一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法
【专利摘要】本发明涉及一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，包括地震勘探、地质测量预测冲击倾向区域，无冲击地压倾向时进行瓦斯抽采，特点在于：有冲击地压倾向时进一步用钻屑法、微震监测预测冲击地压危险区域，确定冲击地压危险性，无危险时，进行瓦斯抽采，有危险时，进行冲击地压治理，对冲击地压治理进行效果检验，不达标时再进行冲击地压治理，达标后进行瓦斯抽采，对瓦斯抽采进行效果检验，检验不达标时继续进行瓦斯抽采，达标后，实施安全防护措施后，正常生产，进入下一循环过程。实现了冲击地压与瓦斯综合治理，防止了煤层瓦斯解吸膨胀对冲击地压临界条件的降低，使回采过程中的动力现象发生次数及能量减小，控制了复合灾害。
【专利说明】
一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法
技术领域
[0001] 本发明涉及煤矿冲击地压及煤层瓦斯治理方法，特别涉及冲击地压倾向煤层瓦斯 异常涌出治理方法。
【背景技术】
[0002] 近年来国内煤矿的采深以每年20~25m的速度增加，受地应力、煤层性质、瓦斯赋 存特征的影响，矿井冲击地压倾向性和瓦斯异常涌出危险性也在逐渐增大，且冲击地压满 足一定条件时经常会诱发瓦斯异常涌出，甚至造成瓦斯突出，严重影响矿井安全生产。
[0003] 国内外对于冲击地压治理及矿井瓦斯防治均进行了大量的研究，提出多种通过降 低煤层弹性能及转移应力峰值治理冲击地压的措施，如煤层注水、大直径钻孔卸压、预裂爆 破等，对于瓦斯治理也形成了较多的理论成果和技术措施。而冲击地压煤层瓦斯异常涌出 与正常回采瓦斯涌出相比，由于受多种因素影响，冲击地压与瓦斯形成复合灾害，单独对其 中之一进行治理，效果较差，必须在掌握二者相互作用规律的情况下进行综合治理。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对逐渐增多的冲击地压瓦斯矿井治理难度大，单一治理方法不 能起到很好的效果的难题，提供了一种通过研究冲击地压与瓦斯异常涌出发生规律，进而 治理冲击地压条件下煤层瓦斯异常涌出的综合治理方案。
[0005] 本发明采用的技术方案是：一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，包括 地震勘探、地质测量预测冲击倾向区域，无冲击地压倾向时进行瓦斯抽采，特点在于:有冲 击地压倾向时进一步用钻肩法、微震监测预测冲击地压危险区域，确定冲击地压危险性，无 危险时，进行瓦斯抽采，有危险时，进行冲击地压治理，对冲击地压治理进行效果检验，不达 标时再进行冲击地压治理，达标后进行瓦斯抽采，对瓦斯抽采进行效果检验，检验不达标时 继续进行瓦斯抽采，达标后，实施安全防护措施后，正常生产，进入下一循环过程。
[0006] 其中：地震勘探、地质测量预测冲击倾向区域针对准备施工区域进行，找出大的褶 曲或断层构造的，认定该区域有冲击地压倾向，同进对煤层、顶板岩性进行测试，根据煤层、 顶板岩层冲击倾向性指标确定倾向性的有无、强弱。
[0007] 其中：钻肩法、微震监测预测冲击地压危险区域针对工作面进行，钻肩法用单位长 度钻孔煤肩量临界值Μ确定，微震监测法用微震能量临界值确定，还可包括应力监测法，用 设置的工作面初始预警值确定。
[0008] 其中：确定有冲击地压危险性时，进行冲击地压治理，既采用煤层注水、大直径钻 孔卸压、钻孔爆破卸压方法、控制诱发因素进行治理，还包括优化生产布局、开采解放层卸 压、选择合适的支护方式，确定无冲击地压危险性时，进行瓦斯抽采，既采用高位钻孔瓦斯 抽放，并在采空区埋管抽放瓦斯。
[0009] 其中：冲击地压治理后按钻肩法、微震监测法、应力监测法进行效果检验不达标则 重新进行冲击地压治理，直至达标后，进行瓦斯抽采，并对瓦斯抽采进行效果检验，即对工 作面瓦斯、回风瓦斯浓度进行监测，瓦斯超标，即不达标，继续瓦斯抽采直至瓦斯不超标，即 达标后，进行安全防护措施实施，即跟踪煤层冲击地压指标，加强支护、瓦斯监控、个体防 护、安全培训。
[0010] 本发明的有益效果在于:形成了以预测预报为前提，解危减震为手段，抽采瓦斯为 根本，效果检验为关键，安全防护为保障的"六位一体"冲击地压条件下低浓度瓦斯治理技 术体系，实现了冲击地压与瓦斯综合一体化治理，降低煤层瓦斯压力，防止了煤层瓦斯解吸 膨胀对冲击地压临界条件的降低，使回采过程中的动力现象发生次数及能量减小，控制了 冲击地压与瓦斯形成的复合灾害。
【附图说明】
[0011] 图1本发明流程框图。
【具体实施方式】 [0012] 第一实施例
[0013] 参见图1，一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，包括地震勘探、地质测 量预测冲击倾向区域，无冲击地压倾向时进行瓦斯抽采，特点在于:有冲击地压倾向时进一 步用钻肩法、微震监测预测冲击地压危险区域，确定冲击地压危险性，无危险时，进行瓦斯 抽采，有危险时，进行冲击地压治理，对冲击地压治理进行效果检验，不达标时再进行冲击 地压治理，达标后进行瓦斯抽采，对瓦斯抽采进行效果检验，检验不达标时继续进行瓦斯抽 采，达标后，实施安全防护措施后，正常生产，进入下一循环过程。
[0014] 第二实施例
[0015]参见图1，针对某矿5304工作面回采中利用一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出 治理方法，包括地震勘探、地质测量预测冲击倾向区域，无冲击地压倾向时进行瓦斯抽采， 特点在于:有冲击地压倾向时进一步用钻肩法、微震监测预测冲击地压危险区域，确定冲击 地压危险性，无危险时，进行瓦斯抽采，有危险时，进行冲击地压治理，对冲击地压治理进行 效果检验，不达标时再进行冲击地压治理，达标后进行瓦斯抽采，对瓦斯抽采进行效果检 验，检验不达标时继续进行瓦斯抽采，达标后，实施安全防护措施后，正常生产，进入下一循 环过程。
[0016] 其中：地震勘探、地质测量预测冲击倾向区域针对准备施工区域进行，找出大的褶 曲或断层构造的，认定该区域有冲击地压倾向，同时对煤层、顶板岩性进行测试，根据煤层、 顶板岩层冲击倾向性指标确定倾向性类别及冲击倾向的有无、强弱。具体对煤层、顶板岩层 进行测试，根据表1煤、顶板岩层冲击倾向性指标及分类，确定冲击倾向的有无、强弱，指标 的获得通过电液伺服试验机对取得岩样、煤样进行测定，用于与表1中的指标对比，对于煤 指数4个测定值发生矛盾时，采用模糊综合评判方法，4个指数的权重按顺序分别为0.3、 0·2、0·2、0·3〇
[0017] 表1煤、顶板岩层冲击倾向性指标及分类
[0018]
[0019] 对某矿地质构造进行考察后发现，该矿褶曲、断层多发，其5304工作面附近断层有 15条，在断层附近进行作业时，易引发冲击地压。对5304工作面所采煤层测试得出单轴抗压 强度较高，平均为19.25MPa ;动态破坏时间的平均值为72ms ;弹性能量指数测试平均为 13.17;冲击能量指数测试平均值为2.39。根据4个指数各自特性，判定该煤层属于III类，具 有强冲击倾向性的煤层。顶板各分层弯曲能量指数的和为24.25kJ，该顶板具有弱冲击倾 向，综合确定5304工作面为具有冲击倾向区域。应进行钻肩法、微震监测预测冲击地压危险 区域。
[0020] 其中：钻肩法、微震监测预测冲击地压危险区域针对工作面进行，钻肩法用单位长 度钻孔煤肩量临界值Μ确定，微震监测法用微震能量临界值确定，还可包括应力监测法，用 设置的工作面初始预警值确定。具体钻肩法确定冲击危险性时，单位长度钻孔煤肩量临界 值由式（1)确定，大于Μ值认为有冲击地压危险，实测单位长度钻孔煤肩量〉Μ值，有冲击地压 危险。
[0021]
[0022] 式中：γ-煤的密度;a-钻孔半径；σ。一煤的单轴抗压强度;Ε-煤体弹性模量； λ-降模量;β-有效孔隙度，=#一内摩擦角;Pl一孔壁处瓦斯压力。 1 -sin^
[0023] 微震监测法确定冲击危险性标准为微震能量是否超过1 X 104J。实测值>1 X 104J， 有冲击地压危险。
[0024]应力监测法确定冲击危险性标准参照表2:
[0025]表2工作面初始预警值设置
[0026]
[0027]回采过程中，对5304工作面进行冲击地压危险区域进行预测，钻肩量超标情况发 生5次;微震事件能量量级集中在102~103J，一次能量较高值为2.8 X104J;应力监测值多处 于lOMPa以下。综合监测结果，将5304回采工作面划分出2处一般冲击危险区、8处中度冲击 危险区、8处高度冲击危险区。对冲击地压危险区应进行治理。
[0028] 其中：确定有冲击地压危险性时，进行冲击地压治理，既采用煤层注水、大直径钻 孔、钻孔爆破卸压方法、控制诱发因素进行治理，还包括优化生产布局、开采解放层卸压、选 择合适的支护方式，确定无冲击地压危险性时，进行瓦斯抽采，既采用高位钻孔瓦斯抽放， 并在采空区埋管抽放瓦斯。具体对冲击地压危险区应进行治理，包括采用煤层注水、大直径 钻孔、钻孔爆破卸压方式对工作面冲击地压进行治理。
[0029] 煤层注水钻孔孔径76mm，钻孔间距30m，注水压力10~15MPa，单孔注水量600m3。
[0030] 对普通冲击地压危险区域采用150mm孔径的大直径钻孔卸压措施，应力集中区钻 孔间距0.8m，孔深20m;高度冲击危险区钻孔间距1.6m，孔深20m; -般冲击危险区钻孔间距 2.4m，孔深 18m。
[0031] 对局部高冲击危险性区域进行钻孔爆破卸压措施，炮眼单排布置，间距5m，孔深8 ~l〇m，炸药使用煤矿许用三级乳化炸药，药卷规格(})27mmX300mmX200g，采用正向连续装 药爆破，共装13卷炸药，装药长度3.9m。
[0032] 其中：冲击地压治理后按钻肩法、微震监测法、应力监测法进行效果检验，不达标 则重新进行冲击地压治理，直至达标后，进行瓦斯抽采，并对瓦斯抽采进行效果检验，即对 工作面瓦斯、回风瓦斯浓度进行监测，瓦斯超标，即不达标，继续瓦斯抽采直至瓦斯不超标， 即达标后，进行安全防护措施实施，即跟踪煤层冲击地压指标，加强支护、瓦斯监控、个体防 护、安全培训。具体对地压治理达标区域及无冲击地压危险区域，超前回采工作面l〇〇m进行 高位钻孔瓦斯抽放，并在采空区埋管抽放瓦斯。高位钻孔终孔点高度为6倍工作面采高，终 孔点投影落在前排钻孔的3倍采高处，钻孔呈扇形布置，覆盖最大范围为工作面长度的1/3。 同时具体对煤层冲击地压指标及工作面、回风瓦斯浓度进行监测，保障安全回采，截止到 2015年5月11日，工作面安全回采1112m。
【主权项】
1. 一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，包括地震勘探、地质测量预测冲击 倾向区域，无冲击地压倾向时进行瓦斯抽采，特征在于：有冲击地压倾向时进一步用钻肩 法、微震监测预测冲击地压危险区域，确定冲击地压危险性，无危险时，进行瓦斯抽采，有危 险时，进行冲击地压治理，对冲击地压治理进行效果检验，不达标时再进行冲击地压治理， 达标后进行瓦斯抽采，对瓦斯抽采进行效果检验，检验不达标时继续进行瓦斯抽采，达标 后，实施安全防护措施后，正常生产，进入下一循环过程。2. 根据权利要求1所述的一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，其特征在于： 地震勘探、地质测量预测冲击倾向区域针对准备施工区域进行，找出大的褶曲或断层构造 的，认定该区域有冲击地压倾向，同进对煤层、顶板岩性进行测试，根据煤层、顶板岩层冲击 倾向性指标确定倾向性的有无、强弱。3. 根据权利要求1所述的一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，其特征在于： 钻肩法、微震监测预测冲击地压危险区域针对工作面进行，钻肩法用单位长度钻孔煤肩量 临界值Μ确定，微震监测法用微震能量临界值确定，还可包括应力监测法，用设置的工作面 初始预警值确定。4. 根据权利要求1所述的一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，其特征在于： 确定有冲击地压危险性时，进行冲击地压治理，既采用煤层注水、大直径钻孔卸压、钻孔爆 破卸压方法、控制诱发因素进行治理，还包括优化生产布局、开采解放层卸压、选择合适的 支护方式，确定无冲击地压危险性时，进行瓦斯抽采，既采用高位钻孔瓦斯抽放，并在采空 区埋管抽放瓦斯。5. 根据权利要求2所述的一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，其特征在于： 钻肩法、微震监测预测冲击地压危险区域针对工作面进行，钻肩法用单位长度钻孔煤肩量 临界值Μ确定，微震监测法用微震能量临界值确定，还可包括应力监测法，用设置的工作面 初始预警值确定。6. 根据权利要求2所述的一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，其特征在于： 确定有冲击地压危险性时，进行冲击地压治理，既采用煤层注水、大直径钻孔卸压、钻孔爆 破卸压方法、控制诱发因素进行治理，还包括优化生产布局、开采解放层卸压、选择合适的 支护方式，确定无冲击地压危险性时，进行瓦斯抽采，既采用高位钻孔瓦斯抽放，并在采空 区埋管抽放瓦斯。7. 根据权利要求3所述的一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，其特征在于： 确定有冲击地压危险性时，进行冲击地压治理，既采用煤层注水、大直径钻孔卸压、钻孔爆 破卸压方法、控制诱发因素进行治理，还包括优化生产布局、开采解放层卸压、选择合适的 支护方式，确定无冲击地压危险性时，进行瓦斯抽采，既采用高位钻孔瓦斯抽放，并在采空 区埋管抽放瓦斯。8. 根据权利要求5所述的一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，其特征在于： 确定有冲击地压危险性时，进行冲击地压治理，既采用煤层注水、大直径钻孔卸压、钻孔爆 破卸压方法、控制诱发因素进行治理，还包括优化生产布局、开采解放层卸压、选择合适的 支护方式，确定无冲击地压危险性时，进行瓦斯抽采，既采用高位钻孔瓦斯抽放，并在采空 区埋管抽放瓦斯。9. 根据权利要求1-8任一所述的一种冲击地压倾向煤层瓦斯异常涌出治理方法，其特 征在于:冲击地压治理后按钻肩法、微震监测法、应力监测法进行效果检验不达标则重新进 行冲击地压治理，直至达标后，进行瓦斯抽采，并对瓦斯抽采进行效果检验，即对工作面瓦 斯、回风瓦斯浓度进行监测，瓦斯超标，即不达标，继续瓦斯抽采直至瓦斯不超标，即达标 后，进行安全防护措施实施，即跟踪煤层冲击地压指标，加强支护、瓦斯监控、个体防护、安 全培训。
【文档编号】E21C41/18GK105863638SQ201610290182
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】刘业献, 王耀锋, 王坚志, 李艳增, 王海宾, 许幸福, 刘金举, 张柏林, 陈连省, 薛伟超, 侯国培, 王依磊
【申请人】山东唐口煤业有限公司, 煤科集团沈阳研究院有限公司