本發(fā)明涉及一種煤礦井下卸壓瓦斯抽采技術(shù)方法，尤其是非等長保護(hù)層工作面開采順層鉆孔抽采卸壓瓦斯技術(shù)方法，適用于煤礦井下被保護(hù)層工作面應(yīng)力與滲透率非均勻分布情況下的卸壓瓦斯抽采。

技術(shù)背景

煤炭是我國的主體能源，煤炭的大量開采導(dǎo)致煤礦開采深度逐年增大。隨著開采深度增加，煤層瓦斯壓力與瓦斯含量逐漸增加，瓦斯涌出量不斷增大，煤與瓦斯突出災(zāi)害日益頻繁和嚴(yán)重，對煤礦安全生產(chǎn)的威脅也越來越大。同時(shí)，多數(shù)煤層透氣性系數(shù)僅為10^-3～1.0m²/(mpa².d)，導(dǎo)致瓦斯抽采效果較差。長期理論研究和突出危險(xiǎn)煤層的開采實(shí)踐證明，開采保護(hù)層是有效地防治煤與瓦斯突出的區(qū)域性措施。因此，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，開采保護(hù)層結(jié)合強(qiáng)化瓦斯抽采成為有效防治煤與瓦斯突出的首選技術(shù)，對保障煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的安全高效開采具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

然而，受采掘規(guī)劃和工作面布置的影響，上保護(hù)層工作面走向和傾向長度一般很難與被保護(hù)層一致，即保護(hù)層工作面與被保護(hù)層工作面非等長等寬布置。當(dāng)上保護(hù)層工作面的走向和傾向長度小于被保護(hù)層，就會(huì)導(dǎo)致下伏被保護(hù)層的卸壓區(qū)域有限，且上保護(hù)層的留設(shè)煤柱進(jìn)一步加劇了下伏被保護(hù)層的應(yīng)力集中程度。因此，如何對卸壓瓦斯抽采鉆孔布孔方式進(jìn)行優(yōu)化，確保被保護(hù)層工作面徹底消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，并盡可能地降低瓦斯治理成本，是擺在現(xiàn)場工程科技人員面前的一道難題。

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是在被保護(hù)層卸壓區(qū)域有限的情況下，提供一種方法簡單易行、技術(shù)可靠性強(qiáng)、施工成本低的順層鉆孔抽采被保護(hù)層卸壓瓦斯技術(shù)方法。

技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

a.根據(jù)煤礦地質(zhì)條件、煤層賦存規(guī)律和采煤工作面開采條件，綜合采用礦山壓力與巖層控制理論和flac3d數(shù)值模擬軟件，分析保護(hù)層工作面開采過程中被保護(hù)層工作面采動(dòng)應(yīng)力時(shí)空演化規(guī)律，獲得采動(dòng)應(yīng)力非均勻分布特征；

b.根據(jù)被保護(hù)層工作面的采動(dòng)應(yīng)力非均勻分布特征，將被保護(hù)層工作面從平面上劃分為卸壓區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)和原始應(yīng)力區(qū)；

c.根據(jù)滲流力學(xué)理論分析采動(dòng)應(yīng)力σ與煤層滲透率k的函數(shù)關(guān)系k＝f(σ)，進(jìn)而獲得被保護(hù)層工作面的滲透率非均勻分布特征；

d.根據(jù)被保護(hù)層工作面的滲透率非均勻分布特征，將被保護(hù)層工作面從平面上劃分為增透區(qū)、減透區(qū)和原始滲透區(qū)，根據(jù)采動(dòng)應(yīng)力和滲透率的函數(shù)關(guān)系可知，卸壓區(qū)與增透區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)與減透區(qū)、原始應(yīng)力區(qū)與原始滲透區(qū)是分別完全重合的；

e.采用順層鉆孔抽采被保護(hù)層工作面的卸壓瓦斯時(shí)，分析順層鉆孔間距與抽采時(shí)間對被保護(hù)層工作面的不同區(qū)域瓦斯抽采效果的影響，獲得在一定抽采時(shí)間條件下被保護(hù)層工作面不同區(qū)域的順層鉆孔的有效抽采半徑；

f.根據(jù)順層鉆孔的有效抽采半徑，確定被保護(hù)層工作面不同區(qū)域的順層鉆孔的合理間距，其中抽采增透區(qū)瓦斯的順層鉆孔長度與間距均較大，稱之為順層長鉆孔；抽采減透區(qū)瓦斯的順層鉆孔長度和間距均較小，稱之為順層短鉆孔；順層長鉆孔在抽采增透區(qū)瓦斯的同時(shí)也抽采減透區(qū)瓦斯，鉆孔的布置方式在平面上呈現(xiàn)為長短鉆孔交替布置；

g.在被保護(hù)層工作面的兩側(cè)巷道分別施工合理間距與長度的順層鉆孔，其中順層長鉆孔壓茬至少1m，對被保護(hù)層工作面的卸壓瓦斯進(jìn)行抽采，直至被保護(hù)層工作面消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明根據(jù)被保護(hù)層工作面的應(yīng)力和滲透率的分區(qū)特征，施工不同間距與長度的順層鉆孔抽采被保護(hù)層卸壓瓦斯，確保被保護(hù)層工作面徹底消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，方法簡單易行、技術(shù)可靠性強(qiáng)；

(2)本發(fā)明對卸壓瓦斯抽采鉆孔布孔方式進(jìn)行優(yōu)化，減少了鉆孔施工量，降低了施工成本，并大幅提高了工作效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的技術(shù)方法立體示意圖。

圖2是本發(fā)明的技術(shù)方法平面示意圖。

圖中：1-保護(hù)層工作面；2-被保護(hù)層工作面；3-卸壓區(qū)(增透區(qū))；4-應(yīng)力集中區(qū)(減透區(qū))；5-原始應(yīng)力區(qū)(原始滲透區(qū))；6-順層長鉆孔；7-順層短鉆孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1和2對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的描述：

本發(fā)明的技術(shù)方法涉及針對被保護(hù)層不同區(qū)域位置處順層鉆孔的合理布孔方式，包括保護(hù)層工作面1、被保護(hù)層工作面2、卸壓區(qū)(增透區(qū))3、應(yīng)力集中區(qū)(減透區(qū))4、原始應(yīng)力區(qū)(原始滲透率)5、順層長鉆孔6、順層短鉆孔7，具體操作步驟如下：

a.根據(jù)煤礦地質(zhì)條件、煤層賦存規(guī)律和采煤工作面開采條件，綜合采用礦山壓力與巖層控制理論和flac3d數(shù)值模擬軟件，分析保護(hù)層工作面1開采過程中被保護(hù)層工作面2采動(dòng)應(yīng)力時(shí)空演化規(guī)律，獲得采動(dòng)應(yīng)力非均勻分布特征；

b.根據(jù)被保護(hù)層工作面2的采動(dòng)應(yīng)力非均勻分布特征，將被保護(hù)層工作面2從平面上劃分為卸壓區(qū)3、應(yīng)力集中區(qū)4和原始應(yīng)力區(qū)5；

c.根據(jù)滲流力學(xué)理論分析采動(dòng)應(yīng)力σ與煤層滲透率k的函數(shù)關(guān)系k＝f(σ)，進(jìn)而獲得被保護(hù)層工作面2的滲透率非均勻分布特征；

d.根據(jù)被保護(hù)層工作面2的滲透率非均勻分布特征，將被保護(hù)層工作面2從平面上劃分為增透區(qū)3、減透區(qū)4和原始滲透區(qū)5，根據(jù)采動(dòng)應(yīng)力和滲透率的函數(shù)關(guān)系可知，卸壓區(qū)與增透區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)與減透區(qū)、原始應(yīng)力區(qū)與原始滲透區(qū)是分別完全重合的；

e.采用順層鉆孔6、7抽采被保護(hù)層工作面2的卸壓瓦斯時(shí)，分析順層鉆孔間距與抽采時(shí)間對被保護(hù)層工作面2的不同區(qū)域瓦斯抽采效果的影響，獲得在一定抽采時(shí)間條件下被保護(hù)層工作面2不同區(qū)域的順層鉆孔的有效抽采半徑；

f.根據(jù)順層鉆孔6、7的有效抽采半徑，確定被保護(hù)層工作面2不同區(qū)域的順層鉆孔的合理間距，其中抽采增透區(qū)瓦斯的順層鉆孔長度與間距均較大，稱之為順層長鉆孔6；抽采減透區(qū)瓦斯的順層鉆孔長度和間距均較小，稱之為順層短鉆孔7；順層長鉆孔6在抽采增透區(qū)瓦斯的同時(shí)也抽采減透區(qū)瓦斯，鉆孔的布置方式在平面上呈現(xiàn)為長短鉆孔交替布置；

g.在被保護(hù)層工作面2的兩側(cè)巷道分別施工合理間距與長度的順層鉆孔6、7，其中順層長鉆孔6壓茬至少1m，對被保護(hù)層工作面2的卸壓瓦斯進(jìn)行抽采，直至被保護(hù)層工作面2消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種非等長保護(hù)層工作面開采順層鉆孔抽采卸壓瓦斯技術(shù)方法，在獲得被保護(hù)層工作面應(yīng)力與滲透率非均勻分布特征基礎(chǔ)上，將被保護(hù)層工作面劃分為卸壓區(qū)(增透區(qū))、應(yīng)力集中區(qū)(減透區(qū))、原始應(yīng)力區(qū)(原始滲透區(qū))三個(gè)區(qū)域，據(jù)此提出合理間距與長度的順層鉆孔布孔方式，并在被保護(hù)層工作面兩側(cè)巷道內(nèi)施工順層鉆孔，對被保護(hù)層工作面卸壓瓦斯進(jìn)行抽采。該技術(shù)方法簡單易行、可靠性強(qiáng)，鉆孔施工量少、成本低，大幅提高了工作效率，為消除被保護(hù)層工作面的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性提供了技術(shù)保障。

技術(shù)研發(fā)人員：徐超;王凱;呂靖豪;李雷;周愛桃;杜鋒;蔡永博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.28
技術(shù)公布日：2017.09.05