一種高瓦斯煤層工作面鉆采預(yù)抽瓦斯方法
【專利摘要】一種高瓦斯煤層工作面鉆采預(yù)抽瓦斯方法，屬于煤層鉆采預(yù)抽瓦斯方法。在煤層中先鉆采一層極薄煤層進(jìn)行卸壓增透，在首采工作面上下順槽均布置螺旋鉆機(jī)鉆采本工作面和下一工作面，鉆采開(kāi)挖使得鉆采孔周圍巖層產(chǎn)生松動(dòng)以及裂隙發(fā)育并在套管保護(hù)作用下結(jié)合抽采管使用高水充填材料將鉆采孔與抽采管之間縫隙充填后形成鉆采抽采同心孔，待工作面上下順槽所有同心孔布置完成后便可實(shí)施鉆采預(yù)抽瓦斯；鉆采極薄煤層使得鉆采孔孔口周圍應(yīng)力集中圍巖發(fā)生塑性變形后導(dǎo)致裂隙發(fā)育故使得煤層瓦斯的吸附能力下降，通過(guò)理論計(jì)算得瓦斯稀釋有效半徑為鉆采孔半徑的5倍。該首采高瓦斯煤層的開(kāi)采方法可靠，工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)首采高瓦斯煤層的安全開(kāi)采。
【專利說(shuō)明】
一種高瓦斯煤層工作面鉆采預(yù)抽瓦斯方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種煤層鉆采預(yù)抽瓦斯方法，特別是一種高瓦斯煤層工作面鉆采預(yù)抽瓦斯方法。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)過(guò)多年高強(qiáng)度開(kāi)采，淺層煤炭資源逐步枯竭，煤炭開(kāi)采進(jìn)入深部，尤其是經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的中東部礦區(qū)，主力礦井已發(fā)展到中后期，主體開(kāi)采深度已達(dá)800m以上，局部開(kāi)采深部已達(dá)1500m。由于開(kāi)采深度大，地應(yīng)力、瓦斯壓力和含量大，礦井發(fā)生煤與瓦斯突出、沖擊礦壓等動(dòng)力災(zāi)害事故的可能性增加，已成為制約深部煤炭資源安全開(kāi)采亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。而采用先采瓦斯壓力小、含量低、危險(xiǎn)程度低的薄煤層保護(hù)層，卸壓上下被保護(hù)煤層的高應(yīng)力、解析低透氣性煤層吸附瓦斯，已被開(kāi)采實(shí)踐證明為安全高效開(kāi)采深部煤層群的一種有效手段。傳統(tǒng)意義上的保護(hù)層開(kāi)采使得大量卸壓瓦斯涌入保護(hù)層工作面，極易造成瓦斯超限或者其他瓦斯事故，且《煤礦安全規(guī)程》第一百九十八條規(guī)定，開(kāi)采近距離保護(hù)層時(shí)，必須采取措施嚴(yán)防被保護(hù)層初期卸壓的瓦斯突然涌入保護(hù)層工作面。而采用螺旋鉆采極薄保護(hù)層能夠有效解決傳統(tǒng)保護(hù)層開(kāi)采導(dǎo)致卸壓瓦斯涌入被保護(hù)層的問(wèn)題，為解決保傳統(tǒng)護(hù)層開(kāi)采所帶來(lái)的問(wèn)題，發(fā)明一種高瓦斯煤層工作面鉆采預(yù)抽瓦斯方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是要提供一種高瓦斯煤層工作面鉆采預(yù)抽瓦斯方法，解決傳統(tǒng)保護(hù)層開(kāi)采過(guò)程中卸壓初期大量瓦斯涌入保護(hù)層工作面造成的嚴(yán)重事故的問(wèn)題。
[0004]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明方法的技術(shù)方案:首采工作面上下順槽螺旋鉆機(jī)布置方法和抽采孔的布置方法；
[0005]即在首采工作面上下順槽均布置螺旋鉆機(jī)鉆采本工作面和下一工作面的一層極薄煤層進(jìn)行卸壓增透，鉆采開(kāi)挖使得鉆采孔周圍巖層產(chǎn)生松動(dòng)以及裂隙發(fā)育，因此在鉆采孔中間位置先埋設(shè)抽采管并在套管保護(hù)作用下使用高水充填材料將鉆采孔與抽采管之間縫隙充填后形成鉆采抽采同心孔，待工作面上下順槽所有同心孔布置完成后便可實(shí)施鉆采預(yù)抽瓦斯。
[0006]所述的上下順槽螺旋鉆機(jī)布置方法:
[0007](I)首采工作面上下順槽均布置螺旋鉆鉆采極薄煤層；
[0008](2)上順槽只布置螺旋鉆機(jī)鉆采本工作面；
[0009](3)下順槽布置螺旋鉆機(jī)，一方面鉆采本工作面;另一方面也鉆采下工作面；
[0010](4)對(duì)下一工作面的掘進(jìn)起到了掩護(hù)作用；
[0011](5)上下順槽鉆機(jī)的布置為抽采孔的布置提供了場(chǎng)所。
[0012](6)其他工作面依此方法進(jìn)行布置螺旋鉆機(jī)的布置，形成高瓦斯煤層工作面預(yù)抽瓦斯方法。
[0013]所述的抽采孔布置方法:[OOM] (I)鉆米之后形成鉆米孔；
[0015](2)圍巖狀態(tài)穩(wěn)定后，清理鉆采孔中的少量殘存的浮煤，并根據(jù)螺旋鉆采時(shí)的深度和角度，在鉆采孔中間位置前期先埋設(shè)瓦斯抽采管道，并下設(shè)套管；
[0016](3)在套管保護(hù)作用下，使用高水充填材料將鉆采孔與抽采管之間縫隙充填后形成鉆米抽米同心孔；
[0017](4)同心孔的布置形成了高瓦斯煤層工作面安全高效開(kāi)采方法。
[0018]鉆采預(yù)抽瓦斯方法，具體開(kāi)采步驟如下:
[0019]步驟一:在首采工作面上下順槽布置螺旋鉆機(jī)，為了安全鉆進(jìn)，首采工作面傾斜長(zhǎng)度一般要求小于120m;在工作面上順槽布置鉆機(jī)向本工作面鉆進(jìn)40m，在工作面下順槽布置鉆機(jī)一方面向本工作面鉆進(jìn)80m，另一方面向下一工作面鉆進(jìn)不小于40m，鉆孔之間的距離為2?3m;這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠掩護(hù)下一工作面掘進(jìn)期間的安全。
[0020]步驟二:根據(jù)步驟一的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定，在高瓦斯煤層工作面上下順槽，采用螺旋鉆采煤機(jī)鉆采0.3m左右的極薄煤層，為了能夠形成抽采質(zhì)量較好的同心孔，在螺旋鉆周圍并布置高水充填設(shè)備及時(shí)進(jìn)行充填；
[0021]步驟三:螺旋鉆采過(guò)后，鉆孔周圍巖層應(yīng)力重新分布。經(jīng)過(guò)計(jì)算，沿鉆采孔半徑方向環(huán)向正應(yīng)力的影響范圍大約為P = 5a，式中，a為鉆采孔半徑，瓦斯釋放有效半徑大約為5倍的鉆采孔半徑；
[0022]步驟四:鉆采之后清理鉆采孔中的少量殘存的浮煤，并根據(jù)螺旋鉆采時(shí)的深度和角度，前期先埋設(shè)瓦斯抽采管道；
[0023]步驟五:根據(jù)鉆采孔的大小，安裝套管保護(hù)瓦斯抽采管，安裝時(shí)短節(jié)之間絲扣要夾生料帶并擰緊，以防止充填時(shí)發(fā)生鉆孔漏漿且套管外露長(zhǎng)度不能大于100mm;
[0024]步驟六:使用高水材料，快速加固套管并充填瓦斯抽采管與套管、套管與鉆采孔之間的縫隙；
[0025]步驟七:充填完成后即瓦斯抽采管與前期開(kāi)挖的鉆采孔形成了同心孔，進(jìn)行瓦斯抽采。
[0026]由于采用了上述方案:首先在工作面上下順槽布置螺旋鉆機(jī)鉆采0.3m極薄煤層進(jìn)行卸壓，并在鉆采孔的基礎(chǔ)上下套管并利用充填技術(shù)布置同心抽采孔。因此對(duì)首采高瓦斯煤層的開(kāi)采提供了可靠的基礎(chǔ)支持。一般螺旋鉆鉆頭直徑為80cm，所以鉆采孔周圍半徑為2m范圍瓦斯抽采效果更好，工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)首采高瓦斯煤層的安全開(kāi)采。解決了傳統(tǒng)保護(hù)層開(kāi)采過(guò)程中卸壓初期大量瓦斯涌入保護(hù)層工作面造成的嚴(yán)重事故的問(wèn)題，達(dá)到了本發(fā)明的目的。
[0027]優(yōu)點(diǎn):
[0028]1、避免了傳統(tǒng)保護(hù)層開(kāi)采卸壓初期大量瓦斯涌入保護(hù)層工作面造成的嚴(yán)重事故。
[0029]2、對(duì)于深部高瓦斯煤層，采用鉆采孔與抽采孔同心布置方式由于鉆采孔周圍圍巖發(fā)生塑性變形產(chǎn)生裂隙故更加有利于煤層瓦斯的釋放抽采。
[0030]3、鉆采孔與抽采孔同心布置，大大減少了工程量且節(jié)約了生產(chǎn)成本。
[0031]4、本工作面下順槽向下一工作面鉆采，可以有效釋放下一工作面的瓦斯，確保下一工作面上順槽掘進(jìn)的安全。
[0032]5、鉆采孔與抽采孔同心布置方式也可用于突出煤層巷道掘進(jìn)時(shí)使用。【附圖說(shuō)明】:
[0033]圖1是本發(fā)明的鉆采工作面布置示意圖。
[0034]圖2a是本發(fā)明的工作面上順槽鉆采形成抽采鉆采同心孔示意圖。
[0035]圖2b是本發(fā)明的工作面下順槽鉆采形成抽采鉆采同心孔示意圖。
[0036]圖2c是本發(fā)明的工作面上下順槽鉆采形成抽采鉆采同心孔剖面圖。
[0037]圖3為本發(fā)明的鉆孔周圍應(yīng)力分布情況示意圖。
[0038]圖4為本發(fā)明的抽采管的布置示意圖。
[0039]圖中，1、固定油缸;2、螺旋鉆式采煤機(jī);3、調(diào)斜油缸;4、節(jié)式鉆桿;5、抽采管;6、鉆采孔;7、高水材料;8、套管。
【具體實(shí)施方式】
[0040]本發(fā)明方法的技術(shù)方案:首采工作面上下順槽螺旋鉆機(jī)布置方法和抽采孔的布置方法;即在首采工作面上下順槽均布置螺旋鉆機(jī)鉆采本工作面和下一工作面的一層極薄煤層進(jìn)行卸壓增透，鉆采開(kāi)挖使得鉆采孔周圍巖層產(chǎn)生松動(dòng)以及裂隙發(fā)育，因此在鉆采孔中間位置先埋設(shè)抽采管并在套管保護(hù)作用下使用高水充填材料將鉆采孔與抽采管之間縫隙充填后形成鉆采抽采同心孔，待工作面上下順槽所有同心孔布置完成后便可實(shí)施鉆采預(yù)抽瓦斯;鉆采極薄煤層使得鉆采孔孔口周圍應(yīng)力集中圍巖發(fā)生塑性變形后導(dǎo)致裂隙發(fā)育，使得煤層瓦斯的吸附能力下降，通過(guò)理論計(jì)算得瓦斯稀釋有效半徑為鉆采孔半徑的5倍。
[0041 ]所述的上下順槽螺旋鉆機(jī)布置方法:
[0042](I)首采工作面上下順槽均布置螺旋鉆鉆采極薄煤層；
[0043](2)上順槽只布置螺旋鉆機(jī)鉆采本工作面；
[0044](3)下順槽布置螺旋鉆機(jī)，一方面鉆采本工作面;另一方面也鉆采下工作面；
[0045](4)對(duì)下一工作面的掘進(jìn)起到了掩護(hù)作用；
[0046](5)上下順槽鉆機(jī)的布置為抽采孔的布置提供了場(chǎng)所；
[0047](6)其他工作面依此方法進(jìn)行布置螺旋鉆機(jī)的布置，形成高瓦斯煤層工作面預(yù)抽瓦斯方法。
[0048]所述的抽采孔布置方法:
[0049](I)鉆米之后形成鉆米孔；
[0050](2)圍巖狀態(tài)穩(wěn)定后，清理鉆采孔中的少量殘存的浮煤，并根據(jù)螺旋鉆采時(shí)的深度和角度，在鉆采孔中間位置前期先埋設(shè)瓦斯抽采管道，并下設(shè)套管；
[0051](3)在套管保護(hù)作用下，使用高水充填材料將鉆采孔與抽采管之間縫隙充填后形成鉆米抽米同心孔；
[0052](4)同心孔的布置形成了高瓦斯煤層工作面安全高效開(kāi)采方法。
[0053]鉆采預(yù)抽瓦斯方法，具體開(kāi)采步驟如下:
[0054]步驟一:在首采工作面上下順槽布置螺旋鉆機(jī)，為了安全鉆進(jìn)，首采工作面傾斜長(zhǎng)度一般要求小于120m;在工作面上順槽布置鉆機(jī)向本工作面鉆進(jìn)40m，在工作面下順槽布置鉆機(jī)一方面向本工作面鉆進(jìn)80m，另一方面向下一工作面鉆進(jìn)不小于40m，鉆孔之間的距離為2?3m;這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠掩護(hù)下一工作面掘進(jìn)期間的安全。
[0055]步驟二:根據(jù)步驟一的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定，在高瓦斯煤層工作面上下順槽，采用螺旋鉆采煤機(jī)鉆采0.3m左右的極薄煤層，為了能夠形成抽采質(zhì)量較好的同心孔，在螺旋鉆周圍并布置高水充填設(shè)備及時(shí)進(jìn)行充填；
[0056]步驟三:螺旋鉆采過(guò)后，鉆孔周圍巖層應(yīng)力重新分布。經(jīng)過(guò)計(jì)算，沿鉆采孔半徑方向環(huán)向正應(yīng)力的影響范圍大約為P = 5a，式中，a為鉆采孔半徑，瓦斯釋放有效半徑大約為5倍的鉆采孔半徑；
[0057]步驟四:鉆采之后清理鉆采孔中的少量殘存的浮煤，并根據(jù)螺旋鉆采時(shí)的深度和角度，前期先埋設(shè)瓦斯抽采管道；
[0058]步驟五:根據(jù)鉆采孔的大小，安裝套管保護(hù)瓦斯抽采管，安裝時(shí)短節(jié)之間絲扣要夾生料帶并擰緊，以防止充填時(shí)發(fā)生鉆孔漏漿且套管外露長(zhǎng)度不能大于100mm;
[0059]步驟六:使用高水材料，快速加固套管并充填瓦斯抽采管與套管、套管與鉆采孔之間的縫隙；
[0060]步驟七:充填完成后即瓦斯抽采管與前期開(kāi)挖的鉆采孔形成了同心孔，進(jìn)行瓦斯抽采。
[0061 ]實(shí)施例1:在首采工作面上下順槽布置螺旋鉆機(jī)，為了安全鉆進(jìn)，首采工作面傾斜長(zhǎng)度一般要求小于120m;在工作面上順槽布置鉆機(jī)向本工作面鉆進(jìn)40m，在工作面下順槽布置鉆機(jī)一方面向本工作面鉆進(jìn)80m，另一方面向下一工作面鉆進(jìn)不小于40m，鉆孔之間的距離為2?3m，如附圖1所示。
[0062]與傳統(tǒng)的螺旋鉆采薄煤層不同，本發(fā)明針對(duì)的是高瓦斯煤層，在工作面上下順槽，采用螺旋鉆采煤機(jī)鉆采0.3m左右的極薄煤層，為了能夠形成抽采質(zhì)量較好的同心孔，在螺旋鉆周圍并布置高水充填設(shè)備及時(shí)進(jìn)行充填。
[0063]由于開(kāi)孔，造成鉆采孔周圍應(yīng)力集中，通過(guò)對(duì)孔周圍的應(yīng)力分布分析可知鉆采孔周圍出現(xiàn)一定范圍的拉應(yīng)力所以鉆采孔周圍巖層將會(huì)產(chǎn)生一定的裂隙，此裂隙有益于抽采瓦斯。
[0064]鉆采工作完成之后清理鉆采孔中的少量殘存的浮煤，并根據(jù)螺旋鉆采時(shí)的深度和角度，前期先埋設(shè)瓦斯抽采管道。
[0065]根據(jù)鉆采孔的大小，安裝套管保護(hù)瓦斯抽采管，安裝時(shí)短節(jié)之間絲扣要夾生料帶并擰緊，以防止充填時(shí)發(fā)生鉆孔漏漿。且套管外露長(zhǎng)度不能大于100_。
[0066]在進(jìn)行高水加固套管之前，需要測(cè)量套管的安裝角度，測(cè)量完成后連接高水管路，用鉆機(jī)壓牢套管，根據(jù)實(shí)際傾角與設(shè)計(jì)差別適當(dāng)調(diào)整后進(jìn)行高水充填套管與鉆采孔周圍的縫隙。先用高水材料把套管內(nèi)外注滿，待套管內(nèi)開(kāi)始返出高水后開(kāi)始采用水泥一水玻璃雙液加固，水玻璃濃度采用40° Be，水泥漿與水玻璃的體積比1: 0.5，待孔口管與鉆孔之間的縫隙有雙液開(kāi)始溢出或孔口內(nèi)有雙液開(kāi)始溢出，則逐漸將套管拔出，開(kāi)始?jí)核疀_洗注漿栗，注漿后保證外壁不漏水。
[0067]經(jīng)過(guò)上述步驟后，則形成了抽采孔且抽采孔周圍巖石破碎存在裂隙，瓦斯吸附能力下降，有益于瓦斯抽采。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高瓦斯煤層工作面鉆采預(yù)抽瓦斯方法，其特征是:首采工作面上下順槽螺旋鉆機(jī)布置方法和抽采孔的布置方法: 即在首采工作面上下順槽均布置螺旋鉆機(jī)鉆采本工作面和下一工作面的一層極薄煤層進(jìn)行卸壓增透，鉆采開(kāi)挖使得鉆采孔周圍巖層產(chǎn)生松動(dòng)以及裂隙發(fā)育，因此在鉆采孔中間位置先埋設(shè)抽采管并在套管保護(hù)作用下使用高水充填材料將鉆采孔與抽采管之間縫隙充填后形成鉆采抽采同心孔，待工作面上下順槽所有同心孔布置完成后便可實(shí)施鉆采預(yù)抽瓦斯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高瓦斯煤層工作面鉆采預(yù)抽瓦斯方法，其特征是:所述的上下順槽螺旋鉆機(jī)布置方法: (1)首采工作面上下順槽均布置螺旋鉆鉆采極薄煤層； (2)上順槽只布置螺旋鉆機(jī)鉆采本工作面； (3)下順槽布置螺旋鉆機(jī)，一方面鉆采本工作面;另一方面也鉆采下工作面； (4)對(duì)下一工作面的掘進(jìn)起到了掩護(hù)作用； (5)上下順槽鉆機(jī)的布置為抽采孔的布置提供了場(chǎng)所； (6)其他工作面依此方法進(jìn)行布置螺旋鉆機(jī)的布置，形成高瓦斯煤層工作面預(yù)抽瓦斯方法。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高瓦斯煤層工作面鉆采預(yù)抽瓦斯方法，其特征是:所述的抽采孔布置方法: (1)鉆米之后形成鉆米孔； (2)圍巖狀態(tài)穩(wěn)定后，清理鉆采孔中的少量殘存的浮煤，并根據(jù)螺旋鉆采時(shí)的深度和角度，在鉆采孔中間位置前期先埋設(shè)瓦斯抽采管道，并下設(shè)套管； (3)在套管保護(hù)作用下，使用高水充填材料將鉆采孔與抽采管之間縫隙充填后形成鉆米抽米同心孔； (4)同心孔的布置形成了高瓦斯煤層工作面安全高效開(kāi)采方法。4.權(quán)利要求1所述的一種高瓦斯煤層工作面鉆采預(yù)抽瓦斯方法，其特征是:鉆采預(yù)抽瓦斯方法，具體開(kāi)采步驟如下: 步驟一:在首采工作面上下順槽布置螺旋鉆機(jī)，為了安全鉆進(jìn)，首采工作面傾斜長(zhǎng)度一般要求小于120m;在工作面上順槽布置鉆機(jī)向本工作面鉆進(jìn)40m，在工作面下順槽布置鉆機(jī)一方面向本工作面鉆進(jìn)80m，另一方面向下一工作面鉆進(jìn)不小于40m，鉆孔之間的距離為2?3m ；這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠掩護(hù)下一工作面掘進(jìn)期間的安全。 步驟二:根據(jù)步驟一的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定，在高瓦斯煤層工作面上下順槽，采用螺旋鉆采煤機(jī)鉆采0.3m左右的極薄煤層，為了能夠形成抽采質(zhì)量較好的同心孔，在螺旋鉆周圍并布置高水充填設(shè)備及時(shí)進(jìn)行充填； 步驟三:螺旋鉆采過(guò)后，鉆孔周圍巖層應(yīng)力重新分布。經(jīng)過(guò)計(jì)算，沿鉆采孔半徑方向環(huán)向正應(yīng)力的影響范圍大約為P = 5a，式中，a為鉆采孔半徑，瓦斯釋放有效半徑大約為5倍的鉆采孔半徑； 步驟四:鉆采之后清理鉆采孔中的少量殘存的浮煤，并根據(jù)螺旋鉆采時(shí)的深度和角度，前期先埋設(shè)瓦斯抽采管道； 步驟五:根據(jù)鉆采孔的大小，安裝套管保護(hù)瓦斯抽采管，安裝時(shí)短節(jié)之間絲扣要夾生料帶并擰緊，以防止充填時(shí)發(fā)生鉆孔漏漿且套管外露長(zhǎng)度不能大于100mm; 步驟六:使用高水材料，快速加固套管并充填瓦斯抽采管與套管、套管與鉆采孔之間的縫隙； 步驟七:充填完成后即瓦斯抽采管與前期開(kāi)挖的鉆采孔形成了同心孔，進(jìn)行瓦斯抽采。
【文檔編號(hào)】E21F7/00GK105952492SQ201610357774
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】袁永, 伏映鵬, 屠世浩, 李波, 魏宏民, 劉志恒, 陳忠順, 李 杰, 孫松, 張漢祥, 張新旺
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)