一种治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法
【专利摘要】本发明公开了一种治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法，采用“U+I”型通风方式，包括在回风巷（2）内侧布置内错尾巷（3），并在进风巷（1）、回风巷和内错尾巷内布置顺层钻孔抽采本煤层瓦斯，布置走向高抽巷（4）、后伪高抽巷（5）、低位倾斜高抽巷（6）抽采邻近层瓦斯，并配合工艺巷（8）预裂爆破技术及合理的工作面推进速度综合治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限问题。本治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法集中解决初采期内坚硬顶板不垮落难题，可以缩短直接顶和老顶垮落步距，有效避免了初采期高抽巷抽采效果差、邻近层瓦斯涌入工作面造成瓦斯超限情况，为综放面初采期的安全生产提供了保障。
【专利说明】一种治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种治理综放面瓦斯超限的方法，具体是一种治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法，适用于顶板坚硬不垮落的综放工作面初采期瓦斯超限严重的高瓦斯矿井，属于矿井瓦斯治理领域。
【背景技术】
[0002]煤矿瓦斯是指植物在成煤过程中生成的大量气体，又称煤层气，保存在煤层或岩层的孔隙和裂隙内，瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸着状态存在的，瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸，因此煤矿井下一般采用加强矿井通风和抽放瓦斯、控制瓦斯涌出等方法防止瓦斯浓度超过规定来防止事故发生。
[0003]自采煤工作面开始回采后，上覆岩层移动被破坏，使得邻近层瓦斯卸压，引起裂隙带的产生和延展，为邻近层瓦斯卸压、运移和持续解吸提供了条件。
[0004]在采煤工作面初采期，随着老顶初次破断，大量邻近层卸压瓦斯将涌入工作面，会造成工作面瓦斯超限。
[0005]目前国内外治理初采期瓦斯涌出的方法有增大风量稀释初采期瓦斯、利用钻孔贯通高抽巷、采用U+I的通风方式、回风侧预埋管抽采采空区瓦斯、中、低位后高抽巷抽采初采期瓦斯、后伪高抽巷治理初采期瓦斯等。
[0006]但是对于坚硬顶板来说，以上各项治理措施不能达到理想效果，如工作面坚硬顶板垮落步距大，在工作面初采期阶段的前期，顶板不垮落，邻近层瓦斯涌出量小，U+I的通风方式和高抽巷抽采技术不能有效发挥作用；而老顶垮落后，由于垮落范围大，瓦斯大量涌出，在一段时间内，工作面一直处于瓦斯超限状况，威胁井下人员安全，影响正常生产。
【发明内容】
[0007]针对上述问题，本发明提供一种治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法，可以针对坚硬顶板综放面初采期的瓦斯涌出实施有效地排放，杜绝瓦斯超限状况的发生，为综放面初采期的安全生产提供保障。
[0008]为实现上述目的，本治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法采用“U+I”型通风方式，包括在回风巷内侧布置内错尾巷，并在进风巷、回风巷和内错尾巷内布置顺层钻孔抽采本煤层瓦斯，布置走向高抽巷、后伪高抽巷、低位倾斜高抽巷抽采邻近层瓦斯，并配合工艺巷预裂爆破技术及合理的工作面推进速度综合治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限问题，具体步骤如下:
a.沿煤层顶板内错回风巷15?25m布置一条平行于回风巷的内错尾巷，
b.分别在工作面进风巷、回风巷和内错尾巷中布置顺层钻孔，钻孔施工方向与巷道中心线垂直，由工作面煤帮开口，根据工作面倾向长度设计钻孔长度，根据煤层倾角确定钻孔角度，开孔位置离底板高度小于Im ； C.根据煤层地质情况，确定裂隙带高度，设定在距开采煤层顶板垂直距离H1、距回风巷水平距离L1处布置走向高抽巷；
d.沿与回风巷水平夹角β，垂直回风巷倾斜角度α向上掘出后伪高抽巷，与走向高抽巷贯通，掘进距离约为(Hl/ (sin α.cos β ))；
e.沿已经掘好的后伪高抽巷从回风侧往上，找到石灰岩顶板泥岩的层位，沿与回风巷水平夹角为Y的水平方向沿石灰岩顶板掘进一条低位倾斜高抽巷，伸入开切巷内部长度为L3 ；
f.在低位倾斜高抽巷的巷道底板打两排穿层钻孔，钻孔的横向间距为0.5?1.5m，纵向间距为2?5m,钻孔离巷道两帮的距离为0.3?0.8m,钻孔穿过灰岩0.5?1.5m ;
g.从内错尾巷往进风巷方向布置两条工艺巷，方向与切巷平行，工艺巷长度为L2,如工作面倾向长度为L，则工艺巷长度L2约为(L-L3) m ;
h.在工艺巷中布置钻孔装药进行预裂爆破；
1.在后高抽巷和低位高抽巷及钻孔发挥作用阶段，以及邻近层瓦斯大量涌出走向高抽巷充分发挥作用的阶段，控制好工作面推进速度。
[0009]作为本发明的进一步改进方案，所述的倾斜角度α为35?40°，所述的倾斜角度β 为 40 ?50°。
[0010]作为本发明的进一步改进方案，所述的倾斜角度β为60?65°。
[0011]作为本发明的进一步改进方案，所述的低位倾斜高抽巷伸入开切巷内的距离L3为40m，与煤层顶板垂直层间距约为氏/2，巷道断面积为2X2 IIf。
[0012]作为本发明的进一步改进方案，所述的两条工艺巷位置设置在内错尾巷距切巷15m、30m 处。
[0013]作为本发明的进一步改进方案，所述的工作面推进速度在老顶垮落之前小于2m/天。
[0014]与现有技术相比，本治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法是一种利用工艺巷、组合走向高抽巷卸压并抽采初采期瓦斯，防治坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法，由于采用布置工艺巷、后高抽巷、低位倾斜高抽巷、走向高抽巷，因此可以综合设计解决综放面初采期瓦斯易超限问题；由于采用工艺巷爆破技术、低位倾斜高抽巷及其穿层钻孔设计，因此可以集中解决初采期内坚硬顶板不垮落难题，并可以缩短直接顶和老顶垮落步距，再由内错尾巷和组合高抽巷抽放卸压涌出的邻近层瓦斯，有效避免了初采期高抽巷抽采效果差、邻近层瓦斯涌入工作面造成瓦斯超限情况，为综放面初采期的安全生产提供了保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的布置平面图；
图2是本发明的组合高抽巷布置平面图；
图3是本发明的工艺巷布置平面图；
图4是本发明的巷道布置I一I剖面示意图；
图5是本发明的巷道布置II 一 II剖面示意图。
[0016]图中:1、进风巷,2、回风巷,3、内错尾巷,4、走向高抽巷,5、后伪高抽巷,6、低位倾斜高抽巷，7、穿层钻孔，8、工艺巷，9、开切巷。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0018]本治理坚硬顶板综放面采初期瓦斯超限的方法，采用“U+I”型通风方式，包括在回风巷内侧布置内错尾巷，并在进风巷、回风巷和内错尾巷内布置顺层钻孔抽采本煤层瓦斯，布置走向高抽巷、后伪高抽巷、低位倾斜高抽巷抽采邻近层瓦斯，并配合工艺巷预裂爆破技术及合理的工作面推进速度综合治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限问题。
[0019]本治理综放面初采期瓦斯超限的方法具体步骤如下:
a.首先在回风巷2内侧，沿煤层顶板布置一条内错尾巷3，与回风巷2之间预留15?25m的保护煤柱；
b.在工作面进风巷1、回风巷2和内错尾巷3中布置顺层钻孔和瓦斯抽采管路，抽采本煤层瓦斯，钻孔布置为一排，钻孔施工方向与巷道中心线垂直，由工作面煤帮开口，巷帮钻孔间距约为lm，根据工作面倾向长度设计钻孔长度，根据煤层倾角确定钻孔角度，开孔位置离底板高度小于Im ；
c.根据煤层地质情况，确定裂隙带高度，在距开采煤层顶板垂直距离H1，距回风巷2水平距离L1处布置走向高抽巷4 ；
d.沿与回风巷2水平夹角β,垂直回风巷2倾斜角度α向上掘出后伪高抽巷5,与走向高抽巷4贯通,掘进距离约为(H1/ (sin α.cos β ))；
e.再沿已经掘好的后伪高抽巷5从回风侧往上，找到石灰岩顶板泥岩的层位，沿与回风巷2水平夹角为Y的水平方向沿石灰岩顶板掘进一条低位倾斜高抽巷6，伸入开切巷9内部长度为L3 ；
f.然后在低位倾斜高抽巷6的巷道底板打两排穿层钻孔7，每排10个，钻孔的横向间距为0.5?1.5m，纵向间距为2?5m，钻孔离巷道两帮的距离为0.3?0.Sm，钻孔穿过灰岩0.5 ?L 5m ;
g.从内错尾巷往进风巷I方向掘进两条与切巷平行的工艺巷8，方向与开切巷9平行，工艺巷8长度为L2,如工作面倾向长度为L，则工艺巷8长度L2约为(L-L3) m ；
h.然后在工艺巷8中布置钻孔装药进行预裂爆破；
1.在后伪高抽巷5和低位高抽巷6及钻孔发挥作用阶段，以及邻近层瓦斯大量涌出走向高抽巷充分发挥作用的阶段，初采期工作面推进工程中控制好推进速度。
[0020]由于高抽巷布置在约7-10倍采高的瓦斯涌出密集区，为解决工作面初采期的瓦斯涌出问题，工作面布置有后高抽巷，后高抽巷与高抽巷贯通，因此，作为本发明的进一步改进方案，所述的倾斜角度α为35?40°，所述的倾斜角度β为40?50°。
[0021]由于采空区中部裂隙发育较好，低位高抽巷的倾斜布置能深入到岩层中部，更容易泄压和抽排瓦斯，因此，作为本发明的进一步改进方案，所述的倾斜角度β为60?65°。
[0022]由于低位倾斜高抽巷能深入到岩层中发育良好的裂隙，并且巷道与煤岩层接触面积的增加，更容易泄压和抽排瓦斯，因此，作为本发明的进一步改进方案，所述的低位倾斜高抽巷(6)伸入开切巷(9)内的距离L3S 40m左右，与煤层顶板垂直层间距约为H/2，巷道断面积为2X2 m2。
[0023]由于在初采期的40m回采期间内，坚硬顶板不易垮落，老顶和周期垮落步距较大，影响高抽巷瓦斯的抽采效果，工艺巷的布置和预裂爆破能缩短老顶和周期垮落步距，邻近层瓦斯得到提前释放，使得后高抽巷提前发挥作用对邻近层瓦斯进行抽放，以减少了初采期邻近层瓦斯向工作面的涌出量，因此，作为本发明的进一步改进方案，所述的两条工艺巷位置设置在内错尾巷距切巷约15m、30m处。
[0024]由于工作面推进太快是引起初采期工作面瓦斯超限的主要因素之一，在老顶垮落之前，控制工作面的推进速度可减少单位时间内的瓦斯涌出量，因此，作为本发明的进一步改进方案，所述的工作面推进速度在老顶垮落之前小于2m/天。
[0025]实施例:以山西石港煤业股份有限公司15109工作面为例对本发明进一步说明。
[0026]根据石港煤矿15109工作面实际情况布置采煤工作面及生产系统，工作面倾向长度L为140m ο
[0027]首先在15109回风巷2内侧，沿煤层顶板布置一条内错尾巷3，与回风巷2之间预留20m的保护煤柱；15109工作面进风巷1、回风巷2和内错尾巷3的瓦斯抽采钻孔布置为一排，钻孔施工方向与进风巷I中心线垂直，由工作面煤帮开口，巷帮钻孔间距lm，进风巷I钻孔数量1261个，回风巷2钻孔数量1224个，内错尾巷3钻孔数量为468个，孔径94mm，每个钻孔工程量约为80m，钻孔为顺层钻孔，根据煤层倾角确定钻孔角度，开孔位置离底板高度为lm。
[0028]根据煤层地质情况，在距开采煤层顶板垂直距离40m，距回风巷2水平距离35m处布置走向高抽巷4，垂直回风巷倾斜角度37°向上掘出后伪高抽巷5，与走向高抽巷4贯通。
[0029]沿已经掘好的后伪高抽巷5从回风侧往上，找到石灰岩顶板泥岩的层位，沿与回风巷水平夹角为60°的水平方向沿石灰岩顶板掘进一条低位倾斜高抽巷6，伸入开切巷9内40m左右，与煤层顶板垂直层间距约19m，巷道断面为矩形，断面积为2X2 Ilf。
[0030]掘完低位倾斜高抽巷后,在低位倾斜高抽巷6的巷道底板打两排穿层钻孔,连接瓦斯抽采管路，每排10个，钻孔的横向间距为lm，纵向间距为4m，钻孔离巷道两帮的距离为0.5m,钻孔穿过灰岩Im左右。
[0031]再在内错尾巷3中，距开切巷9约15m、30m处，往进风巷I方向掘进两条工艺巷8，方向与开切巷9平行,工艺巷8长度为100m,然后,在工艺巷8中布置钻孔装药进行预裂爆破。
[0032]在初采期内，控制好工作面推进速度，在老顶垮落之前，推进速度不超过2m/天。
[0033]随着工作面推进，工艺巷布置、低位倾斜高抽巷及穿层钻孔布置缩短坚硬顶板垮落步距，邻近层卸压瓦斯涌出，经内错尾巷、后高抽巷、低位倾斜高抽巷和走向高抽巷抽放，有效对坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限进行排除、治理，保证工作面在初采期的安全生产。
[0034]本治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法是一种利用工艺巷8、组合走向高抽巷4卸压并抽采初采期瓦斯，防治坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法，可以综合设计解决综放面初采期瓦斯易超限问题；可以集中解决初采期内坚硬顶板不垮落难题，并可以缩短直接顶和老顶垮落步距，再由内错尾巷和组合高抽巷抽放卸压涌出的邻近层瓦斯，有效避免了初采期高抽巷抽采效果差，邻近层瓦斯涌入工作面造成瓦斯超限情况，为综放面初采期的安全生产提供了保障。
【权利要求】
1.一种治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法，采用“U+I”型通风方式，其特征在于，包括在回风巷(2)内侧布置内错尾巷(3)，并在进风巷(I)、回风巷(2)和内错尾巷(3)内布置顺层钻孔抽采本煤层瓦斯，布置走向高抽巷(4)、后伪高抽巷(5)、低位倾斜高抽巷(6)抽采邻近层瓦斯，并配合工艺巷(8)预裂爆破技术及合理的工作面推进速度综合治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限问题，具体步骤如下: a.沿煤层顶板内错回风巷(2)15?25m布置一条平行于回风巷(2)的内错尾巷(3)； b.分别在工作面进风巷(I)、回风巷(2)和内错尾巷(3)中布置顺层钻孔，钻孔施工方向与巷道中心线垂直，由工作面煤帮开口，根据工作面倾向长度设计钻孔长度，根据煤层倾角确定钻孔角度，开孔位置离底板高度小于Im ； c.根据煤层地质情况，确定裂隙带高度，在距开采煤层顶板垂直距离H1、距回风巷(2)水平距离L1处布置走向高抽巷(4)； d.沿与回风巷(2)水平夹角β，垂直回风巷(2)倾斜角度α向上掘出后伪高抽巷(5)，与走向高抽巷(4)贯通,掘进距离约为(Hl/ (sin α.cos β ))； e.沿已经掘好的后伪高抽巷(5)从回风侧往上，找到石灰岩顶板泥岩的层位，沿与回风巷(2)水平夹角为Y的水平方向沿石灰岩顶板掘进一条低位倾斜高抽巷(6)，伸入开切巷(9)内部长度为L3 ； f.在低位倾斜高抽巷(6)的巷道底板打两排穿层钻孔(7)，钻孔的横向间距为0.5?1.5m,纵向间距为2?5m,钻孔离巷道两帮的距离为0.3?0.8m,钻孔穿过灰岩0.5?1.5m ； g.从内错尾巷往进风巷(I)方向布置两条工艺巷(8)，方向与开切巷(9)平行，工艺巷(8)长度为L2，如工作面倾向长度为L，则工艺巷(8)长度L2约为(L-L3)m; h.在工艺巷(8)中布置钻孔装药进行预裂爆破； 1.在后伪高抽巷(5)和低位高抽巷(6)及钻孔发挥作用阶段，以及邻近层瓦斯大量涌出走向高抽巷充分发挥作用的阶段，初采期工作面推进工程中控制好工作面推进速度。
2.根据权利要求1所述的治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法，其特征在于，所述的倾斜角度α为35?40°，所述的倾斜角度β为40?50°。
3.根据权利要求1或2所述的治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法，其特征在于，所述的倾斜角度β为60?65°。
4.根据权利要求1所述的治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法，其特征在于，所述的低位倾斜高抽巷(6)伸入开切巷(9)内的距离L3为40m，与煤层顶板垂直层间距约为氏/2，巷道断面为矩形，巷道断面积为2X2 Hf。
5.根据权利要求1所述的治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法，其特征在于，所述的两条工艺巷(8)位置设置在内错尾巷(3)距切巷15m、30m处。
6.根据权利要求1所述的治理坚硬顶板综放面初采期瓦斯超限的方法，其特征在于，所述的工作面推进速度在老顶垮落之前小于2m/天。
【文档编号】E21F7/00GK104265353SQ201410373369
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】杨胜强, 焦汉林, 胡新成, 杨相玉, 秦毅, 黄金, 宋万新, 韩宗建 申请人:中国矿业大学