专利名称：沿空留巷y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法
技术领域：
本发明涉及煤矿安全生产的方法，更具体地说是一种高瓦斯煤层采煤工作面采空区及顶板覆岩煤层的卸压瓦斯抽采方法。
背景技术：
安徽淮南矿区地处华东腹地，是我国重要的煤能源基地。已探明的煤层均为松软低透气性高瓦斯煤层，瓦斯蕴藏量达5928亿m3。矿区内煤炭资源丰富，可采煤层层数多，煤层富含瓦斯、煤层透气性差；随着向深部开采，瓦斯治理的难度越来越大。据统计，采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的60％以上。为了解决工作面回采时风排瓦斯量，1998年以来淮南矿区研究并实施了走向顶板高位抽放技术，大大降低了采煤工作面瓦斯威胁，但走向高抽巷或长钻孔工程量大，成本高，前期准备工作量大；走向高位抽放有效区域受顶板覆岩结构和关键层位置影响大，合理抽放的区域变化大，层位难以控制，抽放瓦斯效果难以得到充分的保证。同时，传统的U型通风方式，由于采空区漏风携带采空区高浓度瓦斯汇集至工作面上隅角并由风流排出，无论采用高位钻孔、埋管抽放，还是利用高抽巷，都不能从根本上解决上隅角瓦斯超限和瓦斯积聚问题，影响采煤工作面的安全和高效生产。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种工程量小、能够解决上隅角瓦斯超限和瓦斯积聚问题，能够解决回风流瓦斯超限问题，实现采空区高浓度瓦斯抽采利用，保证矿井的安全生产的沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是本发明沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采方法的特点是在沿空留巷采空区顶板卸压区，对于来自开采层和卸压层通过采空区的上覆岩层受采动影响形成的裂隙通道汇集到采空区上部及环形裂隙圈内的解吸游离瓦斯，在沿空留巷内由布置在卸压环形裂隙圈区中的倾向抽采瓦斯钻孔进行抽采，卸压环形裂隙圈位于Y型通风工作面回风沿空留巷的采空区顶板冒落带以上的离层裂隙带内。
本发明的结构特点也在于在煤层开采后，将工作面的上巷采空区侧通过支护形成沿空留巷，作为采煤工作面回风巷，以工作面机巷和材料巷作为进风巷，并以工作面机巷作为主进风巷，进风量占工作面总进风量的2/3至3/4，以材料巷作为辅助进风巷，进风量为工作面总进风量的1/4至1/3，工作面回风由沿空留巷经边界回风巷或回风石门流出，建立沿空留巷Y型工作面通风系统。
在材料巷和沿空留巷中设置抽采瓦斯管道，各倾向抽采瓦斯钻孔与抽采瓦斯管道形成连通，构成所述汇集在采空区上部及环形裂隙圈内的解吸游离瓦斯通过倾向抽采瓦斯钻孔，并通过抽采瓦斯管进入瓦斯抽采系统。
倾向抽采瓦斯钻孔布置的参数选取为倾向抽采瓦斯钻孔终孔位置距采煤工作面回风巷的水平距离为10-30m，距煤层顶板法向距离8-10倍采高，并且不小于30m。
倾向抽采瓦斯钻孔的倾角小于采动卸压角，包括对于缓倾斜煤层，钻孔倾角不大于80°，对于急倾斜煤层，钻孔倾角不大于75°。
倾向抽采瓦斯钻孔的施工时间在采煤工作面采后20m以后，钻孔直径不小于90mm，倾向抽采瓦斯钻孔成组设置，每组数量不少于两只，钻孔偏向工作面的角度60-70°，抽采钻孔组间间距20-25m。
倾向抽采瓦斯钻孔的孔口端下有套管，孔口的封孔长度在开采煤层顶板法向上大于采动规则冒落带的高度，且抽采钻孔法向封孔深度不小于5倍采高。
对于保护层开采工作面，由沿空留巷中施工的倾向抽采瓦斯钻孔直接穿过上保护层，抽采钻孔的倾角小于采动卸压角。
在煤炭采出后，采动空间将原处于原始封闭状态的煤岩层分割成大量的煤岩体，这些煤岩体被大量的采动空间所包围，而采动裂隙成为联系各个煤岩块体和工作面空间的通道。采空区遗煤解吸瓦斯和上、下邻近煤层卸压瓦斯通过采动裂隙流向采空区，并在采空区及其顶板裂隙区内聚集，形成高浓度瓦斯库。本发明由于工作面上、下巷均进风，工作面上隅角处于进风侧，解决了工作面上隅角瓦斯超限问题；工作面实际通过风量较U型通风低，工作面上、下两端压差小，工作面采空区漏风量小，采空区漏风携带的瓦斯量小；沿空留巷通过密实性支护形成较好的封闭区域，易于在工作面采空区形成高浓度瓦斯库。由于瓦斯密度小，采空区瓦斯积聚在工作面采空区上部及其上覆岩层卸压裂隙区。
采动空间存在两种特点相差很大的空隙，即采动空隙和原有空隙。采动空隙比原有空隙特性尺寸和渗透性大得多。大量采动裂隙和原有空隙构成了极复杂的瓦斯流动通道网络，采动裂隙是瓦斯流动的主要通道。煤层开采后的上覆岩层形成两类裂隙，一类是离层裂隙，另一类是竖向破断裂隙。其中，离层裂隙的分布呈现出两个阶段特征第一阶段在工作面初次来压前，随着工作面推进，离层裂隙不断增大，采空区中部离层裂隙最发育；第二阶段是工作面采过100m以后，采空区中部离层裂隙趋于压实，离层裂隙下降，而采空区两侧特别是上部留巷侧离层裂隙仍能保持。在顶板任意高度水平内，在第二阶段时，位于采空区中部的离层裂隙基本被压实，而在采空区上部走向方向上存在一连通的离层裂隙发育区。该离层裂隙发育区的存在，为采空区积存的高浓度瓦斯和上覆卸压煤岩层的卸压瓦斯流动提供了流动通道和空间，是采空区高浓度瓦斯富集区域。本发明正是利用这一留巷形成的聚集瓦斯的采动裂隙“带状裂隙区”进行采空区高浓度瓦斯抽采，是解决工作面留巷回风流瓦斯超限问题和矿井高浓度瓦斯抽采利用问题行之有效的抽采方法。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在1、本发明通过沿空留巷Y型通风在采空区内形成高浓度瓦斯源，倾向抽采瓦斯钻孔布置在沿空留巷形成的聚集瓦斯的采动裂隙“带状裂隙区”，在瓦斯抽采泵负压的作用下，大量的覆岩卸压瓦斯和采空区高浓度瓦斯被抽出，根本上解决上隅角瓦斯超限和瓦斯积聚问题，有效地解决回风流瓦斯超限问题，实现采空区高浓度瓦斯抽采利用，保证了矿井的安全生产。本发明的方法，可抽采的瓦斯浓度达40-90％。
2、本发明抽采瓦斯钻孔为倾向抽采瓦斯钻孔，钻孔依次贯穿采动覆岩冒落带、裂隙带至弯曲沉降带，解决顶板走向抽采瓦斯钻孔布置层位受煤系地层覆岩结构影响需准确研究确定和有效抽采长度短的问题，抽放瓦斯效果得到保证。倾向抽采瓦斯钻孔抽采瓦斯较顶板走向高位钻孔或高抽巷抽采工程量小。
3、本发明沿空留巷Y型通风瓦斯抽采方法，实现无煤柱开采，没有煤柱影响区的应力集中，消除被保护突出煤层应力集中区煤与瓦斯突出危险威胁。在留巷回风巷内优化布置近距离被保护突出煤层卸压瓦斯钻孔，可替代高、底抽巷，工程量大大降低。
4、本发明通过沿空留巷Y型通风瓦斯抽采方法，机电设备和机械等产生的热量，通过进风流带入沿空巷道进入到专用回风巷，采空区内的热量通过沿空巷道直接进入专用回风巷，工作人员全部位于进风流，作业环境显著改善。
5、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。
图面说明
图1为本发明沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法抽采瓦斯原理图。
图2为本发明沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采钻孔布置示意图。
以下通过具体实施方式
，结合附图对本发明作进一步说明具体实施方式
在沿空留巷采空区顶板卸压区，对于来自开采层和卸压层通过采空区上覆岩层受采动影响形成的裂隙通道汇集到采空区上部及环形裂隙圈内的解吸游离瓦斯，在沿空留巷内由布置在卸压环形裂隙圈中的倾向抽采瓦斯钻孔进行抽采，卸压环形裂隙圈位于Y型通风工作面回风留巷的采空区顶板冒落带以上的离层裂隙带内。
为了保证瓦斯抽采效果，瓦斯抽采钻孔的施工顺序、钻孔布置位置及密封性也是关键所在，具体实施中包括
首先，倾向抽采瓦斯钻孔在工作面煤层回采后采空区侧滞后一个周期来压步距，约20-30m开始施工，保证倾向抽采瓦斯钻孔的完整性不因顶板周期来压覆岩冒落而破坏。
其次，倾向抽采瓦斯钻孔的倾角小于采动卸压角，包括对于缓倾斜煤层，钻孔倾角不大于80°，对于急倾斜煤层，钻孔倾角不大于75°。
倾向抽采瓦斯钻孔布置的参数选取为倾向抽采瓦斯钻孔终孔位置距回风巷水平距离10-30m，距煤层顶板法向距离8-10倍采高并不小于30m。
抽采钻孔的施工时间在采煤工作面采后20m以后，钻孔直径不小于90mm，每组抽采钻孔数量不少于2个，钻孔偏向工作面的角度60-70°，抽采钻孔组间间距20-25m。
倾向抽采钻孔孔口端下有套管，孔口的封孔长度在煤层顶板法向上大于采动规则冒落带的高度，且抽采钻孔封孔深度在开采煤层顶板法向上不小于5倍采高。
对于保护层开采工作面，由沿空留巷中施工的抽采瓦斯钻孔直接穿过上保护层，抽采钻孔的倾角小于采动卸压角。
具体实施中，如图1、图2所示，在煤层开采后，将工作面4的上巷采空区侧通过支护3形成沿空留巷7，作为采煤工作面回风巷，以工作面机巷1和材料巷2作为进风巷，并以工作面机巷1作为主进风巷，进风量占工作面总进风量的2/3至3/4，以材料巷2作为辅助进风巷，进风量为工作面总进风量的1/4至1/3，工作面回风由沿空留巷7经边界回风巷8或回风石门流出，建立沿空留巷Y型工作面通风系统。
图2所示，在材料巷2和沿空留巷7中设置抽采瓦斯管道5，各倾向抽采瓦斯钻孔6与抽采瓦斯管道5形成连通，构成所述汇集在采空区上部及环形裂隙圈内的解吸游离瓦斯通过倾向抽采瓦斯钻孔6，并通过抽采瓦斯管5进入瓦斯抽采系统。
煤炭采出后，采动空间将原处于原始封闭状态的煤岩层分割成大量的煤岩体，这些煤岩体被大量的采动空间所包围，而采动裂隙成为联系各个煤岩块体和工作面空间的通道。由于留巷的支撑作用，在采空区上部走向方向上存在一连通的离层裂隙发育区，为采空区积存的高浓度瓦斯和上覆卸压煤岩层的卸压瓦斯流动提供了流动通道和空间。由于采煤工作面一般具有一定的倾角且用上行通风，瓦斯与空气共存时瓦斯将升浮，工作面上部留巷形成的顶板离层裂隙发育区，是采空区高浓度瓦斯富集区域。本实施例利用这一留巷形成的聚集瓦斯的采动裂隙“带状裂隙区”进行采空区高浓度瓦斯抽采，有效解决了工作面留巷回风流瓦斯超限问题和矿井高浓度瓦斯抽采利用的问题。
倾向抽采瓦斯钻孔依次贯穿采动覆岩冒落带、裂隙带至弯曲沉降带，如果在采空区冒落带存在畅通的瓦斯流动通道，则抽采瓦斯流量大、浓度低，不利于采空区漏风控制和抽采的瓦斯利用。倾向抽采瓦斯钻孔孔口端要求下套管，材质为高强度无缝钢管，孔口的封孔长度在法向上应大于采动规则冒落带的高度，原则要求倾向抽采瓦斯钻孔法向封孔深度不小于5倍采高，封孔段要求密实不漏气。实现倾向抽采瓦斯钻孔在裂隙段有较好的瓦斯流动通道，抽采瓦斯浓度高、纯量大。
对于中近距离保护层开采工作面，由留巷回风巷中施工的抽采瓦斯钻孔可直接穿过上保护层，进行被保护层卸压瓦斯抽采。被保护层卸压瓦斯抽采钻孔应布置在保护层开采卸压影响范围内。
权利要求
1.沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法，其特征是在沿空留巷采空区顶板卸压区，对于来自开采层和卸压层通过采空区(9)的上覆岩层受采动影响形成的裂隙通道汇集到采空区上部及环形裂隙圈内的解吸游离瓦斯，在沿空留巷内由布置在卸压环形裂隙圈区中的倾向抽采瓦斯钻孔(6)进行抽采，卸压环形裂隙圈位于Y型通风工作面回风沿空留巷的采空区顶板冒落带以上的离层裂隙带内。
2.根据权利要求1所述的沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法，其特征是在煤层开采后，将工作面(4)的上巷采空区侧通过支护(3)形成沿空留巷(7)，作为采煤工作面回风巷，以工作面机巷(1)和材料巷(2)作为进风巷，并以工作面机巷(1)作为主进风巷，进风量占工作面总进风量的2/3至3/4，以材料巷(2)作为辅助进风巷，进风量为工作面总进风量的1/4至1/3，工作面回风由沿空留巷(7)经边界回风巷(8)或回风石门流出，建立沿空留巷Y型工作面通风系统。
3.根据权利要求2所述的沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法，其特征是在材料巷(2)和沿空留巷(7)中设置抽采瓦斯管道(5)，各倾向抽采瓦斯钻孔(6)与抽采瓦斯管道(5)形成连通，构成所述汇集在采空区上部及环形裂隙圈内的解吸游离瓦斯通过倾向抽采瓦斯钻孔(6)，并通过抽采瓦斯管(5)进入瓦斯抽采系统。
4.根据权利要求1所述的沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法，其特征是所述倾向抽采瓦斯钻孔(6)布置的参数选取为倾向抽采瓦斯钻孔终孔位置距采煤工作面回风巷的水平距离为10-30m，距煤层顶板法向距离8-10倍采高，并且不小于30m。
5.根据权利要求1所述的沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法，其特征是所述倾向抽采瓦斯钻孔的倾角小于采动卸压角，包括对于缓倾斜煤层，钻孔倾角不大于80°，对于急倾斜煤层，钻孔倾角不大于75°。
6.根据权利要求1所述的沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法，其特征是所述倾向抽采瓦斯钻孔的施工时间在采煤工作面采后20m以后，钻孔直径不小于90mm，所述倾向抽采瓦斯钻孔(6)成组设置，每组数量不少于两只，钻孔偏向工作面的角度60-70°，抽采钻孔组间间距20-25m。
7.根据权利要求1所述的沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法，其特征是所述倾向抽采瓦斯钻孔(6)的孔口端下有套管，孔口的封孔长度在开采煤层顶板法向上大于采动规则冒落带的高度，且抽采钻孔法向封孔深度不小于5倍采高。
8.根据权利要求1所述的沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法，其特征是对于保护层开采工作面，由沿空留巷中施工的倾向抽采瓦斯钻孔直接穿过上保护层，抽采钻孔的倾角小于采动卸压角。
全文摘要
沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法，其特征是在高瓦斯采煤工作面沿空留巷采空区顶板卸压区，对于来自开采层和卸压层通过采空区上覆岩层受采动影响形成的裂隙通道汇集到采空区上部及环形裂隙圈内的解吸游离瓦斯，在沿空留巷内由布置在卸压环形裂隙圈中的倾向抽采瓦斯钻孔进行抽采，卸压环形裂隙圈位于Y型通风工作面沿空留巷的采空区顶板冒落带以上的离层裂隙带内。本发明从根本上解决采煤工作面上隅角和回风巷风流瓦斯超限问题，实现高浓度瓦斯抽采利用，提高资源利用率；同时实现高瓦斯煤层无煤柱开采，提高矿井资源回采率，保证采煤工作面的高效、安全开采。
文档编号E21F1/00GK101082283SQ200710024859
公开日2007年12月5日 申请日期2007年6月29日 优先权日2007年6月29日
发明者袁亮, 程桦, 李平, 张士环, 卢平, 郑群, 周德昶, 廖斌琛, 柏发松, 汪经业, 夏抗生, 姚尚文 申请人:淮南矿业(集团)有限责任公司, 安徽建筑工业学院, 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心