专利名称：低透气性高瓦斯软厚煤层远程卸压瓦斯抽放方法
技术领域：
本发明涉及煤矿安全生产方法。更具体地说是一种煤层瓦斯预抽方法。
背景技术：
安徽淮南矿区地处华东腹地，是我国重要的能源基地。矿区内煤炭资源丰富，可采煤层层数多，卸压煤层赋存稳定、厚度较大。淮南矿区主采煤层13#煤层平均厚度6m，煤层原始瓦斯压力为4.4MPa，瓦斯含量为13m3/t，煤层透气性系数为0.01135m2/(MPa2.d)，是一典型的低透气性高瓦斯软厚突出危险煤层。在该煤层的开采过程中曾多次发生煤与瓦斯突出事故和造成多人死亡的特大瓦斯爆炸事故，煤层巷道掘进速度仅为40～60m，综采工作面平均产量仅为1700t/d，工作面相对瓦斯涌出量25m3/d，回风流中的瓦斯浓度按1.5％放限管理。如果将工作面产量提高到5000t/d，工作面瓦斯涌出量将高达87m3/min。由此可见，不采取有效的瓦斯抽放方法就不能实现安全高效集约化生产。在淮南矿区采用传统的煤层瓦斯预抽方法，煤层瓦斯抽放率低于15％，而要实现安全高效集约化生产煤层瓦斯抽放率应达到60％以上。
目前已有的抽放瓦斯的方法还包括开采煤层顶板高抽巷法和开采煤层顶板长距离穿层钻孔法。其中，顶板高抽巷法是将抽放巷道布置在顶板裂隙带内，卸压瓦斯沿竖向破断裂隙形成的流动通道向抽放巷道汇集，这一方法对于处在裂隙带内的煤层具有良好的抽放效果，而对于处在弯曲下沉带内的卸压煤层，由于没有竖向破断裂隙，无法形成瓦斯沿层间向高抽巷汇集的流动条件，故不能有效地抽放卸压煤层的瓦斯。顶板长距离穿层钻孔法是由开采煤层回风巷向卸压煤层打长距离穿层抽放钻孔，由于钻孔要穿过垮落带，钻孔将与采空区导通而出现短路，故此法不能有效地抽放远程卸压煤层的瓦斯。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是避免上述现有技术中所存在的不足之处，提供一种低透气性高瓦斯软厚煤层远程卸压瓦斯抽放方法，有效科学地提高低透气性高瓦斯软厚煤层瓦斯抽放率，使煤层瓦斯抽放率由原来15％提高到60％以上，以实现煤矿安全高效集约化生产。
发明内容
本发明方法的特点是低透气性高瓦斯软厚煤层远程卸压瓦斯抽放方法，其特征是首先开采距卸压煤层70m的下部、相对层间距为30至40倍的采煤层，受采动卸压与下沉作用，在卸压煤层中形成顺层张裂隙的卸压裂隙，预先由卸压煤层底板瓦斯抽放巷向卸压煤层打出上向网格式穿层抽放钻孔，卸压瓦斯沿顺层张裂隙向抽放钻孔汇集，并通过抽放管路得以抽放。
开采煤层开采之后，在其采空区上方将形成垮落带、裂隙带和弯曲下沉带。距开采煤层上部70m、相对层间距35倍(层间距与开采煤层的厚度之比)的卸压煤层处在弯曲下沉带内。受开采煤层的采动影响，卸压煤层产生膨胀变形与开裂，在煤体内形成以顺层张裂隙为主的卸压裂隙，煤层透气性系数由原来的0.01135m2/(MPa2.d)的增加到32.678m2/(MPa2.d)，增加了2880倍。在卸压煤层内大面积地产生瓦斯解吸和顺层流动的条件。此时，由于卸压煤层及其底板一定范围内没有竖向破断裂隙，无法形成卸压瓦斯沿层间向下方开采煤层流动的条件，必须在开采之前由卸压煤层底板瓦斯抽放巷向卸压煤层地打出上向网格式穿层抽放钻孔，及时地将煤层中的卸压瓦斯抽放出来。本发明能够大面积、有效地降低卸压煤层的瓦斯含量，实现卸压煤层的安全高效回采。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在1、本发明通过卸压煤层底板瓦斯抽放巷向卸压煤层均匀地打出网格式上向穿层抽放钻孔，使卸压瓦斯在抽放负压的作用下沿顺层张裂隙向抽放钻孔汇集，由抽放管路进行抽放，从而大面积、有效地降低卸压煤层的瓦斯含量。
2、采用本发明可使层间距70m，相对层间距为30至40倍条件下的卸压煤层瓦斯抽放率达60％以上，煤层瓦斯含量由13m3/t降为5m3/t。在卸压抽放区域内全面地消除了卸压煤层的煤与瓦斯突出危险性，煤巷月掘进速度由原来的40～60m，提高到200m以上。采煤工作面平均产量由原来的1700t/d提高到5100t/d；相对瓦斯涌出量由原来的25m3/t降低到5.0m3/t；回风流平均瓦斯浓度由原来的1.15％降低到0.5％。实现了低透气性高瓦斯软厚煤层的安全高效回采，同时大量的瓦斯抽放也减少了瓦斯对臭氧层的破坏作用。
附图
为本发明方法具体应用的煤层断面示意图。
图中标号1开采煤层、2卸压煤层、3抽放钻孔、4底板瓦斯抽放巷、5弯曲下沉带、6裂隙带、7冒落带。
具体实施例方式针对淮南矿区，首先开采距13#卸压煤层2的70m下部、相对层间距为30至40倍的11#开采煤层1。受采动卸压与下沉作用，在13#卸压煤层2中形成顺层张裂隙的卸压裂隙，预先由卸压煤层2底板瓦斯抽放巷4向卸压煤层2打出上向网格式穿层抽放钻孔3，卸压瓦斯沿顺层张裂隙向抽放钻孔3汇集，并通过抽放管路得以抽放。
具体实施中1、关于底板瓦斯抽放巷道的合理位置。
根据矿压理论，11#开采煤层1开采之后，其上覆岩层将形成冒落带7、裂隙带6和弯曲下沉带5。根据安徽淮南潘一矿实际测定，冒落带7高度为8.5～11.0m，裂隙带6高度为30.1～36.1m，13#卸压煤层及其下部30m范围内的煤岩层处在开采煤层回采形成的弯曲下沉带5内。如果底板瓦斯抽放巷4位置过低，巷道可能进入裂隙带6内，将造成巷道维护困难，同时由于围岩形成的裂隙使瓦斯抽放钻孔封孔段和矿井大气沟通，抽放瓦斯浓度低，抽放效果差，可能造成大量瓦斯向底板抽放巷涌出，产生瓦斯爆炸隐患。如果底板瓦斯抽放巷4位置过高，巷道距13#煤层较近，巷道可能误穿突出煤层而产生突出事故，同时给抽放钻孔3的施工造成困难。综合上述因素并考虑到参数考察工作的需要，我们将瓦斯抽放巷4布置在13#煤层底板10～20m的弯曲下沉带5中。
2、关于抽放钻场及抽放钻孔参数。
通过瓦斯抽放过程的模拟计算分析，我们得出在有效的抽放期内，抽放钻孔直径为90mm，穿层钻孔有效抽放半径为15～20m，抽放钻孔在卸压煤层中均匀分布。为此，可以在底板瓦斯抽放巷内每隔30～40m布置一个钻场，钻场垂直于底板瓦斯抽放巷水平布置，每个钻场长度5m，净断面约为6m2。钻孔开孔位置位于钻场顶部。
3、有效的瓦斯抽放时间通过远程卸压瓦斯流动规律考察发现，远程采动卸压瓦斯流动存在一个活跃期，在该期间内及时抽放可以获得稳定高产的卸压瓦斯流，提高煤层瓦斯抽放率。受开采煤层采动影响的高效瓦斯抽放时间约为2个月，高效走向抽放距离为160m，同时起作用的钻场数为4～5个，同时抽放钻孔数为16～20个，平均单孔瓦斯抽放量在1.0m3/min左右。连续抽放时间4个月后，煤层瓦斯抽放率可达60％以上。
权利要求
1.低透气性高瓦斯软厚煤层远程卸压瓦斯抽放方法，其特征是首先开采距卸压煤层(2)70m的下部、相对层间距为30至40倍的开采煤层(1)，受采动卸压与下沉作用，在卸压煤层(2)中形成顺层张裂隙的卸压裂隙，预先由卸压煤层底板瓦斯抽放巷(4)向卸压煤层(2)打出上向网格式穿层抽放钻孔(3)，卸压瓦斯沿顺层张裂隙向抽放钻孔(3)汇集，并通过抽放管路得以抽放。
2.根据权利要求1所述的低透气性高瓦斯软厚煤层远程卸压瓦斯抽放方法，其特征是所述瓦斯抽放巷(4)位于卸压煤层(2)底板10～20m的弯曲下沉带(5)中。
3.根据权利要求1所述的低透气性高瓦斯软厚煤层远程卸压瓦斯抽放方法，其特征是所述穿层抽放钻孔(3)直径为90mm、有效抽放半径为15～20m、在卸压煤层(2)中均匀分布。
4.根据权利要求3所述的低透气性高瓦斯软厚煤层远程卸压瓦斯抽放方法，其特征是在底板瓦斯抽放巷(4)内每隔30～40m布置一个钻场，钻场垂直于底板瓦斯抽放巷(4)水平布置，每个钻场长度5m，净断面为约为6m2，穿层抽放钻孔的开孔位置位于钻场顶部。
全文摘要
低透气性高瓦斯软厚煤层远程卸压瓦斯抽放方法，其特征是首先开采距卸压煤层70m的下部、相对层间距为30至40倍的采煤层，受采动卸压与下沉作用，在卸压煤层中形成顺层张裂隙的卸压裂隙，预先由卸压煤层底板瓦斯抽放巷向卸压煤层打出上向网格式穿层抽放钻孔，卸压瓦斯沿顺层张裂隙向抽放钻孔汇集，并通过抽放管路得以抽放。开采煤层开采之后，在卸压煤层内大面积地产生瓦斯解吸和顺层流动的条件。通过网格式穿层抽放钻孔，使卸压瓦斯沿顺层张裂隙及时向抽放钻孔汇集，取得良好的瓦斯预抽效果。本发明能够大面积、有效地降低卸压煤层的瓦斯含量，实现卸压煤层安全高效集约化生产。
文档编号E21F7/00GK1534164SQ0311309
公开日2004年10月6日 申请日期2003年3月28日 优先权日2003年3月28日
发明者袁亮, 俞启香, 李平, 程远平, 刘永庆, 廖斌琛, 金学玉, 童云飞, 叶发先, 蒋承林, 袁 亮 申请人:淮南矿业(集团)有限责任公司, 中国矿业大学