专利名称：综放工作面顶板走向长钻孔抽放采空区瓦斯方法
技术领域：
本发明涉及煤矿安全领域，具体涉及一种综放工作面抽放瓦斯的方法。
背景技术：
近年来，随着放顶煤开采技术和装备水平的提升，综放工作面煤炭产量逐年提高。综放工作面落煤强度增大，瞬间瓦斯涌出量成倍增长，特别是特厚煤层大采高综放工作面开采时，由于煤层一次采出厚度大，与普通综放面相比，工作面采动影响范围扩大、原有的瓦斯空间分布发生较大的变化，瓦斯涌出极不均衡，导致工作面回风瓦斯和上隅角瓦斯超限，如果采用的治理技术不当，极易发生瓦斯爆炸事故，造成重大人员伤亡。因此，瓦斯超限问题严重地制约综放工作面高强度开采煤炭优势的发挥，造成巨大的经济浪费。目前所采用的顶板高抽巷封闭抽放采空区瓦斯技术方法，以高抽巷尾部构筑封堵墙的瓦斯综合治理技术方式，瓦斯治理成本过高。
发明内容
本发明的目的是为了降低瓦斯治理中存在的成本高的问题，提供一种综放工作面顶板走向长钻孔抽放采空区瓦斯方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是
综放工作面顶板走向长钻孔抽放采空区瓦斯方法，沿煤层顶板走向钻孔抽采瓦斯，钻孔在垂直方向上布置在顶板裂隙带内，水平方向上布置在回风巷内错30-50m距离的范围内。顶板大直径钻孔抽采瓦斯的关键技术就是钻孔布置参数的确定，确切地说就是确定瓦斯的最优汇集区域，这个汇集区域必须具备4个基本特征
1)汇集区域所在岩层的层位必须在长时间内稳定存在，保证具有相当长的瓦斯抽采时
间
2)具有稳定的高瓦斯浓度，成为采场范围内的一个“瓦斯库”，能保证较高的瓦斯抽采
率；
3)在采动影响下会产生一定的裂隙通道，能使临近层等较大范围处的瓦斯可以源源不断地进入；
4)产生的裂隙通道不能过度畅通，以防大量空气进入，降低抽采浓度和抽采效率。根据矿山岩层移动理论，采场上覆岩层在回采工作面采动以后，可以形成冒落带、裂隙带、弯曲下沉带(“竖三带”)。沿工作面的推进方向又分为煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区(“横三区”)。根据有关“0”形圈和关键层的相关理论分析可知，瓦斯汇集的最优汇集区域位于“竖三带”的裂隙带和“横三区”的离层区内。因此，主要解决“上隅角”瓦斯浓度超限的高抽钻孔应位于“0”形圈靠近回风巷侧的裂隙带；主要抽采邻近层瓦斯、采空区瓦斯的顶板裂隙钻孔应位于“0”形圈内部的裂隙带，如此布置，方可体现钻孔抽放的最大效率。
本发明改变传统的高成本抽放模式，以钻孔抽放代替传统的巷道抽放模式，从而大大降低了煤矿生产成本。
图1为塔山矿8208工作面钻孔抽放平示意图。图2为塔山矿8208工作面钻孔抽放剖面示意图(a)。图3为塔山矿8208工作面钻孔抽放剖面示意图(b)。图4为顶板走向长钻孔抽放系统。
具体实施例方式本发明所述的综放工作面顶板走向长钻孔抽放采空区瓦斯方法，沿煤层顶板走向钻孔抽采瓦斯，钻孔在垂直方向上布置在顶板裂隙带内，水平方向上布置在距回风巷30-50m距离范围内。以同煤集团塔山矿8208综采工作面为例，对本发明要求保护的技术方案做具体说明。根据8208工作面开采以来瓦斯涌出量的现场数据统计，可知工作面绝对瓦斯涌出量在20-50 m3 / min范围之间。正常回采时绝对瓦斯涌出量在25 m3 / min左右，但是在工作面来压期间或机组割尾及移架放煤时，瞬间绝对瓦斯涌出量达到45 m3 / min以上
甚至更高。在8208工作面瓦斯涌出量的组成部分中，采空区涌出所占比重较高，尤其在工作面来压或尾部放煤时，采空区瓦斯涌出量占工作面涌出量的比重达到80%以上，因此，解决采空区瓦斯是治理8208工作面瓦斯的关键。目前8208工作面配风量为2800m3 / min，平均风排瓦斯量为7 m3 / min，抽放瓦斯量为23 m3 / min。通过利用千米钻机施工工作面顶板走向长钻孔，若能抽出15 m3 /min以上的瓦斯，将从根本上解决顶板高抽巷浓度较高以及工作面尾部放煤时瓦斯超限的问题。I)钻孔位置确定
(I)钻孔垂直位置确定
合理的钻孔布置层位是顶板走向长钻孔抽采瓦斯成败的关键，合理层位的确定需要考虑2个因素
(a)钻孔必须布置在裂隙带内，最好位于其中上部位，不可太高或太低，以保证一定的瓦斯浓度和抽采量，又可避免钻孔因岩石的剧烈移动而造成切断、破坏导致抽采失败。(b)布孔层位的岩石性质应尽量选择中硬岩层，避免钻孔布置在泥岩、页岩、煤层等软弱岩层，这样可减少因塌孔而导致钻孔的堵塞。根据工作面实际条件，计算得出8208工作面采空区冒落带高度约为34 m，约为工作面煤层厚度的3倍。若以煤层顶板为准，则可以认为煤层顶板以上22m为冒落带区域，再往上则为裂隙带。各方面综合考虑，设计在垂直方向距工作面煤层顶板30m和40m两个层位均布置钻孔。2)钻孔水平位置确定根据采空区上覆岩层运动及瓦斯运移的理论分析和通风因素对瓦斯流动的影响，结合工作面采空区垮落情况的分析预测，设计在8208工作面水平方向距回风巷30m、40 m、50m处分别布置钻孔。钻孔布置示意图见图1、图2、图3所示。3)钻孔数量布置
根据塔山矿8208工作面瓦斯涌出特点及上文关于采空区瓦斯运移规律的分析，结合钻孔施工时间及施工能力，决定钻场内布置5个钻孔。4)钻场布置
为确保工作面推进过来时，钻孔施工及抽放系统布置能及时到位，开始抽放，实验钻场设计在5208巷回风绕道。5)钻孔施工参数表 表1:钻孔施工参数表
权利要求
1.综放工作面顶板走向长钻孔抽放采空区瓦斯方法，其特征是沿煤层顶板走向钻孔抽采瓦斯，钻孔在垂直方向上布置在裂隙带内，水平方向上布置在距回风巷30-50m距离范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于钻孔长度为800m，钻孔直径为96mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于钻孔的布孔层位选择中硬岩层。
全文摘要
本发明公开了一种综放工作面顶板走向长钻孔抽放采空区瓦斯方法，沿煤层顶板走向钻孔抽采瓦斯，钻孔在垂直方向上布置在裂隙带内，水平方向上布置在距回风巷30-50m距离范围内。钻孔长度为800m，钻孔直径为96mm。钻孔的布孔层位选择中硬岩层。本发明改变了传统的高成本抽放模式，以钻孔抽放代替传统的巷道抽放模式，从而大大降低了煤矿生产成本。
文档编号E21F7/00GK103016047SQ201210554570
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者于斌, 李渊, 杨智文, 孟凡龙, 闫志义, 郭万忠, 高宇平, 杨鑫春, 赵君, 李军, 丁录仕 申请人:大同煤矿集团有限责任公司