一种超长工作面采空离层区卸压瓦斯的抽采方法

摘要

本发明公开了一种超长工作面采空离层区卸压瓦斯的抽采方法，治理上隅角及采空区瓦斯，包括以下步骤：针对超长工作面布置上顺、中顺和下顺三条回采巷，形成上、下顺进风、中顺回风的“W”型通风系统；在所述中顺采空区覆岩上部的“O”形圈内中上部位置布置高位抽采钻孔和高位抽放巷道后进行回采；将所述布置的高位抽采孔和高位抽放巷道连入抽采支管上，再将抽采支管并入矿井瓦斯抽采利用系统进行抽采治理。本发明所述抽采方法能够高效抽采利用采空区离层卸压裂隙带高浓度瓦斯，减小工作面采空区的瓦斯涌出量，杜绝工作面回风及上隅角瓦斯超限与采空区瓦斯爆炸事故，提高工作面生产效率和安全性，确保矿井安全回采。

说明书

技术领域

本发明属于采空区瓦斯治理技术领域，具体是一种超长工作面采空离层区卸压瓦斯的抽采方法。

背景技术

龙滩矿井是西南地区新建的现代化矿井，为了提高工作面产量，实现高产、高效，工作面布置思路由华蓥山矿区惯用的倾斜长150m调整为200-240m；走向长600m调整为800-1600m，形成了大储量综采工作面开采格局。思路的调整，给矿井回采工作面瓦斯治理带来了一定的难度，特别是采空区与上隅角瓦斯治理方面，安全生产隐患突显，主要暴露有以下几点问题：

一、由于工作面倾斜长与走向长的增大，回采推进过程中采空区面积也会由此增大，顶板垮落与管理不好时，易形成大的瓦斯积聚空间；

二、矿井南翼工作面底板裂瓦斯与上覆K2煤层发育，回采后在矿山压力作用下，采空区内易导通高浓度底板裂隙瓦斯与大量遗存K2煤层，增加了采空区瓦斯涌出源，瓦斯涌出较量大；

三、综采工作面采取“U”型通风，上隅角处风路常常处于涡流状态通风不畅，易造成瓦斯积聚。如果采空区瓦斯涌出治理不够恰当，轻则造成工作面停产，而严重时可造成瓦斯爆炸事故。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种超长工作面采空离层区卸压瓦斯的抽采方法，该方法能够有效果解决上隅角瓦斯超限和回风流瓦斯超限问题，治理综采工作面上隅角及采空区瓦斯，实现采空区高浓度瓦斯抽采利用，提高综采工作面的安全性和生产效率。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种超长工作面采空离层区卸压瓦斯的抽采方法，该方法包含：

(1)针对超长工作面布置上、中和下顺槽三条回采巷，形成上、下顺进风，和中顺回风的“W”型通风系统；

(2)在所述中顺槽上方且处于“O”形圈内的卸压裂隙带层位布置高位抽采巷道和抽采钻孔，进行回采；

其中，采空区卸压瓦斯抽采钻孔和高位抽采巷道沿工作面治理走向采用阶段接替式布置，第一阶段是仰斜向上重叠搭接走向高位抽采钻孔抽采治理阶段，治理走向长为工作面走向长的1/4，抽采钻孔布置在工作面中顺槽巷道顶板中；第二阶段是水平走向高位长钻孔抽采治理阶段，抽采钻孔是布置在走向高位抽采巷道正碛头内，高位抽采巷道水平距回风中顺槽一距离，且垂距工作面开采层顶板一距离，施工走向长为工作面走向长的2/4；第三阶段是走向高位抽采巷道抽采治理阶段；

(3)对高位抽采钻孔进行封孔，采用“两堵一注”带压封孔工艺，钻孔前后设置堵头，形成密封式带压注浆室，将配比好的膨胀性水泥浆注入密封式带压注浆室内进行带压充填封堵，隔断筛管抽采区与孔内围岩漏气裂隙的联络通道，高位抽采钻孔封孔深度不小于30m；

(4)在工作面回风的中顺槽及高位抽采巷道内均敷设布置管道内径不小于DN200mm的抽采支管，抽采支管上设置检查嘴与闸阀，并将布置的高位抽采钻孔和高位抽采巷道连入抽采支管上，再将抽采支管并入矿井瓦斯抽采系统，进行采空离层区卸压瓦斯抽采利用；

(5)第一阶段高位抽采钻孔在工作面回采推进一距离后投抽，将所述高位抽采钻孔连入所述中顺槽敷设的抽采支管内进行抽采利用；第二阶段高位抽采钻孔在工作面回采推进至其1/4走向长后投抽，将所述高位抽采钻孔连入高位抽采巷道内敷设的抽采支管内进行抽采利用；第三阶段高位抽采巷道在工作面回采推进至其2/4走向长后投抽，在高位抽采巷道全负压通风附近不超过5m的位置处构筑密闭，并在高位抽采巷道内留设抽放支管进行巷抽。

优选地，在步骤(1)中，所述超长工作面的工作面倾斜长度≥240m；所述中顺槽的回风量为所述上、下顺槽进风的配风量之和；所述上、下顺槽进风的配风量为800～1000m³/min，所述中顺槽的回风量为1600～2000m³/min。

优选地，在步骤(2)中，所述第一阶段的抽采钻孔布置：钻孔成组布置，每组数量不少于4个孔，每组间距40m，钻孔施工直径不小于94mm，钻孔施工倾角20°～30°，施工孔深60m～70m，终孔的钻孔位置在裂隙带层位，距离煤层顶板方向20m～30m。

优选地，在步骤(2)中，所述第二阶段的抽采钻孔布置：至少布置8个钻孔，钻孔施工倾角1°、孔直径不小于113mm，孔深为工作面走向长的1/4，钻孔层位与高位抽采巷道保持一致。

优选地，在步骤(2)中，所述第二阶段的高位抽采巷道布置：高位抽采巷道水平距回风中顺槽6m～10m，垂距工作面开采层顶板20m～30m。

优选地，步骤(2)中所述裂隙带的抽放层位在10～15倍的工作面采高层位处。

优选地，在步骤(3)中，利用封孔泵将配比好的膨胀性水泥浆注入密封式带压注浆室内进行带压充填封堵；所述的封孔泵为机械封孔泵，其为BFK-12/2.4型矿用封孔泵，送浆能力的最大垂距为50m。

优选地，在步骤(3)中，所述的水泥浆配比，硅酸盐水泥：水：石膏粉重量比按2.5：1：0.2配置。

优选地，在步骤(4)中，所述矿井瓦斯抽采系统为地面永久抽采利用系统，该系统安装两台水环真空泵，最大抽气量为324m³/min，额定功率为400kw，抽采系统主管路管径为DN500mm，采区干管路管径为DN350mm。

优选地，在步骤(5)中，第一阶段高位抽采钻孔在工作面回采推进30m后投抽。

本发明的有益效果是：本发明提供的抽采方法将超长工作面调整为“W”型通风系统，抽采工程布置在采空离层双“O”形圈内抽采卸压瓦斯，解决了传统工作面“U”型通风系统下采空区瓦斯抽采效果差、上隅角及回风瓦斯超限频发和安全威胁大等安全技术问题，能够减小工作面采空区的瓦斯涌出量，杜绝工作面回风及隅角瓦斯超限及采空区瓦斯爆炸事故，提高工作面生产效率和安全性，确保矿井安全回采。该方法主要有以下几点有益效果：

1.工作面采用W型通风，上、下顺槽均为进风，通风系统上不存在上隅角瓦斯积聚问题，从而从根本上解决了上隅角瓦斯超限；

2.钻孔与抽采巷道布置在中顺上部覆岩离层卸压裂隙带内，由于回采巷道采用W型布置，因此在工作面采动后中顺上覆围岩采空侧上部形成了双“O”形圈叠加带，增大了卸压增透范围，能够较好的抽采高浓度采空区瓦斯，从而实现高效的抽采治理采空区瓦斯；本发明方法可抽采的瓦斯浓度达20～60％以上；

3.工作面W型通风的巷道布置方式，更有利于工作面采前煤层预抽孔的布置，在上、中、下顺槽布置顺层预抽钻孔有利于防止打钻治灾期间出现的预抽空白带现象，为工作面实现采前预抽达标创造了条件；

4.W型通风的巷道布置方式，可以将工作面回风巷设置为独立的回风巷，因而避免了在回风巷内设置综采相关电气设备，也避免回风粉尘危及职工健康问题，有利于工作面通风瓦斯管理；

5.本发明抽采工程采用高抽钻孔与高位抽放巷道相结合的布置方式，整体上节约了一大部分高抽巷治灾工程量，实现了安全经济效益；

6.本发明方法工艺简单，存在明显的技术优势和推广应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1抽采方法布设的“W”型通风系统、抽采钻孔及抽采巷道的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种超长工作面采空离层区卸压瓦斯的抽采方法，该方法包含：

(1)针对超长工作面布置上、中和下顺槽三条回采巷，形成上、下顺进风，和中顺回风的“W”型通风系统；

(2)在中顺槽上方且处于“O”形圈内的卸压裂隙带层位布置高位抽采巷道和抽采钻孔，进行回采；

其中，采空区卸压瓦斯抽采钻孔和高位抽采巷道沿工作面治理走向采用阶段接替式布置，第一阶段是仰斜向上重叠搭接走向高位抽采钻孔抽采治理阶段，治理走向长为工作面走向长的1/4，抽采钻孔布置在工作面中顺槽巷道顶板中；第二阶段是水平走向高位长钻孔抽采治理阶段，抽采钻孔是布置在走向高位抽采巷道正碛头内，高位抽采巷道水平距回风中顺槽一距离，且垂距工作面开采层顶板一距离，施工走向长为工作面走向长的2/4；第三阶段是走向高位抽采巷道抽采治理阶段；

(3)对高位抽采钻孔进行封孔，采用“两堵一注”带压封孔工艺，钻孔前后设置堵头，形成密封式带压注浆室，将配比好的膨胀性水泥浆注入密封式带压注浆室内进行带压充填封堵，隔断筛管抽采区与孔内围岩漏气裂隙的联络通道，高位抽采钻孔封孔深度不小于30m；

(4)在工作面回风的中顺槽及高位抽采巷道内均敷设布置管道内径不小于DN200mm(DN，公称直径)的抽采支管，抽采支管上设置检查嘴与闸阀，并将布置的高位抽采钻孔和高位抽采巷道连入抽采支管上，再将抽采支管并入矿井瓦斯抽采系统，进行采空离层区卸压瓦斯抽采利用；

(5)第一阶段高位抽采钻孔在工作面回采推进一距离后投抽，将高位抽采钻孔连入中顺槽敷设的抽采支管内进行抽采利用；第二阶段高位抽采钻孔在工作面回采推进至其1/4走向长后投抽，将高位抽采钻孔连入高位抽采巷道内敷设的抽采支管内进行抽采利用；第三阶段高位抽采巷道在工作面回采推进至其2/4走向长后投抽，在高位抽采巷道全负压通风附近不超过5m的位置处构筑密闭，并在高位抽采巷道内留设抽放支管进行巷抽。

进一步地，在步骤(1)中，超长工作面的工作面倾斜长度≥240m；工作面配风量根据瓦斯治理需要计算出来，中顺槽的回风量为上、下顺槽进风的配风量之和；上、下顺槽进风的配风量为800～1000m³/min，中顺槽的回风量为1600～2000m³/min。

进一步地，在步骤(2)中，第一阶段的抽采钻孔布置：钻孔成组布置，每组数量不少于4个孔，每组间距40m，钻孔施工直径不小于94mm，钻孔施工倾角20°～30°，施工孔深60m～70m，终孔的钻孔位置在裂隙带层位，距离煤层顶板方向20m～30m。钻孔施工直径限定94mm以上，孔径越大单孔抽采流量就越大，抽放治理效果就越好。钻孔施工倾角、深度、组距的设定：一方面，是为了让该类钻孔(仰斜向上重叠搭接走向高位抽采钻孔)施工到抽采高浓度采空区瓦斯的卸压裂隙带层位；另一方面，随着工作面的不断回采推进，该类钻孔裂隙带抽采范围将逐渐变少，由于该类钻孔是按一定距离间隔成组布置，在上一组钻孔抽采效果变差的同时，下一组钻孔立即接续在裂隙带层位抽采，确保治理效果。

进一步地，在步骤(2)中，第二阶段的抽采钻孔布置：至少布置8个钻孔，钻孔施工倾角1°、孔直径不小于113mm，孔深为工作面走向长的1/4，钻孔层位与高位抽采巷道保持一致。可采用ZDY4000S或ZDY6000S型大功率钻机施工进行钻孔，大功率钻机能够提供工作效率。第二阶段水平走向高位长钻孔，钻孔施工倾角要求水平与高抽巷施工层位保持一至，倾角1°左右即可。因为高抽巷是布置在裂隙带层位，钻孔沿碛头水平施工，始终保持在这个裂隙带层位，若倾角施工过大会导致钻孔偏出裂隙带层位影响抽放治理效果。钻孔施工深度(即孔深)越长越好，越长该阶段抽放治理的时间就越长，高抽巷的工过程量就可优化减少，一般水平走向高位长钻孔施工深度应不小于200m。

进一步地，在步骤(2)中，第二阶段的高位抽采巷道布置：高位抽采巷道水平距回风中顺槽6m～10m，垂距工作面开采层顶板20m～30m。高位抽巷布置层位的选择直接影响采空区瓦斯抽放效果的好坏，一般高位抽采巷道需布置在裂隙带层位。

进一步地，步骤(2)中裂隙带的抽放层位在10～15倍的工作面采高层位处。高位抽采巷道和抽采钻孔施工到该层位后，能够较好的抽放治理采空区瓦斯。

进一步地，在步骤(3)中，利用封孔泵将配比好的膨胀性水泥浆注入密封式带压注浆室内进行带压充填封堵；封孔泵为机械封孔泵，其为BFK-12/2.4型矿用封孔泵，送浆能力的最大垂距为50m。

进一步地，在步骤(3)中，水泥浆配比，硅酸盐水泥：水：石膏粉重量比按2.5：1：0.2配置。

进一步地，在步骤(4)中，矿井瓦斯抽采系统为地面永久抽采利用系统，该系统安装两台水环真空泵，最大抽气量为324m³/min，额定功率为400kw，抽采系统主管路管径为DN500mm，采区干管路管径为DN350mm。

进一步地，在步骤(5)中，第一阶段高位抽采钻孔在工作面回采推进30m后投抽。

为了更加具体地说明本发明提供的一种超长工作面采空离层区卸压瓦斯的抽采方法，以下结合附图和实施例1进行详细说明。

实施例1

对于大储量超长综采工作面上隅角及采空区瓦斯治理方案，提出调整工作面回采巷道布置方式，由传统的U型通风调整为W型通风，依靠布置在采空离层卸压环形裂隙圈内的抽采钻孔及抽采巷道，进行采空区瓦斯抽采利用，实现对工作面上隅角及采空区瓦斯安全、绿色、高效治理的目的。

如图1所示，为本发明实施例1抽采方法布设的“W”型通风系统、抽采钻孔及抽采巷道的结构示意图(图中10为采空区，20为压实区)，为了确保治理效果，具体实施中包括：

S1：针对超长工作面布置上顺槽(1)、中顺槽(2)和下顺槽(3)三条回采巷，形成上、下顺进风、中顺回风的“W”型通风系统，其中上、下顺分别配风量1000m³/min，中顺回风量2000m³/min；

S2：回采前在中顺槽(2)上方提前布置高位抽采巷道(4)及抽采钻孔(5)，并要确保布置的层位是在“O”形圈内的卸压裂隙带中上部，以进行回采；

其中，采空区卸压瓦斯抽采钻孔和高位抽采巷道(4)沿工作面治理走向采用阶段接替式布置，第一阶段是仰斜向上重叠搭接走向高位抽采钻孔抽采治理阶段，治理走向长为工作面走向的1/4，抽采钻孔(5)是布置在工作面中顺槽(2)巷道顶板中，钻孔成组布置，每组数量不少于4个孔，每组间距40m，钻孔施工直径不小于94mm，钻孔施工倾角20°～30°，施工孔深60m～70m，钻孔终孔在裂隙带层位，距离煤层顶板法向距离20m～30m；第二阶段是水平走向高位长钻孔抽采治理阶段，抽采钻孔(5)是布置在走向高位抽采巷道(4)正碛头内，采用ZDY4000S或ZDY6000S型大功率钻机施工，至少布置8个钻孔，钻孔施工倾角1°、孔直径不小于113mm，孔深为工作面走向长的1/4，钻孔层位与高位抽采巷道(4)保持一致；高位抽采巷道(4)水平距回风中顺槽(2)高帮6m～10m，垂距工作面开采层顶板20m～30m，施工走向长为工作面走向长的2/4；第三阶段是走向高位抽放巷抽采治理阶段，进入该阶段抽采治理后需提前在高位抽采巷道(4)全负压通风附近不超过5m位置处构筑密闭，并留设抽采管道进行巷抽；

S3：高位抽采钻孔封孔技术要求：

(一)采用“两堵一注”带压封孔工艺，钻孔前后设置堵头，形成密封式带压注浆室，利用机械封孔泵将配比好的膨胀性水泥浆注入密封式带压注浆室内进行带压充填封堵，隔断筛管抽采区与孔内围岩漏气裂隙的联络通道；

(二)封孔泵选用BFK-12/2.4型矿用封孔泵，送浆能力的最大垂距为50m；

水泥浆配比，硅酸盐水泥：水：石膏粉重量比按2.5：1：0.2配置；

(三)高位抽采钻孔封孔深度不小于30m；

S4：在工作面回风中顺及高位抽采巷道(4)内均敷设布置管道内径不小于DN200mm的PVC抽采支管，抽采支管上设置检查嘴与闸阀，并将布置的高位抽采钻孔和高位抽采巷道(4)连入抽采支管上，再将抽采支管并入矿井瓦斯抽采系统进行采空离层区卸压瓦斯抽采利用；

S5：第一阶段高位抽采钻孔投抽时间是当工作面回采推进30m后，钻孔连入中顺槽(2)敷设的抽采支管内进行抽采利用；第二阶段高位抽采钻孔投抽时间是当工作面回采推进至1/4走向长后，钻孔连入高位抽采巷道(4)内敷设的抽采支管(6)内进行抽采利用；第三阶段高位抽采巷道(4)投抽时间是当工作面回采推进至2/4走向长后，高位抽采巷道(4)全负压通风附近不超过5m位置处构筑密封墙(7)，巷内留设抽放支管进行巷抽。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。