專利名稱：超前留巷施工抽采工程的無煤柱煤與瓦斯共采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超前留巷施工抽采工程的無煤柱煤與瓦斯共采方法，尤其適用于煤礦深部低透氣性高瓦斯煤層群的開采。
背景技術(shù)：
對于高瓦斯、高地壓、低透氣性煤層群采用的無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)，沿首采工作面采空區(qū)邊緣快速機(jī)械化構(gòu)筑高強(qiáng)支撐體將回采巷道保留下來，形成無煤柱連續(xù)開采，實現(xiàn)全面卸壓開采，在留巷內(nèi)布置上下向高低位抽采鉆孔直達(dá)瓦斯抽采富集區(qū)，實現(xiàn)連續(xù)抽采卸壓瓦斯與工作面同步推進(jìn)。無煤柱煤與瓦斯共采方法是綠色開采、科學(xué)采礦的重要實現(xiàn)方法，能夠把瓦斯作為一種資源在開采煤炭的同時將本煤層和鄰近煤層的卸壓瓦斯一同抽采出來并加以利用，實現(xiàn)了高采出率，降低掘進(jìn)率，減少了沖擊地壓，保證了資源的利用率。鄰近煤層的瓦斯抽采后可以轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯咚姑簩?，達(dá)到安全高效開采。目前，無煤柱煤與瓦斯共采的方法主要有兩種一是巖巷鉆孔法，即煤炭開采之前在首采煤層的頂板或底板預(yù)先布置巖石巷道，并在巷道內(nèi)布置抽采工程(主要是鉆孔)，在煤炭開采后抽采卸壓瓦斯，這種方法一般要開掘與工作面走向長度幾乎等長的巖石巷道，抽采工程成本高，存在巖石工程量大，抽采工程可靠性難以保證等缺點(diǎn)，在采掘接替緊張的情況下，很難有充足的時間布置巖石抽采巷道，故而就無充足的時間布置頂?shù)装宄椴晒こ坛椴舌徑簩拥耐咚埂Ａ硗?，一般在巖石巷道內(nèi)預(yù)施工鉆孔抽采瓦斯，由于原始煤層瓦斯透氣性較低，預(yù)抽采瓦斯的效果較差。二是留巷鉆孔法，在采煤工作面推進(jìn)之后保留一條或兩條回采巷道，然后在沿空留巷內(nèi)施工瓦斯抽采工程(主要是鉆孔)抽采相鄰煤層的卸壓瓦斯，由于瓦斯抽采工程全部在沿空留巷施工，對留巷斷面尺寸要求高，而且留巷工藝和抽采工藝涉及的工序多，難以協(xié)調(diào)管理；留巷內(nèi)的瓦斯抽采施工的設(shè)備需要占用較大的空間，但為保證留巷斷面又必須架設(shè)多排單體液壓支柱或其他支護(hù)材料，兩者相互矛盾，留巷內(nèi)施工不便。且現(xiàn)有技術(shù)條件下一般采用在沿空留巷工序完成之后和工作面推進(jìn)后方一定距離，實施瓦斯抽采工程，由于設(shè)備安裝、瓦斯抽采工程的實施所耗費(fèi)的時間，使得抽采瓦斯的時長有限。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)存在的局限性，提供一種方法簡單、操作方便、減少留巷斷面尺寸、便于施工、延長瓦斯抽采時間、有利于高效抽采瓦斯的無煤柱煤與瓦斯共采方法。技術(shù)方案本發(fā)明的超前留巷施工瓦斯抽采鉆孔的無煤柱煤與瓦斯共采方法
a.先在采煤工作面的前方向煤層預(yù)施工一個鉆孔，用鉆孔窺視儀窺視該鉆孔，通過窺 視該鉆孔觀察采煤工作面推進(jìn)過程中鉆孔內(nèi)的裂隙變化情況，以此確定煤層內(nèi)的頂、底板楔形豎向裂隙區(qū)存在的位置；
b.預(yù)設(shè)瓦斯抽采管道，在推進(jìn)采煤工作面的前方分組直接在頂板、底板和兩幫鉆孔施工瓦斯抽采鉆孔、或布置瓦斯抽采鉆場后再進(jìn)行巷道頂板、底板和兩幫鉆孔的鉆孔，并安裝與瓦斯抽采管道相連通的瓦斯抽采管路；
C.待采煤工作面前方的頂板、底板和兩幫鉆孔的瓦斯抽采鉆孔施工完畢后，采煤工作面向前推進(jìn)越過瓦斯抽采鉆孔，向前推進(jìn)的同時，邊推進(jìn)邊在緊挨采空區(qū)邊緣砌筑充填墻體，隨著采煤工作面不斷向前推進(jìn)，完成采煤工作面后方的沿空留巷；
d.待采煤工作面后方的沿空留巷施工完畢后，通過預(yù)設(shè)的瓦斯抽采管道對瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采； e.待抽采瓦斯壓力流量值大幅減小時，對頂板、底板和兩幫鉆孔的瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行封堵，其中對頂板的瓦斯抽采鉆孔的封孔深度不小于5倍采高。 所述施工頂板的瓦斯抽采鉆孔盡量靠近非回采側(cè)，且在楔形豎向裂隙區(qū)內(nèi)；所述在采煤工作面前方每組直接在頂板、底板和兩幫鉆孔施工的瓦斯抽采鉆孔為2 6個；每組布置瓦斯抽采鉆場后再進(jìn)行巷道頂板、底板和兩幫鉆孔的鉆孔(4)數(shù)量為2 10個；所述在巷道頂板、底板和兩幫鉆孔的瓦斯抽采鉆孔分別穿過上覆煤層和下覆煤層。有益效果本發(fā)明能夠大大增強(qiáng)煤與瓦斯共采系統(tǒng)可靠性的無煤柱煤與瓦斯共采，能夠大大減少留巷斷面尺寸，降低對初始留巷斷面尺寸的要求，便于施工，延長瓦斯的抽采時間，有利于高效抽采瓦斯。優(yōu)點(diǎn)如下
I.本發(fā)明將抽采瓦斯的頂板或底板抽采鉆孔，超前工作面施工完畢，避免了在工作面推進(jìn)后，沿空留巷工序施工完畢后再進(jìn)行打鉆孔抽采瓦斯的工作，減少了對留巷斷面的尺寸要求，降低了對初始留巷斷面尺寸的要求，節(jié)約了頂?shù)装宄椴晒こ趟馁M(fèi)的時間，使得抽采瓦斯的時間長大大延長，有利于瓦斯的抽采工作。2.本發(fā)明將頂板鉆孔布置在楔形豎向裂隙區(qū)內(nèi)，該豎向裂隙發(fā)育區(qū)的存在，為采空區(qū)積存的高濃度瓦斯和上覆卸壓煤巖層的卸壓瓦斯流動提供了流動通道和空間，是采空區(qū)高濃度瓦斯富集區(qū)域。采空區(qū)遺煤解吸瓦斯和上、下鄰近煤層卸壓瓦斯通過采動裂隙流向采空區(qū)，并在采空區(qū)及其頂板豎向裂隙區(qū)內(nèi)聚集，形成高濃度瓦斯庫。將瓦斯抽采工程布置在該豎向裂隙發(fā)育區(qū)內(nèi)，不但可以盡量完好的保存瓦斯抽采鉆孔的形狀，且有利于瓦斯抽采工作的進(jìn)行能夠較完好的保存瓦斯抽采鉆孔的形狀，增強(qiáng)了煤與瓦斯共采系統(tǒng)的可靠性。


圖I是本發(fā)明無煤柱煤與瓦斯共采方法的立面示意圖。圖2是本發(fā)明無煤柱煤與瓦斯共采方法的平面示意圖。圖中1 一回采軌道巷，2—采煤工作面，3—沿空留巷，4一瓦斯抽采鉆孔，5—充填墻體，6—上覆煤層，7—首采煤層，8—下覆煤層，9一瓦斯抽采管道，10—冒落區(qū)，11 一液壓支架。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明的超前留巷施工抽采工程的無煤柱煤與瓦斯共采方法，在沿空留巷3中布設(shè)瓦斯抽采管道和瓦斯抽采工程，且瓦斯抽采管道和瓦斯抽采工程相互貫通。煤層瓦斯通過瓦斯抽采工程和瓦斯抽采管道進(jìn)入礦井瓦斯抽采系統(tǒng)。超前工作面布置的鉆孔距工作面前方的距離可以是O 500 m，對于超前工作面施工鉆孔的直徑可以是10 350 mm，對于預(yù)施工鉆孔的數(shù)量可以是2 10個，對于預(yù)施工鉆孔的角度可以是0° 180°，對于沿空留巷的布置形式可以是高水高效充填、現(xiàn)澆混凝土隔墻充填、大型自移式沿空留巷充填、桶柱方式巷幫支護(hù)、膏體混凝土充填、柔模支護(hù)等，充填墻體的寬度可以是O. 5 4 m,高度可以是O. 5 4 m。具體步驟如下
a.首先確定楔形豎向裂隙區(qū)的位置。在采煤工作面2的前方向煤層預(yù)施工一個鉆孔，用鉆孔窺視儀窺視該鉆孔，通過窺視該鉆孔觀察采煤工作面2推進(jìn)過程中鉆孔內(nèi)的裂隙變化情況，以此確定煤層內(nèi)的頂、底板楔形豎向裂隙區(qū)存在的位置；所述豎向裂隙區(qū)分為頂板卸壓裂隙區(qū)和底板卸壓裂隙區(qū)，其中，頂板卸壓裂隙區(qū)位于采煤工作面沿空留巷3的頂板冒落帶以上的采動影響裂隙帶內(nèi)和卸壓彎曲下沉帶煤層中，底板卸壓裂隙區(qū)位于工作面沿空留巷3的底板巖層移動離層裂隙帶內(nèi)。研究和實踐表明首采關(guān)鍵卸壓層開采后，在采空區(qū)上部走向方向上存在一連通的豎向裂隙發(fā)育區(qū)。該豎向裂隙發(fā)育區(qū)的存在，為采空區(qū)積存的高濃度瓦斯和上覆卸壓煤巖層的卸壓瓦斯流動提供了流動通道和空間，是采空區(qū)高濃度瓦斯富集區(qū)域。采空區(qū)遺煤解吸瓦斯和上、下鄰近煤層卸壓瓦斯通過采動裂隙流向采空區(qū)，并在采空區(qū)及其頂板豎向裂隙區(qū)內(nèi)聚集，形成高濃度瓦斯庫。將瓦斯抽采工程布置在該豎向裂隙發(fā)育區(qū)內(nèi)，不但可以盡量完好的保存瓦斯抽采鉆孔的形狀，且有利于瓦斯抽采工作的進(jìn)行。將富集瓦斯抽出，有利于鄰近煤層的安全開采。b.施工瓦斯抽采鉆孔。頂板抽采工程的布置形式可以是直接施工鉆孔，也可以是預(yù)先布置瓦斯抽采鉆場，然后在鉆場內(nèi)布置鉆孔。抽采鉆孔的封孔長度可以是O 50 m，封孔材料可以是水泥漿液、膏體材料或其它化學(xué)漿液；封孔形式可以是普通封孔、高壓泵注漿封孔等。其利用預(yù)留施工抽采工程抽采瓦斯的時間可以是在沿空留巷完成和采煤工作面推進(jìn)后O 200 m。先預(yù)設(shè)與礦井瓦斯抽采系統(tǒng)相連瓦斯抽采管道9，在推進(jìn)采煤工作面2的前方分組直接在頂板、底板和兩幫鉆孔施工瓦斯抽采鉆孔4、或布置瓦斯抽采鉆場后再進(jìn)行巷道頂板、底板和兩幫鉆孔的鉆孔4，并安裝與瓦斯抽采管道9相連通的瓦斯抽采管路；所述施工頂板的瓦斯抽采鉆孔4盡量靠近非回采側(cè)，且在楔形豎向裂隙區(qū)內(nèi)，以達(dá)到工作面推進(jìn)后鉆孔仍能維持住，并能在頂板或底板裂隙活躍期間長時穩(wěn)定高效抽采瓦斯。瓦斯抽采鉆孔4距采煤工作面2的距離為O 500 m ;所述在采煤工作面2前方每組直接在頂板、底板和兩幫鉆孔施工的瓦斯抽采鉆孔4為2 6個；每組布置瓦斯抽采鉆場后再進(jìn)行巷道頂板、底板和兩幫鉆孔的鉆孔4數(shù)量為2 10個；所述在巷道頂板、底板和兩幫鉆孔的瓦斯抽采鉆孔4分別穿過上覆煤層6和下覆煤層8 ；
c.完成沿空留巷。待采煤工作面2前方的頂板、底板和沿空留兩幫鉆孔的瓦斯抽采鉆孔4施工完畢后，采煤工作面2向前推進(jìn)越過瓦斯抽采鉆孔4，向前推進(jìn)的同時，邊推進(jìn)邊在緊挨采空區(qū)邊緣砌筑充填墻體5，隨著采煤工作面2不斷向前推進(jìn)，完成采煤工作面2后方的沿空留巷3 ;
d.瓦斯抽采。待采煤工作面2后方的沿空留巷3施工完畢后，通過預(yù)設(shè)的瓦斯抽采管 道9對瓦斯抽采鉆孔4進(jìn)行瓦斯抽采；
e.封堵瓦斯抽采鉆孔。待抽采瓦斯壓力流量值大幅減小時，對頂板、底板和兩幫鉆孔的瓦斯抽采鉆孔4進(jìn)行封堵，其中對頂板的瓦斯抽采鉆孔4的封孔深度不小于5倍采高。
權(quán)利要求
1.一種超前留巷施工瓦斯抽采鉆孔的無煤柱煤與瓦斯共采方法，其特征在于 a.先在采煤工作面(2)的前方向煤層預(yù)施工一個鉆孔，用鉆孔窺視儀窺視該鉆孔，通過窺視該鉆孔觀察采煤工作面(2)推進(jìn)過程中鉆孔內(nèi)的裂隙變化情況，以此確定煤層內(nèi)的頂、底板楔形豎向裂隙區(qū)存在的位置； b.預(yù)設(shè)瓦斯抽采管道(9)，在推進(jìn)采煤工作面(2)的前方分組直接在頂板、底板和兩幫鉆孔施工瓦斯抽采鉆孔(4)、或布置瓦斯抽采鉆場后再進(jìn)行巷道頂板、底板和兩幫鉆孔的鉆孔(4 )，并安裝與瓦斯抽采管道(9 )相連通的瓦斯抽采管路； c.待采煤工作面(2)前方的頂板、底板和兩幫鉆孔的瓦斯抽采鉆孔(4)施工完畢后，采煤工作面(2)向前推進(jìn)越過瓦斯抽采鉆孔(4)，向前推進(jìn)的同時，邊推進(jìn)邊在緊挨采空區(qū)邊緣砌筑充填墻體(5)，隨著采煤工作面(2)不斷向前推進(jìn)，完成采煤工作面(2)后方的沿空留巷(3)； d.待采煤工作面(2)后方的沿空留巷(3)施工完畢后，通過預(yù)設(shè)的瓦斯抽采管道(9)對瓦斯抽采鉆孔(4)進(jìn)行瓦斯抽采； e.待抽采瓦斯壓力流量值大幅減小時，對頂板、底板和兩幫鉆孔的瓦斯抽采鉆孔(4)進(jìn)行封堵，其中對頂板的瓦斯抽采鉆孔(4)的封孔深度不小于5倍采高。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超前留巷施工抽采工程的無煤柱煤與瓦斯共采方法，其特征在于所述施工頂板的瓦斯抽采鉆孔(4)盡量靠近非回采側(cè)，且在楔形豎向裂隙區(qū)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超前留巷施工抽采工程的無煤柱煤與瓦斯共采方法，其特征在于所述在采煤工作面(2)前方每組直接在頂板、底板和兩幫鉆孔施工的瓦斯抽采鉆孔(4)為2 6個；每組布置瓦斯抽采鉆場后再進(jìn)行巷道頂板、底板和兩幫鉆孔的鉆孔(4)數(shù)量為2 10個。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超前留巷施工抽采工程的無煤柱煤與瓦斯共采方法，其特征在于所述在巷道頂板、底板和兩幫鉆孔的瓦斯抽采鉆孔(4)分別穿過上覆煤層(6)和下覆煤層(8)。
全文摘要
一種超前留巷施工抽采工程的無煤柱煤與瓦斯共采方法，首先在采煤工作面的前方向煤層預(yù)施工一個鉆孔，確定煤層內(nèi)的頂、底板楔形豎向裂隙區(qū)存在的位置；在沿空留巷工序開始之間，在推進(jìn)采煤工作面的前方分組在頂板、底板和沿空留兩幫鉆孔施工瓦斯抽采鉆孔，之后采煤工作面向前推進(jìn)越過瓦斯抽采鉆孔，向前推進(jìn)的同時，邊推進(jìn)邊在緊挨采空區(qū)邊緣砌筑充填墻體，隨著采煤工作面不斷向前推進(jìn)，完成采煤工作面后方的沿空留巷；待抽采瓦斯壓力流量值大幅減小時，對頂板、底板和兩幫鉆孔的瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行封堵。無需在留巷內(nèi)進(jìn)行鉆孔施工，減少了對留巷斷面尺寸的要求，降低了對斷面收斂量的要求，增加了有效抽采瓦斯的時間。
文檔編號E21C41/16GK102635392SQ20121013529
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者劉玉棟, 張農(nóng), 張磊, 曹栩, 鄭西貴, 闞甲廣 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)