基于千米定向钻孔的采动裂隙带瓦斯抽采技术方法

摘要

一种基于千米定向钻孔的采动裂隙带瓦斯抽采技术方法，在分析采煤工作面上覆岩层裂隙发育和瓦斯运移规律基础上，确定千米定向钻孔的层位、长度、数量、间距、抽采负压、抽采时间等技术参数，然后利用千米定向钻机在回风侧的钻场中向采空区上部裂隙带施工若干千米定向钻孔，对采动裂隙带中的瓦斯进行抽采，直至采煤工作面回采结束。该方法抽采效果好、施工成本低、工程周期短、工作效率高、能够有效解决上隅角和采空区瓦斯积聚超限问题。

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种煤矿井下瓦斯抽采技术方法，尤其是基于千米定向钻孔的采动裂隙带瓦斯抽采技术方法，适用于上隅角和采空区瓦斯积聚超限问题的治理。

技术背景

煤炭是我国的主体能源，煤炭的大量开采导致煤矿开采深度逐年增大，进而导致煤层瓦斯压力与瓦斯含量逐渐增加，瓦斯涌出量不断增大。对于近距离煤层群而言，工作面开采过程中，顶板岩层内形成大量的裂隙，邻近层瓦斯及本煤层采空区瓦斯在顶板裂隙带内大量积聚，造成工作面上隅角瓦斯集聚和超限，对矿井安全生产造成威胁。针对此问题，大多数矿井的解决办法是在开采层顶部处于采动影响形成的裂隙带内施工高抽巷，使顶板裂隙带瓦斯在抽采负压作用下沿裂隙进入高抽巷内，经抽采管路将高浓度瓦斯抽出；或从风巷中每隔一定距离施工钻场，从钻场中向工作面采空区方向施工顶板走向钻孔，拦截顶板裂隙带瓦斯涌入回采工作面。

然而，高抽巷施工周期长，成本高，影响采掘工期，在当今的煤炭形势下，已经越来越不适合。从钻场向工作面采空区方向施工顶板走向钻孔，只有在裂隙带层位上布置钻孔，抽采效果才理想，但随着工作面的推进，孔端逐渐进入冒落带，而且随着顶板跨落容易导致抽采气体量过大，无法抽采高浓度瓦斯或直接被堵死失去作用，需要重新打孔，耗时耗力。因此，如何对采动裂隙带内的瓦斯进行高效抽采，保障回采工作面的安全生产，是摆在现场工程科技人员面前的一道难题。

发明目的

本发明的目的是提供一种抽采效果好、施工成本低、工程周期短、工作效率高、能够有效解决上隅角和采空区瓦斯积聚超限问题的基于千米定向钻孔的采动裂隙带瓦斯抽采技术方法。

技术方案

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

a.结合煤矿地质条件、煤层赋存规律和采煤工作面开采条件，综合采用矿山压力与岩层控制理论和UDEC离散元模拟软件，计算采煤工作面上覆岩层三带(垮落带、裂隙带和弯曲下沉带)发育高度，分析上覆岩层垮落、断裂和离层特征及其演化规律，确定上覆岩层中裂隙密集发育位置和瓦斯富集区域；

b.根据采煤工作面开采条件和瓦斯赋存规律，研究采煤工作面采场瓦斯运移规律，对比分析千米定向钻孔的层位、长度、数量、间距、抽采负压、抽采时间等技术参数对采动裂隙带瓦斯运移的影响，研究千米定向钻孔的技术参数与瓦斯运移规律之间的耦合关系，初步确定千米定向钻孔的合理技术参数；

c.在距离采区大巷较近的回风巷中施工一3m×3m×3m的钻场；

d.利用千米定向钻机在钻场中向采空区上部裂隙带施工若干千米定向钻孔，千米定向钻孔的层位、长度、数量、间距等技术参数由步骤b确定；

e.将瓦斯抽采管端头安置在千米定向钻孔内，并进行封孔，使瓦斯抽采管一端连接千米定向钻孔，另一端连接到瓦斯抽采系统中；

f.根据步骤b所确定的抽采负压、抽采时间等技术参数，调节瓦斯抽采系统的抽采负压，打开管道阀门，对采动裂隙带中的瓦斯进行抽采，直至采煤工作面回采结束；

g.实测千米定向钻孔的瓦斯抽采流量、浓度等抽采数据，分析千米定向钻孔的层位、长度、数量、间距、抽采负压、抽采时间等技术参数与瓦斯抽采数据的对应关系，进一步优化确定适用的千米定向钻孔的技术参数，并在下一采煤工作面采动裂隙带瓦斯抽采工作中进行应用。

本发明的有益效果：

(1)本发明根据采煤工作面上覆岩层的裂隙发育规律，确定瓦斯抽采钻孔的合理技术参数，提高了瓦斯抽采率，能够有效解决上隅角和采空区瓦斯积聚超限问题，方法简单易行、技术可靠性强；

(2)本发明通过千米定向钻机施工千米定向钻孔，钻机的定位能力强、施工成本低、工程周期短，大幅提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明的技术方法平面示意图。

图2是本发明的技术方法剖面示意图。

图中，1-采煤工作面，2-垮落带，3-裂隙带，4-弯曲下沉带，5-千米定向钻孔，6-采区大巷，7-回风巷，8-钻场，9-采空区，10-抽采系统，11-进风巷。

具体实施方式

下面结合附图1和2对本发明的实施作进一步分析描述：

本发明的基于千米定向钻孔的采动裂隙带瓦斯抽采技术方法，包括采煤工作面1、垮落带2、裂隙带3、弯曲下沉带4、千米定向钻孔5、采区大巷6、回风巷7、钻场8、采空区9、抽采系统10、进风巷11，具体操作步骤如下：

a.结合煤矿地质条件、煤层赋存规律和采煤工作面1开采条件，综合采用矿山压力与岩层控制理论和UDEC离散元模拟软件，计算采煤工作面1上覆岩层三带(垮落带2、裂隙带3和弯曲下沉带4)发育高度，分析上覆岩层垮落、断裂和离层特征及其演化规律，确定上覆岩层中裂隙密集发育位置和瓦斯富集区域；

b.根据采煤工作面1开采条件和瓦斯赋存规律，研究采煤工作面采场瓦斯运移规律，对比分析千米定向钻孔5的层位、长度、数量、间距、抽采负压、抽采时间等技术参数对采动裂隙带瓦斯运移的影响，研究千米定向钻孔5的技术参数与瓦斯运移规律之间的耦合关系，初步确定千米定向钻孔5的合理技术参数；

c.在距离采区大巷6较近的回风巷7中施工一3m×3m×3m的钻场8；

d.利用千米定向钻机在钻场8中向采空区9上部裂隙带3施工若干千米定向钻孔5，千米定向钻孔5的层位、长度、数量、间距等技术参数由步骤b确定；

e.将瓦斯抽采管端头安置在千米定向钻孔5内，并进行封孔，使瓦斯抽采管一端连接千米定向钻孔5，另一端连接到瓦斯抽采系统10中；

f.根据步骤b所确定的抽采负压、抽采时间等技术参数，调节瓦斯抽采系统10的抽采负压，打开管道阀门，对采动裂隙带3中的瓦斯进行抽采，直至采煤工作面1回采结束；

g.实测千米定向钻孔5的瓦斯抽采流量、浓度等抽采数据，分析千米定向钻孔5的层位、长度、数量、间距、抽采负压、抽采时间等技术参数与瓦斯抽采数据的对应关系，进一步优化确定适用的千米定向钻孔5的技术参数，并在下一采煤工作面采动裂隙带瓦斯抽采工作中进行应用。