专利名称：高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法
技术领域：
本发明涉及涉及煤与瓦斯共采领域，特别是涉及一种高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法。
背景技术：
我国是世界上煤与瓦斯突出灾害最严重的国家，随着矿井采掘深度的增加，煤层瓦斯含量与瓦斯压力的逐渐增大，很多低瓦斯矿井转变为高瓦斯矿井和突出矿井，且突出灾害越来越严重。因此控制瓦斯灾害，消除煤与瓦斯突出，最好的方法就是对高瓦斯区域进行预抽。而单一、松软、突出煤层来说，由于煤层松软造成打钻难、成孔难，且容易塌孔，加上煤层渗透性差，常用钻孔抽采效果很差，无法消除煤层的突出危险性，在煤层中进行采掘活动，经常发生煤与瓦斯突出灾害。单一、松软、突出煤层的瓦斯治理问题一直以来是瓦斯治理研究的难题。单一、松软、突出煤层瓦斯区域治理目前主要是通过施工煤层顶底板巷，利用煤层顶底板巷向煤层施工密集钻孔的方法，通过密集钻孔抽采煤层瓦斯，掩护巷道掘进和进行工作面消突，该方法虽然取得不错效果，但施工煤层顶底板巷道工程量大、成本高、工期长， 不但大幅度提高采煤成本，而且在现场施工中经常出现采掘接替困难的问题。因此，对于单一、松软、突出煤层需要一个行之有效的瓦斯区域治理方案，且不能以高工程量、高投入为代价，来彻底改变单一、松软、突出煤层的瓦斯区域治理现状。
发明内容
高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，涉及矿业安全生产领域，目的是解决松软、低透、突出煤层瓦斯抽采困难，采掘过程中易发生瓦斯突出灾害的难题，通过利用煤层顶板大直径长钻孔抽采煤层瓦斯，消除不同采掘时期的煤与瓦斯突出危险性，同时煤层的采掘活动又强化了顶板大直径长钻孔的抽采效率，进而实现煤与瓦斯共采一体化。本发明的目的是这样实现的
高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，其特征在于以先采气后采煤为原则，对未采区采用地面钻井抽采煤层气的工艺技术进行大规模煤层瓦斯抽采，待达到安全标准时对抽采区域进行煤炭高效开采；对采动区，根据煤层瓦斯赋存情况及煤体结构类型，在井下利用现有巷道和所布置的瓦斯抽采准备巷道空间或另开钻场向煤层顶板施工间距不等的大直径长钻孔，选择相应的压裂泵站和压裂工艺技术进行压裂处理，在煤层顶板中形成与煤层沟通的裂隙网络系统，通过裂隙网络和压裂钻孔预抽煤层瓦斯，待煤巷条带瓦斯预抽到安全标准时选择最优的掘进工艺先行开掘工作面进、回风巷，布置回采工作面，然后工作面进、回风巷施工各种类型的常规抽采钻孔，利用工作面回采引起的矿压规律，与顶板大直径长钻孔一起实施大规模的采前预抽和边采边抽，实现煤与瓦斯共采的一体化开采。所述的地面钻井抽采煤层气的工艺技术为地面直井、水平井、丛式井、U型井等煤层气开发工艺技术。
所述的瓦斯抽采准备巷道为除正常的巷道布置外在采区设计阶段专门设计施工的为采气服务的瓦斯抽采准备巷道，巷道的位置应便于施工煤层顶底板大直径长钻孔。所述的瓦斯抽采准备巷道至少为一个采区服务。所述的高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，所述的向煤层顶板施工间距不等的大直径长钻孔布置在距煤层(TlOm范围内的易成孔顶板岩层内，在拟掘进的工作面进、 回风巷上方左右距巷帮平距5m位置各布置一个，在工作面中部以压裂影响半径2倍的间距进行布孔。所述的采区瓦斯抽采是通过顶板大直径长钻孔压裂抽采实现，瓦斯抽采贯穿整个工作面掘进、回采阶段，实现瓦斯抽采与煤炭开采相辅相成，相互促进一体化开采。所述的顶板大直径长钻孔既为压裂孔又为预抽采孔和采动孔，在工作面回采前期为压裂和预抽采孔，在工作面回采期间为采动孔，钻孔的孔径、长度、倾角、方位角等参数根据工程需要和地质条件可进行调整，钻孔压裂影响范围能够控制整个工作面或采区。所述的压裂泵站，根据压裂能力需要，选择井下移动压裂泵站或联接地面永久压裂泵站的设备进行井下或井上下联合压裂施工。所述的井上下联合压裂在瓦斯抽采巷道上方合理位置施工一个与瓦斯抽采准备
巷道贯通的地面垂直井，通过地面垂直井联接地面永久压裂泵站的设备实施井上下联合压 m农。所述的采前预抽和边采边抽，根据抽采能力需要，选择井下移动抽采泵进行抽采或联接地面永久抽采站进行高负压抽采。本发明所述的高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，从瓦斯抽采的思想出发， 超前设计布置瓦斯抽采系统利用岩层施工钻孔易成孔的特点，在煤层顶板岩层施工顶板大直径长钻孔，利用顶板长钻孔进行水力压裂，压裂煤层顶板，在煤层顶板与煤层中形成相互沟通的裂隙网络，利用顶板大直径长钻孔通过裂隙网络高负压抽采煤层瓦斯来保证工作面巷道掘进的安全，消除工作面煤与瓦斯突出危险性，在工作面回采期间，抽采工作面煤体卸压瓦斯和采空区瓦斯，保证工作面的快速、高效回采，顶板长钻孔瓦斯抽采在空间上，贯穿工作面未采动区、卸压区、采空区，在时间上贯穿工作面准备阶段、回采阶段，真正实现了单一高突煤层的煤与瓦斯开采一体化。
图1是本发明的高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法实施流程示意图； 图2是本发明的未采动采区煤与瓦斯共采一体化开采方法示意图3是图2的A-A'剖面图； 图4是图2的B-B'剖面图5本发明的采区有可利用巷道的煤与瓦斯共采一体化开采方法示意图； 图6是图5的A-A'剖面图； 图7是图5的B-B'剖面图。
具体实施例方式下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行描述，显然，所描述的实例仅是本发明的两个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中得实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本发明保护的范围。实施例1
如图2、3、4所示，一种在单一、松软、低透煤层中实施煤与瓦斯共采一体化的开采方法。有这样一个采区采区内有数个工作面2，工作面走向长800m、倾向长180m。煤层厚度6m，为突出煤层，具有煤质松软、渗透性差，煤层瓦斯含量高、压力大等特点。煤层瓦斯突出灾害严重、巷道掘进困难等问题困扰着矿井生产。针对这些问题，在采区布置前，设计瓦斯抽采系统，采用顶板长钻孔6预先抽采煤层瓦斯，进行区域消突，掩护工作面巷道掘进，保证工作面回采安全。具体实施步骤如下
(1)根据煤层瓦斯抽采设计布置专门的瓦斯抽采准备巷道1，瓦斯抽采准备巷道1应布置位置便于施工顶板大直径长钻孔6，利用瓦斯抽采准备巷道1施工顶板大直径长钻孔6， 钻孔布置在工作面机、风巷左右5m范围各一个，工作面中部钻孔间距为压裂影响半径的2 倍(该例中压裂影响半径为30m)。(2)施工地面井7与瓦斯抽采准备巷道1贯通，通过地面井7联接地面压裂站8对顶板大直径长钻孔6进行水力压裂，压裂煤层顶板，使煤层顶板与煤层之间形成相互沟通的裂隙网络。(3)封闭顶板大直径钻孔7，联接地面抽采泵站9对煤层瓦斯进行高负压抽采。(5)验证局部消突效果，选择最佳掘进方式，进行工作面机巷3、风巷4快速安全掘进，布置开切眼5，准备工作面2回采。(6)工作面2瓦斯抽采达标，瓦斯压力、瓦斯含量降至安全标准以下，进行工作面2 回采。实施例2
如图5、6、7所示，在单一、松软、低透煤层中，利用采区已有巷道实施煤与瓦斯共采一体化的开采方法。有这样一个采区采区内有数个工作面2，工作面走向长800m、倾向长180m。煤层厚度6m，为突出煤层，具有煤质松软、渗透性差，煤层瓦斯含量高、压力大等特点。煤层瓦斯突出灾害严重、巷道掘进困难等问题困扰着矿井生产。采区内已有一条工作面走向顶板巷 7，可以顶板巷7施工工作面倾向顶板长钻孔8，配合采区上(下)巷道施工工作面走向顶板长钻孔6，掩护工作面巷道掘进，保证工作面回采安全。具体实施步骤如下
(1)根据煤层瓦斯抽采设计布置采区上(下)山巷道1，上(下)山巷道1应布置位置便于施工顶板大直径长钻孔6，利用工作面走向顶板巷7施工顶板大直径长钻孔8，顶板大直径长钻孔布置在工作面机、风巷左右5m范围各一个，顶板大直径长钻孔8沿工作倾向布置， 钻孔间距为压裂影响半径的2倍(该例中压裂影响半径为30m)。(2)封闭钻孔，分别对顶板大直径长钻孔6和顶板大直径长钻孔8进行水力压裂， 通过压裂煤层顶板，使煤层顶板与煤层之间形成相互沟通的裂隙网络。(3)安装瓦斯抽采装置，对煤层瓦斯进行高负压抽采。
(5)验证局部消突效果，选择最佳掘进方式，进行工作面机巷3、风巷4快速安全掘进，布置开切眼5，准备工作面回采。(6)工作面2抽采达标，瓦斯压力、瓦斯含量降至安全标准以下，进行工作面2回米。
权利要求
1.高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，其特征在于以先采气后采煤为原则，对未采区采用地面钻井抽采煤层气的工艺技术进行煤层瓦斯抽采，待达到安全标准时对抽采区域进行煤炭开采；对采动区，根据煤层瓦斯赋存情况及煤体结构类型，在煤矿井下利用现有巷道和所布置的瓦斯抽采准备巷道空间或另开钻场向煤层顶板施工间距不等的大直径长钻孔，选择相应的压裂泵站和压裂工艺技术进行压裂处理，在煤层顶板中形成与煤层沟通的裂隙网络系统，通过裂隙网络和压裂钻孔预抽煤层瓦斯，待煤巷条带瓦斯预抽到安全标准时，先行开掘工作面进、回风巷，布置回采工作面，然后在工作面进、回风巷施工各种类型的常规抽采钻孔，利用工作面回采引起的矿压规律，与顶板大直径长钻孔一起实施采前预抽和边采边抽，实现煤与瓦斯共采的一体化开采。
2.根据权利要求1所述高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，其特征是所述的地面钻井抽采煤层气的工艺技术为地面直井、水平井、丛式井、U型井煤层气开发工艺技术中的任意一种。
3.根据权利要求1所述高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，其特征是所述的瓦斯抽采准备巷道为在采区设计阶段专门设计施工的为采气服务的瓦斯抽采准备巷道，巷道的位置应便于施工煤层顶底板大直径长钻孔。
4.根据权利要求3所述的高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，其特征是所述的瓦斯抽采准备巷道至少为一个采区服务。
5.根据权利要求1所述高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，其特征是所述的向煤层顶板施工间距不等的大直径长钻孔布置在距煤层(TlOm范围内的易成孔顶板岩层内， 在拟掘进的工作面进、回风巷上方左右距巷帮平距5m位置各布置一个，在工作面中部以压裂影响半径2倍的间距进行布孔。
6.根据权利要求1所述高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，其特征是所述的采区瓦斯抽采是通过顶板大直径长钻孔压裂抽采实现，瓦斯抽采贯穿整个工作面掘进、回采阶段，实现瓦斯抽采与煤炭开采相辅相成，相互促进一体化开采。
7.根据权利要求3所述的高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，其特征是所述的顶板大直径长钻孔既为压裂孔又为预抽采孔和采动孔，在工作面回采前期为压裂和预抽采孔，在工作面回采期间为采动孔。
8.根据权利要求1所述高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，其特征是所述的压裂泵站，根据压裂能力需要，选择井下移动压裂泵站或联接地面永久压裂泵站的设备进行井下或井上下联合压裂施工。
9.根据权利要求8所述的高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，其特征是所述的井上下联合压裂在瓦斯抽采巷道上方合理位置施工一个与瓦斯抽采准备巷道贯通的地面垂直井，通过地面垂直井联接地面永久压裂泵站的设备实施井上下联合压裂。
10.根据权利要求1所述高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，其特征是所述的采前预抽和边采边抽，根据抽采能力需要，选择井下移动抽采泵进行抽采或联接地面永久抽采站进行高负压抽采。
全文摘要
一种高突矿井煤与瓦斯共采一体化开采方法，对未采区采用地面钻井抽采煤层气的工艺技术进行瓦斯抽采，待达到安全标准时对抽采区域进行煤炭开采；对采动区，在煤矿井下利用现有巷道和专门布置的瓦斯抽采准备巷道空间或另开钻场向煤层顶板施工间距不等的大直径长钻孔，选择相应的压裂泵站和压裂工艺技术进行压裂处理，在煤层顶板中形成与煤层沟通的裂隙网络系统预抽煤层瓦斯，待预抽到安全标准时掘进工艺先行开掘工作面进、回风巷，布置回采工作面，然后在工作面进、回风巷施工常规抽采钻孔，利用工作面回采引起的矿压规律，与压裂孔一起实施采前预抽和边采边抽，实现煤与瓦斯的一体化开采。本发明可实现煤与瓦斯的安全高效共采，应用前景广阔。
文档编号E21F7/00GK102352769SQ201110321438
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者丁建础, 刘三钧, 李伍成, 杨程涛, 王峰, 苏现波, 陶云奇, 马耕 申请人:河南煤业化工集团研究院有限责任公司