所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種煤礦井下瓦斯抽采技術(shù)方法，尤其是基于千米定向鉆孔的采動裂隙帶瓦斯抽采技術(shù)方法，適用于上隅角和采空區(qū)瓦斯積聚超限問題的治理。

技術(shù)背景

煤炭是我國的主體能源，煤炭的大量開采導(dǎo)致煤礦開采深度逐年增大，進(jìn)而導(dǎo)致煤層瓦斯壓力與瓦斯含量逐漸增加，瓦斯涌出量不斷增大。對于近距離煤層群而言，工作面開采過程中，頂板巖層內(nèi)形成大量的裂隙，鄰近層瓦斯及本煤層采空區(qū)瓦斯在頂板裂隙帶內(nèi)大量積聚，造成工作面上隅角瓦斯集聚和超限，對礦井安全生產(chǎn)造成威脅。針對此問題，大多數(shù)礦井的解決辦法是在開采層頂部處于采動影響形成的裂隙帶內(nèi)施工高抽巷，使頂板裂隙帶瓦斯在抽采負(fù)壓作用下沿裂隙進(jìn)入高抽巷內(nèi)，經(jīng)抽采管路將高濃度瓦斯抽出；或從風(fēng)巷中每隔一定距離施工鉆場，從鉆場中向工作面采空區(qū)方向施工頂板走向鉆孔，攔截頂板裂隙帶瓦斯涌入回采工作面。

然而，高抽巷施工周期長，成本高，影響采掘工期，在當(dāng)今的煤炭形勢下，已經(jīng)越來越不適合。從鉆場向工作面采空區(qū)方向施工頂板走向鉆孔，只有在裂隙帶層位上布置鉆孔，抽采效果才理想，但隨著工作面的推進(jìn)，孔端逐漸進(jìn)入冒落帶，而且隨著頂板跨落容易導(dǎo)致抽采氣體量過大，無法抽采高濃度瓦斯或直接被堵死失去作用，需要重新打孔，耗時(shí)耗力。因此，如何對采動裂隙帶內(nèi)的瓦斯進(jìn)行高效抽采，保障回采工作面的安全生產(chǎn)，是擺在現(xiàn)場工程科技人員面前的一道難題。

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是提供一種抽采效果好、施工成本低、工程周期短、工作效率高、能夠有效解決上隅角和采空區(qū)瓦斯積聚超限問題的基于千米定向鉆孔的采動裂隙帶瓦斯抽采技術(shù)方法。

技術(shù)方案

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

a.結(jié)合煤礦地質(zhì)條件、煤層賦存規(guī)律和采煤工作面開采條件，綜合采用礦山壓力與巖層控制理論和udec離散元模擬軟件，計(jì)算采煤工作面上覆巖層三帶(垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶)發(fā)育高度，分析上覆巖層垮落、斷裂和離層特征及其演化規(guī)律，確定上覆巖層中裂隙密集發(fā)育位置和瓦斯富集區(qū)域；

b.根據(jù)采煤工作面開采條件和瓦斯賦存規(guī)律，研究采煤工作面采場瓦斯運(yùn)移規(guī)律，對比分析千米定向鉆孔的層位、長度、數(shù)量、間距、抽采負(fù)壓、抽采時(shí)間等技術(shù)參數(shù)對采動裂隙帶瓦斯運(yùn)移的影響，研究千米定向鉆孔的技術(shù)參數(shù)與瓦斯運(yùn)移規(guī)律之間的耦合關(guān)系，初步確定千米定向鉆孔的合理技術(shù)參數(shù)；

c.在距離采區(qū)大巷較近的回風(fēng)巷中施工一3m×3m×3m的鉆場；

d.利用千米定向鉆機(jī)在鉆場中向采空區(qū)上部裂隙帶施工若干千米定向鉆孔，千米定向鉆孔的層位、長度、數(shù)量、間距等技術(shù)參數(shù)由步驟b確定；

e.將瓦斯抽采管端頭安置在千米定向鉆孔內(nèi)，并進(jìn)行封孔，使瓦斯抽采管一端連接千米定向鉆孔，另一端連接到瓦斯抽采系統(tǒng)中；

f.根據(jù)步驟b所確定的抽采負(fù)壓、抽采時(shí)間等技術(shù)參數(shù)，調(diào)節(jié)瓦斯抽采系統(tǒng)的抽采負(fù)壓，打開管道閥門，對采動裂隙帶中的瓦斯進(jìn)行抽采，直至采煤工作面回采結(jié)束；

g.實(shí)測千米定向鉆孔的瓦斯抽采流量、濃度等抽采數(shù)據(jù)，分析千米定向鉆孔的層位、長度、數(shù)量、間距、抽采負(fù)壓、抽采時(shí)間等技術(shù)參數(shù)與瓦斯抽采數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步優(yōu)化確定適用的千米定向鉆孔的技術(shù)參數(shù)，并在下一采煤工作面采動裂隙帶瓦斯抽采工作中進(jìn)行應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明根據(jù)采煤工作面上覆巖層的裂隙發(fā)育規(guī)律，確定瓦斯抽采鉆孔的合理技術(shù)參數(shù)，提高了瓦斯抽采率，能夠有效解決上隅角和采空區(qū)瓦斯積聚超限問題，方法簡單易行、技術(shù)可靠性強(qiáng)；

(2)本發(fā)明通過千米定向鉆機(jī)施工千米定向鉆孔，鉆機(jī)的定位能力強(qiáng)、施工成本低、工程周期短，大幅提高了工作效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的技術(shù)方法平面示意圖。

圖2是本發(fā)明的技術(shù)方法剖面示意圖。

圖中，1-采煤工作面，2-垮落帶，3-裂隙帶，4-彎曲下沉帶，5-千米定向鉆孔，6-采區(qū)大巷，7-回風(fēng)巷，8-鉆場，9-采空區(qū)，10-抽采系統(tǒng)，11-進(jìn)風(fēng)巷。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1和2對本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步分析描述：

本發(fā)明的基于千米定向鉆孔的采動裂隙帶瓦斯抽采技術(shù)方法，包括采煤工作面1、垮落帶2、裂隙帶3、彎曲下沉帶4、千米定向鉆孔5、采區(qū)大巷6、回風(fēng)巷7、鉆場8、采空區(qū)9、抽采系統(tǒng)10、進(jìn)風(fēng)巷11，具體操作步驟如下：

a.結(jié)合煤礦地質(zhì)條件、煤層賦存規(guī)律和采煤工作面1開采條件，綜合采用礦山壓力與巖層控制理論和udec離散元模擬軟件，計(jì)算采煤工作面1上覆巖層三帶(垮落帶2、裂隙帶3和彎曲下沉帶4)發(fā)育高度，分析上覆巖層垮落、斷裂和離層特征及其演化規(guī)律，確定上覆巖層中裂隙密集發(fā)育位置和瓦斯富集區(qū)域；

b.根據(jù)采煤工作面1開采條件和瓦斯賦存規(guī)律，研究采煤工作面采場瓦斯運(yùn)移規(guī)律，對比分析千米定向鉆孔5的層位、長度、數(shù)量、間距、抽采負(fù)壓、抽采時(shí)間等技術(shù)參數(shù)對采動裂隙帶瓦斯運(yùn)移的影響，研究千米定向鉆孔5的技術(shù)參數(shù)與瓦斯運(yùn)移規(guī)律之間的耦合關(guān)系，初步確定千米定向鉆孔5的合理技術(shù)參數(shù)；

c.在距離采區(qū)大巷6較近的回風(fēng)巷7中施工一3m×3m×3m的鉆場8；

d.利用千米定向鉆機(jī)在鉆場8中向采空區(qū)9上部裂隙帶3施工若干千米定向鉆孔5，千米定向鉆孔5的層位、長度、數(shù)量、間距等技術(shù)參數(shù)由步驟b確定；

e.將瓦斯抽采管端頭安置在千米定向鉆孔5內(nèi)，并進(jìn)行封孔，使瓦斯抽采管一端連接千米定向鉆孔5，另一端連接到瓦斯抽采系統(tǒng)10中；

f.根據(jù)步驟b所確定的抽采負(fù)壓、抽采時(shí)間等技術(shù)參數(shù)，調(diào)節(jié)瓦斯抽采系統(tǒng)10的抽采負(fù)壓，打開管道閥門，對采動裂隙帶3中的瓦斯進(jìn)行抽采，直至采煤工作面1回采結(jié)束；

g.實(shí)測千米定向鉆孔5的瓦斯抽采流量、濃度等抽采數(shù)據(jù)，分析千米定向鉆孔5的層位、長度、數(shù)量、間距、抽采負(fù)壓、抽采時(shí)間等技術(shù)參數(shù)與瓦斯抽采數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步優(yōu)化確定適用的千米定向鉆孔5的技術(shù)參數(shù)，并在下一采煤工作面采動裂隙帶瓦斯抽采工作中進(jìn)行應(yīng)用。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種基于千米定向鉆孔的采動裂隙帶瓦斯抽采技術(shù)方法，在分析采煤工作面上覆巖層裂隙發(fā)育和瓦斯運(yùn)移規(guī)律基礎(chǔ)上，確定千米定向鉆孔的層位、長度、數(shù)量、間距、抽采負(fù)壓、抽采時(shí)間等技術(shù)參數(shù)，然后利用千米定向鉆機(jī)在回風(fēng)側(cè)的鉆場中向采空區(qū)上部裂隙帶施工若干千米定向鉆孔，對采動裂隙帶中的瓦斯進(jìn)行抽采，直至采煤工作面回采結(jié)束。該方法抽采效果好、施工成本低、工程周期短、工作效率高、能夠有效解決上隅角和采空區(qū)瓦斯積聚超限問題。

技術(shù)研發(fā)人員：徐超;王凱;李雷;呂靖豪;周愛桃;杜鋒;賈恒義
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.27
技術(shù)公布日：2017.08.22