一种冲击地压与瓦斯综合防治的采区无煤柱开采方法

摘要

本发明涉及一种冲击地压与瓦斯综合防治的采区无煤柱开采方法，将前采区的采区上山煤柱直接布置于后采区的工作面内，采用沿空留巷将上一工作面的运煤平巷作为下一工作面的进风平巷，实现了整个采区无煤柱回采，避免留设煤柱形成应力集中产生冲击地压。利用前采区布置于煤层中的运煤上山施工预裂抽采顺层钻孔，进行采前煤体预裂、瓦斯预抽与冲击地压防治；同时将轨道上山布置于煤层底板的岩层中，通过梳状钻孔进行瓦斯的全阶段抽采，且其作为后采区的回风上山使用，既不影响前采区上山煤柱的回采又能实现专用回风上山的需求。本发明可以实现冲击地压与瓦斯的综合防治，同时可以大大提高瓦斯防治效果与煤体回采率。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿开采时的冲击地压与瓦斯防治领域，具体为一种冲击地压与瓦斯综合防治的采区无煤柱开采方法。

背景技术

冲击地压又称岩爆，是指井巷或工作面周围煤岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪，是煤矿重大灾害之一。同时煤层中常赋存有瓦斯，冲击地压与瓦斯共存时易产生煤与瓦斯突出，因此在进行煤层开采时需要对冲击地压与瓦斯进行防治，其目的一方面是减小瓦斯造成的瓦斯突出(冲击)，另一方面是减小瓦斯对矿井通风造成的危害，如瓦斯中毒、瓦斯爆炸。现有技术中，针对冲击地压的防治多是预裂卸压，技术成熟；针对瓦斯防治问题，常用Y型通风方式来提高瓦斯排放效果，其在采区边界设置专用的回风上山，将传统的一进一回的U型通风方式改为两进一出的Y型通风方式，大大提高了瓦斯排放效果，但是这种通风方式由于多设置一条专用的回风上山，因此会提高巷道的掘进工作量同时增加了煤柱留设量，浪费了煤炭资源。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出一种冲击地压与瓦斯综合防治的采区无煤柱开采方法，可以提高瓦斯治理效果，提高煤体回采率，其包括如下步骤：

a.掘进本采区轨道上山和本采区运煤上山，本采区轨道上山在左位于煤层下部的岩层中，本采区运煤上山在右位于煤层中；自本采区运煤上山向左沿走向掘进本采区进风平巷和本采区运煤平巷、分别连通前采区进风平巷和前采区运煤平巷；自本采区轨道上山掘进本采区平巷联络巷分别连接本采区进风平巷和本采区运煤平巷；

b.将前采区轨道上山作为本采区回风上山；

c.自前采区运煤上山向左右两侧的煤体内施工预裂抽采顺层钻孔，进行煤体致裂卸压与瓦斯预抽采；

d.自前采区轨道上山向右侧岩层内施工梳状钻孔；

e.将前采区的收作巷作为本采区的切眼；

f.采用沿空留巷技术进行工作面回采，采用Y型通风方式进行本采区工作面的通风；

g.在本采区工作面回采过程中，利用梳状钻孔不断进行瓦斯的抽采。

优选的，采区内仅在左侧设置走向长壁工作面，自上而下依次开采。

优选的，步骤b中，自前采区轨道上山向上掘进回风联络巷至回风大巷，形成本采区回风上山。

优选的，步骤d中，梳状钻孔包括位于岩层内的梳状钻孔水平段和自梳状钻孔水平段间隔垂直向上延伸至煤层的梳状钻孔垂直段，利用梳状钻孔进行瓦斯预抽采。

优选的，步骤d中，梳状钻孔在O型裂隙圈下方施工的密度大于其他位置，和/或梳状钻孔垂直段在O型裂隙圈下方施工的密度大于其他位置。

优选的，步骤f中，自本采区进风平巷、本采区运煤平巷进风，自本采区运煤平巷沿空留巷段回风。

有益效果：1.本发明仅在采区的左侧布置走向长壁工作面，将前采区的采区上山煤柱直接布置于后采区的工作面内，并采用沿空留巷，实现了整个采区无煤柱回采，避免留设煤柱形成应力集中产生冲击地压。

2.本发明利用前采区布置于煤层中的运煤上山施工预裂抽采顺层钻孔，进行采前煤体预裂、瓦斯预抽与冲击地压防治；同时将轨道上山布置于煤层底板的岩层中，通过梳状钻孔进行瓦斯的全阶段抽采(采前、采中、采后)，既能解决工作面冲击地压、瓦斯爆炸、中毒危险，又能解决采空区瓦斯爆炸、火灾危险。

3.本发明可以实现冲击地压与瓦斯的综合防治，同时可以大大提高瓦斯防治效果与煤体回采率。

附图说明

图1是本发明一种冲击地压与瓦斯综合防治的采区无煤柱开采方法采区布置图；

图2是本发明一种冲击地压与瓦斯综合防治的采区无煤柱开采方法回采示意图；

图中：运输大巷1、回风大巷2、回风联络巷3、预裂抽采顺层钻孔4、梳状钻孔5、梳状钻孔水平段51、梳状钻孔垂直段52；

前采区轨道上山F1、前采区运煤上山F2、前采区平巷联络巷F3、前采区进风平巷F4、前采区运煤平巷F5、前采区收作巷F6、前采区采空区F7；

本采区轨道上山B1、本采区运煤上山B2、本采区平巷联络巷B3、本采区进风平巷B4、本采区运煤平巷B5、本采区切眼B6、本采区工作面B7、本采区采空区B8、本采区运煤平巷沿空留巷段B9。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。

如图1-2所示，一种冲击地压与瓦斯综合防治的采区无煤柱开采方法，包括如下步骤：

a.自运输大巷1沿倾向向上掘进出本采区轨道上山B1和本采区运煤上山B2，本采区轨道上山B1在左位于煤层下部15m左右的稳定砂岩中，本采区运煤上山B2在右位于煤层中，两者水平相距30m；轨道上山的利用率高，承担排水、排矸、运料等工作，将其布置于岩层中，利于维护，运输上山主要承担运煤工作，受其他生产工序影响小，即巷道受扰动小，可布置于煤层中，提高施工进度，利于采区快速进入生产阶段；

自本采区运煤上山B2向左沿走向掘进出本采区进风平巷B4和本采区运煤平巷B5、分别连通前采区进风平巷F4和前采区运煤平巷F5，形成本采区工作面B7，本采区进风平巷B4位于倾向偏上，靠近回风上山2，本采区进风平巷B4和本采区运煤平巷B5皆布置于煤层中；采区内共如此设计有4个工作面，每个工作面的宽度约200m，推进长度约1000m；

自本采区轨道上山B1斜向左上方掘进出本采区平巷联络巷B3来连接本采区进风平巷B4和本采区运煤平巷B5；

b.左侧的前采区和右侧的本采区采用相同的巷道布置、瓦斯抽采、煤体回采方式；自前采区轨道上山F1上端部向上掘进回风联络巷3至回风大巷2，形成本采区回风上山；

c.自前采区运煤上山F2向左右两侧的煤体内施工预裂抽采顺层钻孔4，通过预裂抽采顺层钻孔4首先对待回采的煤体进行致裂形成瓦斯运移通道，同时煤体致裂后产生卸压，对冲击地压产生防治作用，之后再利用预裂抽采顺层钻孔4进行瓦斯预抽采(图1-2中仅在本采区第二个工作面内示意出预裂抽采顺层钻孔4)，抽采出的瓦斯通过瓦斯抽采管路自本采区回风上山运输至地面；

顺层钻孔是本领域所公知的瓦斯钻孔施工形式，其整个钻孔皆布置于煤层内，顺着煤层钻进，钻孔施工完毕后通过致裂煤体形成瓦斯运移通道，然后进行瓦斯抽采；本步骤采用长钻孔沿工作面走向施工，可以减少钻机移动次数，提高施工效率；而顺层钻孔的施工数量、间距、预裂压力可根据瓦斯赋存量、瓦斯吸附强度、瓦斯抽采半径等综合确定；

d.自前采区轨道上山F1向右施工梳状钻孔5，梳状钻孔5包括位于岩层内的梳状钻孔水平段51和自梳状钻孔水平段51间隔垂直向上延伸至煤层的梳状钻孔垂直段52，利用梳状钻孔进行瓦斯预抽采(图1-2中仅在第三个工作面内示意出梳状钻孔5)，抽采出的瓦斯通过瓦斯抽采管路自本采区回风上山运输至地面；梳状钻孔在施工时，水平段可平行于煤层施工；其中，梳状钻孔5在O型裂隙圈下方施工的密度大于其他位置，和/或梳状钻孔垂直段52在O型裂隙圈下方施工的密度大于其他位置。

梳状钻孔是近些年新兴的瓦斯抽采钻孔布置形式，其是定向钻孔的一种特殊形式，由于定向钻孔施工时在变向处对钻孔孔壁扰动较大，易塌孔，因此梳状钻孔尤其是其水平段(主孔段)需施工于稳定岩层中，而本发明则是综合考虑上山的维护需求、瓦斯抽采钻孔的施工需求与抽采工艺，进行施工位置的选择与搭配；

顺层钻孔是瓦斯抽采的常用钻孔布置方式，其优点是施工速度快，效率高，前期治理效果好；但是我国瓦斯在煤层中的赋存吸附性强，同时受钻孔施工质量影响，前期的顺层钻孔瓦斯预抽采量有限，在工作面开采时，煤体受开采扰动大，大量裂隙发育与连通，导致大量瓦斯涌出，而顺层钻孔又难于在工作面回采过程中发挥作用，故本发明在顺层钻孔的基础上，增加了梳状瓦斯抽采钻孔，可以进一步提高前期(采前)的瓦斯抽采量，同时在工作面回采过程中可以继续进行瓦斯的抽采，且由于梳状钻孔布置于岩层内，其受到煤体回采的影响较小，稳定性高。

e.采区内仅在左侧设置走向长壁工作面，自上而下依次开采；前采区在收作位置处进行沿空留巷(沿前采区采空区F7倾向)，留设出前采区收作巷F6作为下一采区即本采区的切眼B6，将位于前采区最后(即最下部)一个工作面内的采煤设备(如采煤机、液压支架、刮板输送接、破碎机、转载机等)直接通过前采区收作巷F6搬家至本采区第一个(即最上部)工作面的切眼内；

f.进行本采区工作面B7的回采，采用沿空留巷技术(沿本采区采空区B8走向)，即将上一工作面的运煤平巷作为下一工作面的进风平巷使用；同时采用Y型通风方式进行本采区工作面B7的通风，即自本采区进风平巷B4、本采区运煤平巷B5进风，自本采区运煤平巷沿空留巷段B9回风；

其中，运煤线路具体为：自采煤位置经本采区运煤平巷B5、本采区运煤上山B2、运输大巷1；行人线路为经运输大巷1、本采区轨道上山B1、本采区平巷联络巷B3、本采区进风平巷B4达采煤位置。

通风线路具体为：新鲜的风经运输大巷1、本采区轨道上山B1、本采区平巷联络巷B3、本采区进风平巷B4和本采区运煤平巷B5进入采煤位置，变成乏风，之后乏风经本采区运煤平巷沿空留巷段B9、前采区平巷联络巷F3、本采区回风上山(包括前采区轨道上山F1和回风联络巷3)、回风大巷2排出；同时，在巷道内设置风门进行风流线路的引导。

通过步骤a-b、f中的采区及采区内工作面布置，可以实现整个采区无煤柱开采，即取消了现有技术中的采区上山煤柱以及工作面间的区段煤柱，整个采区无煤柱回采，避免留设煤柱形成应力集中，进而产生冲击地压。

g.在本采区工作面B7回采过程中，利用梳状钻孔5不断进行瓦斯的抽采，既可以对待采煤体预抽，又可以同时对采空区瓦斯进行抽采，有效防灭火；且抽采出的瓦斯通过瓦斯抽采管路自本采区回风上山运输至地面。