高突煤层三位一体综合防突的方法

摘要

本发明公开的高突煤层三位一体综合防突的方法，涉及瓦斯突出防治技术领域。该方法首先对底板岩巷与上部煤巷的空间层位关系进行优化，然后施工钻孔并进行卸压瓦斯抽采，待瓦斯抽采结束后，向钻孔内注浆加固煤巷及其周围煤体。本发明通过对底板岩巷空间层位的优化，能够避免因底板岩巷的存在而导致的煤巷区域出现应力集中的现象，降低煤体弹性潜能，从工程设计的角度降低煤与瓦斯突出危险性，操作简单、成本低、安全性高；同时，综合底板岩巷空间层位优化、水力冲孔卸压增透强化瓦斯抽采以及钻孔注浆加固三种技术，分别从降低弹性潜能、消除瓦斯内能和强化煤体力学强度的角度出发，层层递进，逐级消除煤与瓦斯突出危险性，消突效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及瓦斯突出防治技术领域，具体涉及高突煤层岩巷优化-瓦斯抽采-注浆加固三位一体综合防突的方法。

背景技术

随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭，未来深部煤炭开采将成为常态。但是，进入深部以后，煤层普遍具有高地应力、高瓦斯压力以及强塑性变形的特性，导致煤与瓦斯突出灾害更加严重，灾害发生门槛更低、影响范围更广，严重威胁矿井的安全生产。

针对上述问题，人们提出了施工底板岩巷进行煤矿井下瓦斯抽采防突。但是，不合理的底板岩巷空间层位布置会导致上部煤巷区域出现严重的应力集中，增加突出的风险。同时，对于突出煤层，其透气性系数通常较低，传统的瓦斯抽采效果差，需要依靠水力冲孔技术来强化瓦斯抽采。但是，由于水力冲孔的卸压作用，进行水力冲孔后，煤体通常破碎严重，煤巷区域内煤体强度极低，不利于防突。

此外，进入深部以后，常出现低指标突出的情况，即煤层残余瓦斯含量和压力均降低到临界值以下后，仍然会发生突出。针对这一问题，学术界进行了大量研究，提出了一系列的煤与瓦斯突出防治技术。但是，煤与瓦斯突出防治是一个复杂的系统工程，单一防治技术效果差，常出现顾此失彼的情况。

因此，为了实现深部煤层煤巷掘进过程的高效防突，急需寻求全新的煤与瓦斯突出防治技术，以满足煤矿井下安全、高效生产的需要。

发明内容

根据本发明的目的提出的一种高突煤层三位一体综合防突的方法，包括以下步骤：

步骤一：根据实验地点的地质条件，开展数值模拟研究，获得底板岩巷不同空间层位布置条件下煤巷周围应力分布情况。

步骤二：选择煤巷周围应力集中程度最低且煤巷与底板岩巷距离最小的位置作为底板岩巷的空间层位。

步骤三：从底板岩巷向上部煤层施工穿层钻孔，钻孔进入煤层的顶板一定距离。

步骤四：对所有钻孔进行水力冲孔，形成卸压空间和扰动裂隙。

步骤五：封堵钻孔并联网进行瓦斯抽采。

步骤六：抽采一段时间后，当煤层残余瓦斯含量和瓦斯压力降低到临界值以下时，对煤巷区域钻孔和煤巷两帮附近钻孔进行注浆，形成浆液充填区，加固煤体。

优选的，步骤一中，通过获取实验地点的岩层分布及其对应的岩石力学参数，采用FLAC3D数值模拟软件，基于有限差分法计算，获得煤巷周围的应力分布。

优选的，步骤二中，煤巷与底板岩巷的距离确定包括煤巷底部与底板岩巷顶部的垂直距离，记为h，以及煤巷右边界和底板岩巷左边界的水平距离，记为l。

优选的，步骤三中，所述钻孔进入煤层的顶板距离为1-2m。

优选的，步骤六中，煤层残余瓦斯含量和瓦斯压力的临界值分别为6m

与现有技术相比，本发明公开的一种高突煤层三位一体综合防突的方法的优点是：

(1)本发明通过对底板岩巷空间层位的优化，能够避免因底板岩巷的存在而导致的煤巷区域出现应力集中的现象，降低煤体弹性潜能，从工程设计的角度降低煤与瓦斯突出危险性，操作简单、成本低、安全性高。

(2)本发明综合底板岩巷空间层位优化、水力冲孔卸压增透强化瓦斯抽采以及钻孔注浆加固三种技术，分别从降低弹性潜能、消除瓦斯内能和强化煤体力学强度的角度出发，层层递进，逐级消除煤与瓦斯突出危险性，消突效果好。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。

图1为底板岩巷布置图。

图2为钻孔布置图；

图中的数字或字母所代表的零部件名称为：

1-底板岩巷；2-煤层；3-煤巷；4-钻孔；41-煤巷区域钻孔；42-煤巷两帮附近钻孔；5-顶板；6-扰动裂隙；7-浆液充填区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

如图1、2所示的一种高突煤层三位一体综合防突的方法，包括以下步骤：

步骤一：获取实验地点的岩层分布及其对应的岩石力学参数，采用FLAC3D数值模拟软件，基于有限差分法计算，获得底板岩巷1不同空间层位布置条件下煤巷3周围应力分布情况。

步骤二：选择煤巷3周围应力集中程度最低且煤巷3与底板岩巷1距离最小的位置作为底板岩巷1的空间层位，以实现对底板岩巷1空间层位的优化，从而避免上部煤巷3周围出现应力集中的现象，降低煤巷3掘进过程中的弹性潜能。具体的，煤巷3与底板岩巷1的距离确定包括煤巷3底部与底板岩巷1顶部的垂直距离h，以及煤巷3右边界和底板岩巷1左边界的水平距离l。

步骤三：从底板岩巷1向上部煤层2施工穿层钻孔4，钻孔4进入煤层3顶板5以内1-2m。

步骤四：对所有钻孔4进行水力冲孔，形成卸压空间和扰动裂隙6。

步骤五：将钻孔4封孔并联网进行瓦斯抽采。

步骤六：抽采一段时间后，当煤层2残余瓦斯含量和瓦斯压力分别降低到临界值6m

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。