一种低透气性高瓦斯煤层群保护层瓦斯综合治理方法
【专利摘要】一种低透气性高瓦斯煤层群保护层瓦斯综合治理方法，属于煤矿瓦斯治理方法。该综合治理方法基于低透气性高瓦斯近距离煤层群条件下上保护层开采时卸压瓦斯涌出规律，构建上保护层煤与瓦斯共采体系，包括：保护层和被保护层瓦斯抽采。保护层瓦斯抽采包括保护层本煤层瓦斯抽采、顶板高位钻场钻孔瓦斯抽采、留巷墙体埋管采空区瓦斯抽采；被保护层瓦斯抽采为煤层瓦斯预抽。进而实现低透气性高瓦斯近距离煤层群条件下上保护层的安全高效回采。此开采方法简单，稳定可靠，社会效益和经济效益显著，对于提高防治煤矿瓦斯灾害措施的安全性和可靠性，改善采煤环境、提高工作面的安全状况和效率，具有重要意义。
【专利说明】一种低透气性高瓦斯煤层群保护层瓦斯综合治理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿瓦斯治理方法，具体是一种低透气性高瓦斯煤层群保护层瓦斯综合治理方法。
【背景技术】
[0002]近年来，煤层瓦斯抽采技术获得了飞速发展，并与保护层开采成功结合，形成了保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采技术。多年的开采实践证明，保护层开采及被保护层卸压术是防治煤与瓦斯突出最有效、最经济的区域性措施之一，该技术不仅可以避免长期与突出危险煤层短兵相接的状态，而且提高了防治煤与瓦斯突出措施的安全性和可靠性。为此，煤炭监管部门通过先后通过不同的法律法规，将保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采技术定为目前突出危险煤层群开采的强制性首选防突技术。随着煤矿综合机械化采煤工艺的发展，工作面推进加速，瓦斯涌出量急剧增加，瓦斯已经成为制约一些矿井安全高效开采的关键因素.瓦斯是一种具有强烈温室效应的气体，温室效应约为CO2的21倍，大量的排放将造成严重的环境问题，但是，瓦斯又是一种清洁、高效的能源，在热值上，瓦斯与常规天然气相当，每1000 m 3纯瓦斯相当于It燃油或1.25t的标准煤.我国高瓦斯矿井吨煤瓦斯含量平均为6?10 m 3，瓦斯资源丰富，大力抽采瓦斯资源既可以提高资源的利用率，又可以提高煤矿采煤的安全性，并有利于改善全球大气环境。因此，如何安全高效抽采高瓦斯煤矿瓦斯资源，实现煤与瓦斯安全高效共采，是国内外许多学者研究的目标和方向。
【发明内容】
[0003]技术问题:为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种生产效益、安全性和可靠性好，可实现地透气性高瓦斯近距离煤层群卸压防突、保护层和被保护层煤与瓦斯共采的一种低透气性高瓦斯煤层群保护层瓦斯综合治理的方法。
[0004]技术方案:本发明的目的通过如下技术方案实现:基于低透气性高瓦斯近距离煤层群条件下上保护层开采时卸压瓦斯涌出规律，构建上保护层煤与瓦斯共采体系，所述的共采体系包括:保护层和被保护层瓦斯抽采；保护层瓦斯抽采包括保护层本煤层瓦斯抽采、顶板高位钻场钻孔瓦斯抽采、留巷墙体埋管采空区瓦斯抽采，所述的被保护层瓦斯抽采为煤层瓦斯预抽；具体的方法如下:
[0005]一、保护层本煤层瓦斯抽采布置
[0006]I)平行钻孔形式瓦斯抽采布置
[0007]回风巷采帮从900m处开始布置I号钻孔，钻孔垂直巷道布置，钻孔间距为9m，直到距大巷保护煤柱50m处结束，以仰角为+1°向上打钻，钻孔深度为80m，在施工过程中钻孔仰角根据现场地质条件而定，仰角角度范围在O?90° ;
[0008]2)钻场扇形钻孔形式瓦斯抽采布置
[0009]在回风巷的900m处往里至开切眼，采帮及运输巷采帮每隔50m布置一个钻场，每个钻场布置8钻孔；回风巷采帮钻孔开口高度1.2m，以+1°角沿煤层钻进，孔深为80m ;钻孔倾角和开孔倾角根据煤层倾角、实际在施工过程中，现场人员根据煤层变化调整钻孔角度确保钻孔施工在煤层中；
[0010]二、顶板高位钻场钻孔瓦斯抽采布置
[0011]在运输巷内，利用已有的、距工作面最近的两个钻场各施工一组上裂隙带钻孔，钻场内共施工5个钻孔，呈扇形布置，I号?5号钻孔从左向右依次排开，钻孔终孔水平间距均为15m，根据裂隙带发育高度分析结果，裂隙带钻孔终孔按8?10倍采高13?16m进行设定；钻场深3m，钻孔间距0.6m，钻孔在顶板与巷道煤帮的交界处开口。
[0012]钻孔的孔径均为50mm，封孔、扩孔长度为9m，封孔采用50mm带法兰盘的聚乙烯管，水泥封孔；与主管路连接采用埋线管，主管路三通处安设阀门及放水器，以便抽放观测记录、调整抽采参数和放水；
[0013]三、留巷墙体埋管采空区瓦斯抽采布置
[0014]在运输巷留巷充填体内每间隔9m预留一 4寸管，并用法兰盘埋线管连接，伸出墙体0.5m，在留巷施工过程中，每个4寸管设置一个闸阀和观测孔与巷道非采帮的Φ 320抽放管连接，并将沿空留巷非采帮Φ 320抽放管延接至工作面采空区后部实现采空区瓦斯抽米;
[0015]采空区埋管抽采通过安装管路直接抽采采空区瓦斯，尽量减少采空区瓦斯流入工作面；一般情况下，采空区埋管直径75mm?100mm，处在采区内的一端长度可根据现场确定；管壁穿有小孔并用沙网包好，防止抽采过程中发生堵塞；该管应尽量靠近煤层顶部，处于瓦斯浓度较高的地点；
[0016]四、被保护层煤层瓦斯预抽布置
[0017]在被保护层回风巷道距二横贯77m处到切眼，巷道右帮布置保护层瓦斯抽采钻场；1号钻场在距二横贯77m处，与2号钻场间距50m，布置9个钻孔；2号钻场到7号钻场每个钻场间距50m,在2号钻场到7号钻场每个钻场布置5个孔；7号钻场到9号钻场每个钻场间距40m, 9号钻场到10号钻场间距69m,在8号钻场布置4个钻孔,9号钻场布置5个钻孔，10号钻场布置6个钻孔；10号钻场到26号钻场每个钻场间距50m,在每个钻场布置5个钻孔；
[0018]钻孔目标方位为359°，每个钻场内开孔间距为Im左右、钻孔间距为10m，单孔深度为340m，钻孔角度和开口倾角要根据煤层倾角、实际钻场变化进行调整；钻孔孔径为96mm,封孔、扩孔长度为9m,扩孔直径为150mm,封孔管米用4寸PVC管,425号水泥封孔。
[0019]有益效果:由于采用了上述方案，确定了低透气性高瓦斯煤层群保护层瓦斯综合放置的方法，并根据低透气性高瓦斯近距离煤层群条件下上保护层开采时卸压瓦斯涌出规律，构建了上保护层煤与瓦斯共采体系，实现低透气性高瓦斯近距离煤层群的卸压防突、保护层和被保护层煤与瓦斯安全高效共采。解决了透气性高瓦斯近距离煤层群卸压防突、保护层和被保护层煤与瓦斯安全高效共采的问题，此开采方法简单，稳定可靠，社会效益和经济效益显著，对于提高防治煤矿瓦斯灾害措施的安全性和可靠性，改善采煤环境、提高工作面的安全状况和效率，具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的保护层煤与瓦斯共采体系图。[0021]图2是本发明的保护层本煤层瓦斯抽采布置图。
[0022]图3是本发明的顶板高位钻场钻孔瓦斯抽采布置图。
[0023]图4是本发明的留巷墙体埋管采空区瓦斯抽采布置图。
[0024]图5是本发明的被保护层煤层瓦斯预抽布置平面图。
[0025]图6是本发明的被保护层煤层瓦斯预抽布置剖视图。
[0026]图中，1、回风巷；2、运输巷；3、开切眼；4、平行钻孔；5、钻场扇形钻孔；6、保护层本煤层钻场；7、顶板高位钻场；8、顶板高位钻场钻孔；9、保护层工作面；10、沿空留巷充填墙；
11、留巷墙体埋管；12、沿空留巷；13、被保护层回风巷；14、被保护层千米定向钻孔；15、被保护层预抽钻场。
【具体实施方式】
[0027]结合附图1?图6对本发明具体实施步骤进行说明:
[0028]实施例1:基于沙曲矿低透气性高瓦斯近距离煤层群条件下上保护层开采时卸压瓦斯涌出规律，构建了上保护层煤与瓦斯共采体系，主要包括保护层和被保护层瓦斯抽采。保护层瓦斯抽采包括保护层本煤层瓦斯抽采、顶板高位钻场钻孔瓦斯抽采、留巷墙体埋管采空区瓦斯抽采，其次对被保护层进行煤层瓦斯预抽。具体方法如下:
[0029]一、保护层本煤层瓦斯抽采布置
[0030]I)平行钻孔形式瓦斯抽采
[0031]22201辅助运输巷I采帮从900m处开始布置I号钻孔4，钻孔4垂直巷道布置，钻孔4间距为9m，直到距大巷保护煤柱50m处结束，以仰角为+1°向上打钻，钻孔4深度为80m,在施工过程中钻孔4仰角根据现场地质条件而定，仰角角度范围在O?90°，保证仰角向上打钻排渣容易，孔内不积水；钻孔4总施工数为81个，总进尺为6480m。
[0032]2)钻场扇形钻孔形式瓦斯抽采布置
[0033]在22201辅助运输巷I (900m往里至开切眼)采帮及22201机轨合一巷2采帮每隔50m布置一个钻场6,共布置38个钻场6,每个钻场6布置8钻孔5,机轨合一巷2和辅助运输巷I钻场6共施工本煤层钻孔304个，总进尺为24320m。
[0034]辅助运输巷I采帮钻孔4开口高度1.2m，以+1°角沿煤层钻进，孔深为80m。钻孔4倾角和开孔倾角根据煤层倾角、实际在施工过程中，现场人员可根据煤层变化适当调整钻孔(4)角度确保钻孔施工在煤层中。
[0035]二、顶板高位钻场钻孔瓦斯抽采布置
[0036]在22201机轨合一巷2内，利用已有的、距工作面最近的两个钻场7，即在机轨合一巷2左帮25钻场(1450m)和24钻场(1400m)各施工一组上裂隙带钻孔8，钻场7内共施工5个钻孔，呈扇形布置，I号?5号钻孔8从左向右依次排开，钻孔8终孔水平间距均为15m，根据裂隙带发育高度分析结果，裂隙带钻孔终孔按8?10倍采高(13?16m)进行设计。钻场7深3m，钻孔间距0.6m,钻孔8在顶板与巷道煤帮的交界处开口(可根据现场具体情况进行适当调整)。
[0037]钻孔8施工采用ZYG-150型钻机，孔径均为50mm，封孔、扩孔长度为9m，封孔采用50mm带法兰盘的聚乙烯管，水泥封孔。与主管路连接采用埋线管，主管路三通处安设阀门及放水器，以便抽放观测记录、调整抽采参数和放水。[0038]三、留巷墙体埋管采空区瓦斯抽采
[0039]在22201留巷12充填体10内每间隔9m预留一 4寸管，并用法兰盘埋线管连接，伸出墙体0.5m，在留巷12施工过程中，每个4寸管设置一个闸阀和观测孔与巷道非采帮的Φ 320抽放管连接，并将沿空留巷非采帮Φ 320抽放管延接至22201工作面采空区后部实现米空区瓦斯抽米。
[0040]采空区埋管11抽采通过安装管路直接抽采采空区瓦斯，尽量减少采空区瓦斯流入工作面。一般情况下，采空区埋管直径75mm?100mm，处在采区内的一端长度可根据现场确定。管壁穿有小孔并用沙网包好，防止抽采过程中发生堵塞现象。该管应尽量靠近煤层顶部，处于瓦斯浓度较高的地点。
[0041]五、被保护层进行煤层瓦斯预抽
[0042]在24208辅助运输巷13距二横贯77m处到切眼，巷道右帮开设保护层抽采钻场1526个。I号钻场在距二横贯77m处，与2号钻场间距50m，布置9个钻孔。2号钻场到7号钻场每个钻场间距50m,在2号钻场到7号钻场每个钻场布置5个孔。7号钻场到9号钻场每个钻场间距40m, 9号钻场到10号钻场间距69m,在8号钻场布置4个钻孔,9号钻场布置5个钻孔，10号钻场布置6个钻孔。10号钻场到26号钻场每个钻场间距50m,在每个钻场布置5个钻孔。
[0043]钻孔14目标方位为359°，每个钻场15内开孔间距为Im左右、钻孔14间距为10m，单孔深度为340m，钻孔14角度和开口倾角要根据煤层倾角、实际钻场变化进行调整。钻孔14孔径为96mm，封孔、扩孔长度为9m，扩孔直径为150mm，封孔管采用4寸PVC管，425号水泥封孔。
【权利要求】
1.一种低透气性高瓦斯煤层群保护层瓦斯综合治理方法，其特征在于:基于低透气性高瓦斯近距离煤层群条件下上保护层开采时卸压瓦斯涌出规律，构建上保护层煤与瓦斯共采体系，所述的共采体系包括:保护层和被保护层瓦斯抽采；所述的保护层瓦斯抽采包括保护层本煤层瓦斯抽采、顶板高位钻场钻孔瓦斯抽采、留巷墙体埋管采空区瓦斯抽采，所述的被保护层瓦斯抽采为煤层瓦斯预抽；具体的方法如下: 一、保护层本煤层瓦斯抽采布置 1)平行钻孔形式瓦斯抽采布置 回风巷采帮从900m处开始布置I号钻孔，钻孔垂直巷道布置，钻孔间距为9m，直到距大巷保护煤柱50m处结束，以仰角为+1°向上打钻，钻孔深度为80m，在施工过程中钻孔(4)仰角根据现场地质条件而定，仰角角度范围在O~90° ; 2)钻场扇形钻孔形式瓦斯抽采布置 在回风巷的900m处往里至开切眼，采帮及运输巷采帮每隔50m布置一个钻场，每个钻场布置8钻孔；回风巷采帮钻孔开口高度1.2m,以+1°角沿煤层钻进，孔深为80m ;钻孔仰角和开孔仰角根据煤层倾角、实际在施工过程中，现场人员根据煤层变化调整钻孔角度确保钻孔施工在煤层中； 二、顶板高位钻场钻孔瓦斯抽采布置 在运输巷内，利用已有的、距工作面最近的两个钻场各施工一组上裂隙带钻孔，钻场内共施工5个钻孔，呈扇形布置，I号~5号钻孔从左向右依次排开，钻孔终孔水平间距均为15m，根据裂隙带发育高度分析结果，裂隙带钻孔终孔按8~10倍采高13~16m进行设定；钻场深3m，钻孔间距0.6m，钻孔在顶板与巷道煤帮的交界处开口 ； 钻孔的孔径均为50mm，封孔、扩孔长度为9m，封孔采用50mm带法兰盘的聚乙烯管，水泥封孔；与主管路连接采用埋线管，主管路三通处安设阀门及放水器，以便抽放观测记录、调整抽采参数和放水； 三、留巷墙体埋管采空区瓦斯抽采布置 在运输巷留巷充填体内每间隔9m预留一 4寸管，并用法兰盘埋线管连接，伸出墙体0.5m，在留巷施工过程中，每个4寸管设置一个闸阀和观测孔与巷道非采帮的Φ320抽放管连接，并将沿空留巷非采帮Φ 320抽放管延接至工作面采空区后部实现采空区瓦斯抽采； 采空区埋管抽采通过安装管路直接抽采采空区瓦斯，尽量减少采空区瓦斯流入工作面；一般情况下，采空区埋管直径75mm~100mm，处在采区内的一端长度可根据现场确定；管壁穿有小孔并用沙网包好，防止抽采过程中发生堵塞；该管应尽量靠近煤层顶部，处于瓦斯浓度较高的地点； 四、被保护层煤层瓦斯预抽布置 在被保护层回风巷距二横贯77m处到切眼，巷道右帮布置保护层瓦斯抽采钻场；1号钻场在距二横贯77m处，与2号钻场间距50m，布置9个钻孔；2号钻场到7号钻场每个钻场间距50m，在2号钻场到7号钻场每个钻场布置5个孔；7号钻场到9号钻场每个钻场间距40m, 9号钻场到10号钻场间距69m,在8号钻场布置4个钻孔,9号钻场布置5个钻孔，10号钻场布置6个钻孔；10号钻场到26号钻场每个钻场间距50m,在每个钻场布置5个钻孔； 钻孔目标方位为359°，每个钻场内开孔间距为Im左右、钻孔间距为10m，单孔深度为340m，钻孔角度和开口倾角要根据煤层倾角、实际钻场变化进行调整；钻孔孔径为96mm，封孔、扩孔长度为9m， 扩孔直径为150mm，封孔管采用4寸PVC管，425号水泥封孔。
【文档编号】E21F7/00GK103775127SQ201310752165
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】方新秋, 谢小平, 颜邦华, 梁敏富, 吴刚, 薛广哲 申请人:中国矿业大学