專利名稱：低透氣性高瓦斯軟厚煤層遠(yuǎn)程卸壓瓦斯抽放方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦安全生產(chǎn)方法。更具體地說是一種煤層瓦斯預(yù)抽方法。
背景技術(shù)：
安徽淮南礦區(qū)地處華東腹地，是我國重要的能源基地。礦區(qū)內(nèi)煤炭資源豐富，可采煤層層數(shù)多，卸壓煤層賦存穩(wěn)定、厚度較大?；茨系V區(qū)主采煤層13#煤層平均厚度6m，煤層原始瓦斯壓力為4.4MPa，瓦斯含量為13m3/t，煤層透氣性系數(shù)為0.01135m2/(MPa2.d)，是一典型的低透氣性高瓦斯軟厚突出危險(xiǎn)煤層。在該煤層的開采過程中曾多次發(fā)生煤與瓦斯突出事故和造成多人死亡的特大瓦斯爆炸事故，煤層巷道掘進(jìn)速度僅為40～60m，綜采工作面平均產(chǎn)量僅為1700t/d，工作面相對瓦斯涌出量25m3/d，回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛劝?.5％放限管理。如果將工作面產(chǎn)量提高到5000t/d，工作面瓦斯涌出量將高達(dá)87m3/min。由此可見，不采取有效的瓦斯抽放方法就不能實(shí)現(xiàn)安全高效集約化生產(chǎn)。在淮南礦區(qū)采用傳統(tǒng)的煤層瓦斯預(yù)抽方法，煤層瓦斯抽放率低于15％，而要實(shí)現(xiàn)安全高效集約化生產(chǎn)煤層瓦斯抽放率應(yīng)達(dá)到60％以上。
目前已有的抽放瓦斯的方法還包括開采煤層頂板高抽巷法和開采煤層頂板長距離穿層鉆孔法。其中，頂板高抽巷法是將抽放巷道布置在頂板裂隙帶內(nèi)，卸壓瓦斯沿豎向破斷裂隙形成的流動通道向抽放巷道匯集，這一方法對于處在裂隙帶內(nèi)的煤層具有良好的抽放效果，而對于處在彎曲下沉帶內(nèi)的卸壓煤層，由于沒有豎向破斷裂隙，無法形成瓦斯沿層間向高抽巷匯集的流動條件，故不能有效地抽放卸壓煤層的瓦斯。頂板長距離穿層鉆孔法是由開采煤層回風(fēng)巷向卸壓煤層打長距離穿層抽放鉆孔，由于鉆孔要穿過垮落帶，鉆孔將與采空區(qū)導(dǎo)通而出現(xiàn)短路，故此法不能有效地抽放遠(yuǎn)程卸壓煤層的瓦斯。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是避免上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處，提供一種低透氣性高瓦斯軟厚煤層遠(yuǎn)程卸壓瓦斯抽放方法，有效科學(xué)地提高低透氣性高瓦斯軟厚煤層瓦斯抽放率，使煤層瓦斯抽放率由原來15％提高到60％以上，以實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效集約化生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明方法的特點(diǎn)是低透氣性高瓦斯軟厚煤層遠(yuǎn)程卸壓瓦斯抽放方法，其特征是首先開采距卸壓煤層70m的下部、相對層間距為30至40倍的采煤層，受采動卸壓與下沉作用，在卸壓煤層中形成順層張裂隙的卸壓裂隙，預(yù)先由卸壓煤層底板瓦斯抽放巷向卸壓煤層打出上向網(wǎng)格式穿層抽放鉆孔，卸壓瓦斯沿順層張裂隙向抽放鉆孔匯集，并通過抽放管路得以抽放。
開采煤層開采之后，在其采空區(qū)上方將形成垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。距開采煤層上部70m、相對層間距35倍(層間距與開采煤層的厚度之比)的卸壓煤層處在彎曲下沉帶內(nèi)。受開采煤層的采動影響，卸壓煤層產(chǎn)生膨脹變形與開裂，在煤體內(nèi)形成以順層張裂隙為主的卸壓裂隙，煤層透氣性系數(shù)由原來的0.01135m2/(MPa2.d)的增加到32.678m2/(MPa2.d)，增加了2880倍。在卸壓煤層內(nèi)大面積地產(chǎn)生瓦斯解吸和順層流動的條件。此時，由于卸壓煤層及其底板一定范圍內(nèi)沒有豎向破斷裂隙，無法形成卸壓瓦斯沿層間向下方開采煤層流動的條件，必須在開采之前由卸壓煤層底板瓦斯抽放巷向卸壓煤層地打出上向網(wǎng)格式穿層抽放鉆孔，及時地將煤層中的卸壓瓦斯抽放出來。本發(fā)明能夠大面積、有效地降低卸壓煤層的瓦斯含量，實(shí)現(xiàn)卸壓煤層的安全高效回采。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明通過卸壓煤層底板瓦斯抽放巷向卸壓煤層均勻地打出網(wǎng)格式上向穿層抽放鉆孔，使卸壓瓦斯在抽放負(fù)壓的作用下沿順層張裂隙向抽放鉆孔匯集，由抽放管路進(jìn)行抽放，從而大面積、有效地降低卸壓煤層的瓦斯含量。
2、采用本發(fā)明可使層間距70m，相對層間距為30至40倍條件下的卸壓煤層瓦斯抽放率達(dá)60％以上，煤層瓦斯含量由13m3/t降為5m3/t。在卸壓抽放區(qū)域內(nèi)全面地消除了卸壓煤層的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，煤巷月掘進(jìn)速度由原來的40～60m，提高到200m以上。采煤工作面平均產(chǎn)量由原來的1700t/d提高到5100t/d；相對瓦斯涌出量由原來的25m3/t降低到5.0m3/t；回風(fēng)流平均瓦斯?jié)舛扔稍瓉淼?.15％降低到0.5％。實(shí)現(xiàn)了低透氣性高瓦斯軟厚煤層的安全高效回采，同時大量的瓦斯抽放也減少了瓦斯對臭氧層的破壞作用。
附圖
為本發(fā)明方法具體應(yīng)用的煤層斷面示意圖。
圖中標(biāo)號1開采煤層、2卸壓煤層、3抽放鉆孔、4底板瓦斯抽放巷、5彎曲下沉帶、6裂隙帶、7冒落帶。
具體實(shí)施例方式針對淮南礦區(qū)，首先開采距13#卸壓煤層2的70m下部、相對層間距為30至40倍的11#開采煤層1。受采動卸壓與下沉作用，在13#卸壓煤層2中形成順層張裂隙的卸壓裂隙，預(yù)先由卸壓煤層2底板瓦斯抽放巷4向卸壓煤層2打出上向網(wǎng)格式穿層抽放鉆孔3，卸壓瓦斯沿順層張裂隙向抽放鉆孔3匯集，并通過抽放管路得以抽放。
具體實(shí)施中1、關(guān)于底板瓦斯抽放巷道的合理位置。
根據(jù)礦壓理論，11#開采煤層1開采之后，其上覆巖層將形成冒落帶7、裂隙帶6和彎曲下沉帶5。根據(jù)安徽淮南潘一礦實(shí)際測定，冒落帶7高度為8.5～11.0m，裂隙帶6高度為30.1～36.1m，13#卸壓煤層及其下部30m范圍內(nèi)的煤巖層處在開采煤層回采形成的彎曲下沉帶5內(nèi)。如果底板瓦斯抽放巷4位置過低，巷道可能進(jìn)入裂隙帶6內(nèi)，將造成巷道維護(hù)困難，同時由于圍巖形成的裂隙使瓦斯抽放鉆孔封孔段和礦井大氣溝通，抽放瓦斯?jié)舛鹊?，抽放效果差，可能造成大量瓦斯向底板抽放巷涌出，產(chǎn)生瓦斯爆炸隱患。如果底板瓦斯抽放巷4位置過高，巷道距13#煤層較近，巷道可能誤穿突出煤層而產(chǎn)生突出事故，同時給抽放鉆孔3的施工造成困難。綜合上述因素并考慮到參數(shù)考察工作的需要，我們將瓦斯抽放巷4布置在13#煤層底板10～20m的彎曲下沉帶5中。
2、關(guān)于抽放鉆場及抽放鉆孔參數(shù)。
通過瓦斯抽放過程的模擬計(jì)算分析，我們得出在有效的抽放期內(nèi)，抽放鉆孔直徑為90mm，穿層鉆孔有效抽放半徑為15～20m，抽放鉆孔在卸壓煤層中均勻分布。為此，可以在底板瓦斯抽放巷內(nèi)每隔30～40m布置一個鉆場，鉆場垂直于底板瓦斯抽放巷水平布置，每個鉆場長度5m，凈斷面約為6m2。鉆孔開孔位置位于鉆場頂部。
3、有效的瓦斯抽放時間通過遠(yuǎn)程卸壓瓦斯流動規(guī)律考察發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程采動卸壓瓦斯流動存在一個活躍期，在該期間內(nèi)及時抽放可以獲得穩(wěn)定高產(chǎn)的卸壓瓦斯流，提高煤層瓦斯抽放率。受開采煤層采動影響的高效瓦斯抽放時間約為2個月，高效走向抽放距離為160m，同時起作用的鉆場數(shù)為4～5個，同時抽放鉆孔數(shù)為16～20個，平均單孔瓦斯抽放量在1.0m3/min左右。連續(xù)抽放時間4個月后，煤層瓦斯抽放率可達(dá)60％以上。
權(quán)利要求
1.低透氣性高瓦斯軟厚煤層遠(yuǎn)程卸壓瓦斯抽放方法，其特征是首先開采距卸壓煤層(2)70m的下部、相對層間距為30至40倍的開采煤層(1)，受采動卸壓與下沉作用，在卸壓煤層(2)中形成順層張裂隙的卸壓裂隙，預(yù)先由卸壓煤層底板瓦斯抽放巷(4)向卸壓煤層(2)打出上向網(wǎng)格式穿層抽放鉆孔(3)，卸壓瓦斯沿順層張裂隙向抽放鉆孔(3)匯集，并通過抽放管路得以抽放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低透氣性高瓦斯軟厚煤層遠(yuǎn)程卸壓瓦斯抽放方法，其特征是所述瓦斯抽放巷(4)位于卸壓煤層(2)底板10～20m的彎曲下沉帶(5)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低透氣性高瓦斯軟厚煤層遠(yuǎn)程卸壓瓦斯抽放方法，其特征是所述穿層抽放鉆孔(3)直徑為90mm、有效抽放半徑為15～20m、在卸壓煤層(2)中均勻分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低透氣性高瓦斯軟厚煤層遠(yuǎn)程卸壓瓦斯抽放方法，其特征是在底板瓦斯抽放巷(4)內(nèi)每隔30～40m布置一個鉆場，鉆場垂直于底板瓦斯抽放巷(4)水平布置，每個鉆場長度5m，凈斷面為約為6m2，穿層抽放鉆孔的開孔位置位于鉆場頂部。
全文摘要
低透氣性高瓦斯軟厚煤層遠(yuǎn)程卸壓瓦斯抽放方法，其特征是首先開采距卸壓煤層70m的下部、相對層間距為30至40倍的采煤層，受采動卸壓與下沉作用，在卸壓煤層中形成順層張裂隙的卸壓裂隙，預(yù)先由卸壓煤層底板瓦斯抽放巷向卸壓煤層打出上向網(wǎng)格式穿層抽放鉆孔，卸壓瓦斯沿順層張裂隙向抽放鉆孔匯集，并通過抽放管路得以抽放。開采煤層開采之后，在卸壓煤層內(nèi)大面積地產(chǎn)生瓦斯解吸和順層流動的條件。通過網(wǎng)格式穿層抽放鉆孔，使卸壓瓦斯沿順層張裂隙及時向抽放鉆孔匯集，取得良好的瓦斯預(yù)抽效果。本發(fā)明能夠大面積、有效地降低卸壓煤層的瓦斯含量，實(shí)現(xiàn)卸壓煤層安全高效集約化生產(chǎn)。
文檔編號E21F7/00GK1534164SQ0311309
公開日2004年10月6日 申請日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者袁亮, 俞啟香, 李平, 程遠(yuǎn)平, 劉永慶, 廖斌琛, 金學(xué)玉, 童云飛, 葉發(fā)先, 蔣承林, 袁 亮 申請人:淮南礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司, 中國礦業(yè)大學(xué)