一种单一煤层工作面煤层变厚带的探测和定点消突方法

摘要

一种单一煤层工作面煤层变厚带的探测和定点消突方法，适用于工作面分层开采时上分层回采过程中，采取的局部防突补充措施。尤其适用于中厚煤层工作面(200～300m)且中部无中间底板岩石巷道，煤层松软为构造煤发育，顶板硬、底板相对较软，且采煤工作面沿煤层顶板布置、分层开采。在煤矿井下生产过程中，根据煤层顶板硬、底板软，煤质松软和工作面附近出现较大断层等现象，预测工作面周围约500m范围内会出现煤层变厚带，因此在回采工作面先往下方施工钻孔探测煤层厚度，确定下分层煤层厚度和煤层变厚带位置。从工作面沿煤层开采方向向煤层变厚带施工下向顺层钻孔，封孔后联管抽采，能够高效抽采煤层变厚带瓦斯，消除工作面煤层变厚带突出危险性。

说明书

技术领域

本发明涉及瓦斯治理技术领域，具体地说是一种适用于中厚煤层工作面较长(200～300m)、煤层顶板硬、煤层松软为构造煤发育、煤层底板相对较软(抗压强度：顶板>底板>煤层)且采煤工作面沿煤层顶板布置、分层开采的单一煤层工作面煤层变厚带的探测和定点消突方法。

背景技术

对于工作面较长(200～300m)，煤层顶板硬，煤层松软为构造煤发育，底板较软的回采工作面，在经历长期地质构造运动过程中，受到构造应力的作用，煤系地层层间滑移，顶、底板硬度和抗压强度不同，软岩大变形弯曲，硬岩小变形，产生不协调褶皱；煤层最软、抗压强度最低，先行被破坏，呈塑性状态，具有流变性能，流变适应顶底板变化；褶曲部分形成平缓的局部变厚带，如果底板软岩断裂，煤体向断裂处流变，形成突变的煤层局部变厚带。煤层局部变厚带的特点包括：构造应力大；构造煤发育、煤质松软；瓦斯压力大、瓦斯含量高；煤层渗透性低、抽采困难；煤层瓦斯突出能量大。

根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十五条规定：区域防突措施是指在突出煤层进行采掘前，对突出煤层较大范围采取的防突措施。区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯两类。预抽煤层瓦斯可采用的方式有：地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽石门(含立、斜井等)揭煤区域煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯等。

根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十九条规定：采取各种方式的预抽煤层瓦斯区域防突措施时，应当符合下列要求：

(一)穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制区段内的整个开采块段、两侧回采巷道及其外侧一定范围内的煤层。要求钻孔控制回采巷道外侧的范围是：倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m；其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m。以上所述的钻孔控制范围均为沿层面的距离，以下同；

(二)穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制整条煤层巷道及其两侧一定范围内的煤层。该范围与本条第(一)项中回采巷道外侧的要求相同；

(三)顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制整个开采块段的煤层；

(四)穿层钻孔预抽石门(含立、斜井等)揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施应当在揭煤工作面距煤层的最小法向距离7m以前实施(在构造破坏带应适当加大距离)。钻孔的最小控制范围是：石门和立井、斜井揭煤处巷道轮廓线外12m(急倾斜煤层底部或下帮6m)，同时还应当保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线(包括预计前方揭煤段巷道的轮廓线)的最小距离不小于5m，且当钻孔不能一次穿透煤层全厚时，应当保持煤孔最小超前距15m。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中的不足之处，提供一种单一煤层工作面煤层变厚带的探测和定点消突方法，以解决煤矿井下生产过程中，通过探测出回采工作面存在煤层变厚带的前提下，实现对煤层变厚带进行定点抽采瓦斯并消突。

技术方案：本发明的单一煤层回采工作面煤层变厚带的探测和定点消突方法，在煤矿井下生产过程中，根据煤层顶板硬、底板软，煤质松软、构造煤发育和工作面附近较大断层等现象的出现，预测在工作面推进过程中500m范围内的采煤工作面容易出现煤层变厚带，先通过在回采工作面液压支架附近垂直向下施工探测钻孔，确定工作面分层开采时下分层煤层厚度和煤层变厚带的厚度和范围，然后从回采工作面沿煤层开采方向分段向煤层变厚带施工顺层钻孔，并按段逐一封孔后联接瓦斯抽放管网，对卸压瓦斯进行抽采，有效消除大采长工作面中部煤层变厚带局部突出危险性，作为防治煤与瓦斯突出区域措施后的局部防突补充措施，具体步骤如下：

步骤1、在回采工作面液压支架附近的位置，以固定的间距T，使用风动钻机垂直向煤层底板施工探测下分层煤层变厚带厚度的探测钻孔，探测钻孔穿透下分层煤层底板；

步骤2、在回采工作面煤壁上沿着煤层回采方向，对煤壁前下方下分层煤层变厚带设定范围内先施工1排抽采钻孔，各抽采钻孔终孔点的水平间距为l₁，垂直间距为l₂，钻孔与煤壁夹角为a；第1排抽采钻孔终孔点距煤壁的水平距离为L₁，与煤壁的夹角为a₁，由此得出第1排抽采钻孔的长度H₁＝L₁/sin(a₁)；

步骤3、继续在下分层煤层变厚带设定范围内施工第2、第3……排抽采钻孔，抽采钻孔的长度H_i＝L_i/sin(a_i)，i＝1，2，3······10，直至完成对回采工作面下分层煤层变厚带设定范围内施工的钻孔，保证钻孔布孔均匀；

步骤4、以下分层煤层变厚带设定范围作为一个循环，对下分层煤层变厚带的设定范围内的抽采钻孔施工完毕后，按常规技术进行集中封孔，对下分层煤层变厚带进行联管抽采；

步骤5，抽采完毕后进行效果验检，检验合格后允许煤层开采向前推进，重复步骤3、4，对下分层煤层变厚带依次循环施工，当下分层煤层变厚带沿工作面回采方向长度大于设定范围时，钻孔施工进入下一个循环，直到煤层变厚带小于0.5m或消失，以上措施结束。

所述的间距T的间隔距离为3m或两个液压支架宽度的距离。

所述探测钻孔穿透煤层底板至少为0.5m。

所述钻孔施工进入下一个循环，允许煤层回采向前推进的进尺为40m，保留20m的超前距。

所述下分层煤层变厚带设定范围为60m，即一个循环的距离为60m。

有益效果：对于5-7m的中厚煤层，由于煤层底板起伏变化较大，煤层厚度变化大，不宜采用一次采全高，宜采用分层开采；上分层回采厚度约为3m，下分层回采厚度2～4m。本发明先开采上分层煤层，待上分层煤层回采完毕，再开采下分层煤层。在工作面回采过程中，通过在回采工作面施工钻孔，探测出煤层变厚带的厚度和范围，从而通过回采工作面煤壁沿煤层开采方向，向煤层变厚带施工钻孔定点抽采煤层变厚带的瓦斯。所采取的防治煤与瓦斯突出防治区域措施，适用于中厚煤层工作面较长(200～300m)、煤层顶板硬、煤层松软为构造煤发育、煤层底板相对较软(抗压强度：顶板>底板>煤层)且采煤工作面沿煤层顶板布置、分层开采，工作面无中间底板岩石巷道，一般产生煤层底板变厚带的回采工作面。在煤矿井下生产过程中，根据煤层顶、底板硬度差异，煤层松软、构造煤发育和工作面附近较大断层的出现判定回采工作面煤层存在变厚带，煤层局部变厚带的特点包括：构造应力大；构造煤发育、煤质松软；瓦斯压力大、瓦斯含量高；煤层渗透性低、抽采困难；煤层瓦斯突出能量大。通过探测和定点抽采单一煤层回采工作面的煤层变厚带瓦斯，并消除突出危险性，确保煤层变厚带的安全回采，作为局部防突补充措施，可有效保障井下回采工作面人员的安全。采取“先抽后采”的局部瓦斯抽采技术措施后，由于极大地降低了煤层变厚带的瓦斯含量和瓦斯压力，因而可有效防止采掘空间的瓦斯积聚现象的发生，防止煤与瓦斯突出事故的发生。其方法简单，易于操作，安全高效，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明的采煤工作面下分层煤层变厚带钻孔布置平面示意图；

图2为本发明的采煤工作面下分层煤层变厚带钻孔施工效果设计剖面图；

图3为本发明的采煤工作面下分层煤层变厚带钻孔施工终孔位置设计剖面图。

图中：1-回采工作面；2-回风巷；3-机巷；4-煤层；5-下分层煤层变厚带；6-液压支架；7-采空区；8-抽采钻孔；9-探测钻孔；10-下分层煤层；11-上分层煤层。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明：

本发明的一种单一煤层回采工作面煤层变厚带的探测和定点消突方法，首先是在煤矿井下生产过程中，根据煤层顶板硬、底板软，煤质松软、构造煤发育和工作面附近较大断层等现象的出现，预测在工作面推进过程中500m范围内的采煤工作面容易出现煤层变厚带，先通过在回采工作面1液压支架6附近每隔3m或两个液压支架宽度的间距T垂直向下施工探测钻孔，确定工作面分层开采时下分层煤层厚度和煤层变厚带的厚度和范围，然后从回采工作面1沿煤层开采方向分段向煤层变厚带施工顺层钻孔，并按段逐一封孔后联接瓦斯抽放管网，对卸压瓦斯进行抽采，有效消除大采长工作面中部煤层变厚带局部突出危险性，作为防治煤与瓦斯突出区域措施后的局部防突补充措施，具体步骤如下：

步骤1、在回采工作面1靠近采空区7的液压支架6附近位置，以间隔距离为3m或两个液压支架宽度的间距T，使用风动钻机垂直向煤层底板施工探测下分层煤层变厚带5厚度的探测钻孔9，探测钻孔9穿透下分层煤层10底板；所述探测钻孔9布置在距工作面50～80m范围内的工作面1、风巷2和机巷3，探测钻孔9穿透煤层底板至少为0.5m。

步骤2、在回采工作面1煤壁上沿着煤层回采方向，对煤壁前上分层煤层11下方的下分层煤层变厚带5设定范围60m内先施工1排抽采钻孔8，各抽采钻孔8终孔点的水平间距为l₁＝5～10m，垂直间距为l₂＝1m，钻孔与煤壁夹角为a＝30～90°；第1排抽采钻孔8终孔点距煤壁的水平距离为L₁＝2～10m，与煤壁的夹角为a₁＝30～90°，由此得出第1排抽采钻孔(8)的长度H₁＝L₁/sin(a₁)；

步骤3、继续在上分层煤层11下方的下分层煤层变厚带5设定范围内施工第2、第3……排抽采钻孔8，抽采钻孔8的长度H_i＝L_i/sin(a_i)，i＝1，2，3······10，直至完成对回采工作面下分层煤层变厚带5设定范围内施工的钻孔，保证所有钻孔布孔均匀；

步骤4、以下分层煤层变厚带5设定60m范围作为一个循环，第一个循环向距离回采工作面前方60m的范围施工瓦斯抽采钻孔，之后的每次循环留20m超前距，对下分层煤层变厚带5的设定范围内的抽采钻孔8施工完毕后，按常规技术进行集中封孔，将封孔管路并联后统一连接到机巷3内的抽采干管管路上，对下分层煤层变厚带5进行联管抽采；

步骤5、抽采完毕后进行效果验检，检验瓦斯指标合格后，允许下分层煤层变厚带5上覆对应的上分层煤层11回采；

步骤6、重复步骤3、4，对下分层煤层变厚带5依次循环施工，当下分层煤层变厚带5沿工作面回采方向的长度大于设定范围60m时，钻孔施工进入下一个循环前，先回采煤层约40m并保留20m的超前距，直到下分层煤层10与下分层煤层变厚带5厚度之和小于4.5m，结束对下分层煤层变厚带5的钻孔施工和瓦斯抽采。