、4、5具有3個(gè)分支鉆孔，3個(gè)分支鉆孔在裂隙帶內(nèi)先傾斜向上，再向采空區(qū)16彎折為水平方向。具體地，鉆場(chǎng)3的3個(gè)分支鉆孔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(zhǎng)度相同為950米-970米。本實(shí)施例中3個(gè)分支鉆孔終孔之間的距離為5-10米。分支孔為抽放孔，用于抽放裂隙帶瓦斯，工作面回采期間分支孔末端始終處于工作面的上方裂隙帶內(nèi)，隨工作面后退回采分支孔逐漸縮短，減小部分由于進(jìn)入工作面后方采空區(qū)而報(bào)廢。由于裂隙帶不同高度處瓦斯抽放效果受工作面地質(zhì)條件及開(kāi)采技術(shù)因素等影響， 分支孔的絕大部分應(yīng)處于裂隙帶最優(yōu)抽放瓦斯層位，目前不同礦井的工作面采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法確定抽放支管所在巖層層位及最優(yōu)參數(shù)，所以不同礦井角度也不相同。由于鉆孔公共段末端已進(jìn)入裂隙帶，分支孔后向上的角度很小，千米長(zhǎng)鉆孔一般在1度左右，以保證鉆孔末端仍位于裂隙帶內(nèi)。鉆場(chǎng)4的3個(gè)分支鉆孔9、10、11傾斜向上部分的角度、長(zhǎng)度以及3個(gè)分支鉆孔終孔之間的距離都與分支鉆孔6、7、8相同，這里不再重復(fù)。如圖2、圖3所示，本實(shí)施例中，由于主鉆孔的長(zhǎng)度約30-50米(此距離主要由上三帶的高度確定)左右，位于冒落帶內(nèi)，屬于不可抽采段，所以鉆場(chǎng)4的主鉆孔與分支孔鉆孔6、7、8終孔段需上下重疊30-50米，也就是下一鉆場(chǎng)的分支孔抽取主鉆孔所在區(qū)域裂隙帶瓦斯。由于本方法中鉆孔越長(zhǎng)效率越高，重疊段無(wú)效鉆孔也越低。如鉆孔總長(zhǎng)度(主鉆孔的長(zhǎng)度與其分支鉆孔長(zhǎng)度之和)為1000m，這樣鉆場(chǎng)4與鉆場(chǎng)3相距為950米-970米，同理鉆場(chǎng)5與鉆場(chǎng)4也相距950-970米。鉆場(chǎng)5的分支鉆孔12、13、14與鉆場(chǎng)4的情況相同，這里不再重復(fù)。這樣，當(dāng)采煤工作面推進(jìn)到孔底位置時(shí)，由于煤層頂板的自動(dòng)冒落，本煤層瓦斯向上移動(dòng)，鄰近煤層受到采動(dòng)影響而卸壓，卸壓瓦斯向開(kāi)采層移動(dòng)，由于鉆孔抽放負(fù)壓的影響，改變了瓦斯移動(dòng)方向，使瓦斯被抽放進(jìn)入抽放管路，從而減小了向上隅角涌出的瓦斯量。由上述的實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明的上隅角瓦斯抽放方法具有如下優(yōu)點(diǎn)1、因?yàn)轫敯逋咚钩榉陪@孔布置在煤層頂板裂隙帶內(nèi)，采空區(qū)煤層頂板自動(dòng)跨落后，瓦斯自動(dòng)向上移動(dòng)，上鄰近層受本煤層采動(dòng)影響，瓦斯向下移動(dòng)，所以采用本發(fā)明技術(shù)方案抽放效果較好，能使回采面上隅角瓦斯?jié)舛冉档?. 5%左右，使原先工作面推進(jìn)循環(huán)數(shù)由3 4刀增加到現(xiàn)在的10 12刀，極大地提高了工作效率。2、由于可以應(yīng)用ZDY_6000LD(A)型千米定向鉆機(jī)，實(shí)現(xiàn)了打長(zhǎng)鉆孔的需要，鉆孔長(zhǎng)度可達(dá)1000m，增加了鉆場(chǎng)的間距，減少了鉆場(chǎng)的個(gè)數(shù)。同時(shí)，ZDY-6000LD(A)型千米鉆機(jī)可實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)分枝，減少了挪動(dòng)鉆機(jī)重新調(diào)整角度的次數(shù)，進(jìn)一步提高了工作效率。3、促進(jìn)了高產(chǎn)高效回采工作面的建設(shè)，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
權(quán)利要求
1.一種煤礦回采工作面上隅角瓦斯抽放方法，其特征在于，包括以下步驟A、預(yù)先確定最佳抽采范圍和鉆場(chǎng)間距；B、按照所述的鉆場(chǎng)間距，設(shè)置鉆場(chǎng)；C、從每個(gè)鉆場(chǎng)頂部向采空區(qū)方向傾斜向上鉆一主鉆孔，該主鉆孔從冒落帶到達(dá)裂隙帶；D、在裂隙帶，從每個(gè)主鉆孔向采空區(qū)方向傾斜向上鉆多個(gè)分支鉆孔，每個(gè)主鉆孔的多個(gè)分支鉆孔呈扇面狀排布于所述最佳抽采范圍內(nèi)；E、將各個(gè)分支鉆孔與用于抽放瓦斯的抽放管路相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特征在于，所述預(yù)先確定的最佳抽采范圍包括Al、根據(jù)采煤工作面煤層頂板巖性情況及“上三帶”的分別規(guī)律，確定出裂隙帶范圍； A2、根據(jù)采動(dòng)裂隙的“0”形圈理論及煤層頂板跨落角參數(shù)計(jì)算出傾向上的最佳抽采范圍；所述預(yù)先確定鉆場(chǎng)間距為預(yù)先根據(jù)鉆采設(shè)備的性能、抽放條件及“上三帶”的分布規(guī)律進(jìn)行確定。
3.如權(quán)利要求2所述的瓦斯抽放方法，其特征在于，所述鉆采設(shè)備的性能為鉆采設(shè)備的最長(zhǎng)鉆孔長(zhǎng)度。
4.如權(quán)利要求3所述的瓦斯抽放方法，其特征在于所述鉆采設(shè)備的最長(zhǎng)鉆孔長(zhǎng)度為 1000米；所述主鉆孔長(zhǎng)度與分支鉆孔的長(zhǎng)度之和為1000米；所述主鉆孔長(zhǎng)度為30-50米； 所述鉆場(chǎng)間距為950-970米。
5.如權(quán)利要求4所述的瓦斯抽放方法，其特征在于所述步驟B中，將各個(gè)鉆場(chǎng)等距離設(shè)置在煤層中，緊貼回風(fēng)巷道的位置。
6.如權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特征在于所述主鉆孔與水平面的夾角為20 度-30度。
7.如權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特征在于所述每個(gè)鉆場(chǎng)的多個(gè)分支鉆孔在裂隙帶內(nèi)先傾斜向上，再?gòu)澱蹫樗椒较颍磺颐總€(gè)鉆場(chǎng)的多個(gè)分支鉆孔相互連通。
8.如權(quán)利要求7所述的瓦斯抽放方法，其特征在于所述多個(gè)分支鉆孔傾斜向上的角度和長(zhǎng)度根據(jù)鉆場(chǎng)間距、裂隙帶層位及煤層傾角計(jì)算。
9.如權(quán)利要求8所述的瓦斯抽放方法，其特征在于所述多個(gè)分支鉆孔終孔之間的距離為5-10米；多個(gè)分支鉆孔傾斜向上角度相同為1-2度；多個(gè)分支孔的長(zhǎng)度相同為950米-970米。
10.如權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放方法，其特征在于，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(gè)分支鉆孔利用埋線管與該抽放管路相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種煤礦回采工作面上隅角瓦斯抽放方法，包括以下步驟A、預(yù)先確定最佳抽采范圍和鉆場(chǎng)間距；B、按照所述的鉆場(chǎng)間距，設(shè)置鉆場(chǎng)；C、從每個(gè)鉆場(chǎng)頂部向采空區(qū)方向傾斜向上鉆一主鉆孔，該主鉆孔從冒落帶到達(dá)裂隙帶；D、在裂隙帶，從每個(gè)主鉆孔向采空區(qū)方向傾斜向上鉆多個(gè)分支鉆孔，每個(gè)主鉆孔的多個(gè)分支鉆孔呈扇面狀排布于所述最佳抽采范圍內(nèi)；E、將各個(gè)分支鉆孔與用于抽放瓦斯的抽放管路相連接。應(yīng)用本發(fā)明方法，當(dāng)采煤工作面推進(jìn)到孔底位置時(shí)，由于煤層頂板的自動(dòng)冒落，本煤層瓦斯向上移動(dòng)，鄰近煤層受到采動(dòng)影響而卸壓，卸壓瓦斯向開(kāi)采層移動(dòng)，由于鉆孔抽放負(fù)壓的影響，改變了瓦斯移動(dòng)方向，使瓦斯被抽放進(jìn)入抽放管路，從而減小了向上隅角涌出的瓦斯量。
文檔編號(hào)E21F7/00GK102518464SQ20111041020
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)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(qǐng)人:中國(guó)神華能源股份有限公司