一种大倾角含瓦斯厚煤层冲击灾害防治方法

摘要

本发明公开一种大倾角含瓦斯厚煤层冲击灾害防治方法，A、布置瓦斯抽采巷道：根据地层中各分层的岩性，布置顶抽巷和底抽巷；B、钻孔布置：沿顶抽巷底板及底抽巷顶板布置钻孔位置，在瓦斯抽采巷道同一垂直切面上间隔布置注水钻孔和瓦斯抽采钻孔；C、瓦斯抽采及注水：钻孔布置完毕后，对整个工作面煤层持续进行瓦斯抽采；瓦斯抽采工作开始后，向煤层与岩层的接触面注入高压水，注水工作按照注水钻孔顺序依次进行；D、结束注水：当第一个钻孔注水压力突然降至低值或抽采出瓦斯湿度明显降低时，停止该钻孔注水，并利用下一注水钻孔继续进行高压注水。能降低煤岩体内的弹性能；另外可促进游离态瓦斯气体的排出，充分降低煤体内游离瓦斯气体的含量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种冲击灾害防治方法，具体是一种大倾角含瓦斯厚煤层冲击灾害防治方法。

背景技术

随着煤炭资源的不断开采，我国煤炭开采不断向深部发展，冲击矿压危险日益严重。冲击矿压事故发生突然、急剧、猛烈，严重威胁着煤矿的安全生产，尤其是在高瓦斯矿井中，冲击矿压危害更加突出，其不仅会造成井巷及工作面破坏、人员伤亡，还可能诱发煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等重特大恶性事故。在煤矿井下，煤层的赋存不可能完全水平，煤层一般都存在一定的倾斜角度，这样在煤体自身重力及煤层顶底板的巨大挤压作用下，煤层与顶底板岩层间就会存在相对滑动的趋势。另外，当工作面开采到一定距离后，工作面悬顶同样会对回采煤体产生一个倾斜方向的作用力，同样使煤层产生相对顶底板岩层滑动的趋势。当摩擦阻力对煤岩层间相对滑动趋势产生阻碍作用时，煤岩体中就会开始集聚弹性能，摩擦阻力越大，集聚的弹性能就越大。现有通过爆破的方式对顶底板的冲击地压进行卸压处理，但是这种方式不仅比较麻烦，而且在遇到高浓度瓦斯煤层时无法进行爆破卸压，为防止煤与瓦斯突出及瓦斯爆炸的发生，高浓度瓦斯煤层回采前一般要进行瓦斯预抽，将煤层中瓦斯含量降至低值。厚煤层瓦斯预抽，就是通过在煤层顶底板岩层(一般为基本顶和基本底)中掘进瓦斯抽采巷道，在巷道中向煤层钻进瓦斯抽采钻孔，在工作面回采前，将煤层中瓦斯通过抽采钻孔抽出并排出地面或在在地面收集，最终将高瓦斯煤层降为低瓦斯煤层；但是由于瓦斯具有亲煤性，因此在抽采煤层内瓦斯时很难将瓦斯气体抽离煤层。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种大倾角含瓦斯厚煤层冲击灾害防治方法，实施方便、效果明显，通过降低煤层与岩层接触面的摩擦系数，使其能相对滑动，从而降低煤岩体内的弹性能；另外可促进游离态瓦斯气体的排出，充分降低煤体内游离瓦斯气体的含量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该种大倾角含瓦斯厚煤层冲击灾害防治方法，其具体步骤是：

A、布置瓦斯抽采巷道：根据地层中各分层的岩性，在岩层顶板和岩层底板选择距离煤层为25～30m且岩层硬度f>5的位置各布置一瓦斯抽采巷道，分别为顶抽巷和底抽巷；

B、钻孔布置：瓦斯抽采巷道开掘完成后，沿顶抽巷底板及底抽巷顶板布置钻孔位置，在瓦斯抽采巷道同一垂直切面上间隔布置注水钻孔和瓦斯抽采钻孔，其中注水钻孔直径为42～50mm，瓦斯抽采钻孔直径为90～100mm；所述的注水钻孔钻进到煤岩层接触面上，瓦斯抽采钻孔钻进到煤层中部位置；注水钻孔末端距离两侧抽采钻孔的水平距离相等；在沿巷道掘进方向相邻的钻孔布设位置间距为15～20m；

C、瓦斯抽采及注水：钻孔布置完毕后，利用瓦斯抽采设备及瓦斯抽采钻孔对整个工作面煤体持续进行瓦斯抽采，直到工作面回采结束；瓦斯抽采工作开始后，利用注水设备通过注水钻孔向煤岩层接触面注入高压水，注水工作按照注水钻孔顺序依次进行；

D、结束注水：当第一个钻孔注水压力突然降至低值或抽采出瓦斯湿度明显降低时，停止该钻孔注水，并利用下一注水钻孔继续进行高压注水，直到全部注水钻孔注水结束。

进一步，在瓦斯抽采巷道同一垂直切面上注水钻孔和瓦斯抽采钻孔呈扇形布置，且最外侧瓦斯抽采钻孔的末端距工作面边界为10～20m，相邻两个瓦斯抽采钻孔的末端间距在25～30m之间。

与现有技术相比，本发明采用间隔布置注水钻孔和瓦斯抽采钻孔，在抽采瓦斯的同时通过注水钻孔向煤层与岩层接触面注入高压水；一方面根据滑移实验得出，煤岩体接触面存在的液态水，可以有效降低煤岩体间的摩擦阻力系数。根据摩擦力公式：f＝μN；当摩擦阻力系数μ降低时，滑动摩擦阻力f也会随之降低，这样发生滑动时所需推动力也会降低。因此，煤岩层注水可以有效降低煤岩体产生相对滑动的临界推动力，使煤岩体更易产生相对滑动，使得大倾角煤层在自身重力、顶底板挤压及悬顶倾斜挤压的作用下产生缓慢滑动，避免摩擦阻力过大造成弹性能大量集聚，从而有效减弱或消除煤层冲击灾害的发生；另外高压注水不仅可以增加煤体裂隙，减弱煤体脆性同时增强煤体塑性，减弱了煤体内部压力集中程度，减少煤体能量积聚，从而减弱或消除冲击地压灾害的发生；而且水分可以湿润煤体，降低煤尘飞扬能力，并且可以有效地包裹煤体细小颗粒，避免煤体开采过程中破碎时细粒煤尘的飞扬。当瓦斯抽采一段时间后，煤体内瓦斯气体含量明显降低，此时煤体内产生负压，在负压作用下，吸附状态的瓦斯进一步解析，同时也会加快煤岩体接触面附近的水向瓦斯抽采方向渗透。由于注水钻孔与瓦斯抽采钻孔间隔布置，注水位置与瓦斯抽采位置存在一定的距离，水的注入对瓦斯前期解吸影响不大，当水充分渗入煤体后，一方面抑制煤体内瓦斯气体的后期解吸，另一方面可以促进游离态瓦斯气体的排出，充分降低煤体内游离瓦斯气体的含量，最终经煤层注水与瓦斯抽采相互结合，减弱或消除冲击矿压及瓦斯事故。

附图说明

图1是现有煤矿中煤岩体相互挤压作用示意图。

图2是本发明沿抽采巷道掘进方向的钻孔布置示意图。

图3是图2的A-A向剖视图。

图中：1、岩层顶板；2、岩层底板；3、煤层；4、顶抽巷；5、底抽巷；6、瓦斯抽采钻孔；7、注水钻孔；8、瓦斯气体流动方向；9、水流方向。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明的具体步骤是：

A、布置瓦斯抽采巷道：根据地层中各分层的岩性，在岩层顶板和岩层底板选择距离煤层为25～30m且岩层硬度f>5的位置各布置一瓦斯抽采巷道，分别为顶抽巷和底抽巷；

B、钻孔布置：瓦斯抽采巷道开掘完成后，沿顶抽巷底板及底抽巷顶板布置钻孔位置，在瓦斯抽采巷道同一垂直切面上间隔布置注水钻孔和瓦斯抽采钻孔，其中注水钻孔直径为42～50mm，瓦斯抽采钻孔直径为90～100mm；所述的注水钻孔钻进到煤岩层接触面上，瓦斯抽采钻孔钻进到煤层中部位置；注水钻孔的末端距离两侧抽采钻孔的水平距离相等；在沿巷道掘进方向相邻的钻孔布设位置间距为15～20m；

C、瓦斯抽采及注水：钻孔布置完毕后，利用瓦斯抽采设备及瓦斯抽采钻孔对整个工作面煤体持续进行瓦斯抽采，直到工作面回采结束；瓦斯抽采工作开始后，利用注水设备通过注水钻孔向煤岩层接触面注入高压水，注水工作按照注水钻孔顺序依次进行；

D、结束注水：当第一个钻孔注水压力突然降至低值或抽采出瓦斯湿度明显降低时，停止该钻孔注水，并利用下一注水钻孔继续进行高压注水，直到全部注水钻孔注水结束。

作为本发明的一种改进，在瓦斯抽采巷道同一垂直切面上注水钻孔和瓦斯抽采钻孔呈扇形布置，且最外侧瓦斯抽采钻孔的末端距工作面边界为10～20m，相邻两个瓦斯抽采钻孔的末端间距在25～30m之间。