一种煤矿采空区相邻工作面卸压范围测定方法与流程

本发明涉及瓦斯治理技术领域，具体地说是一种适用于埋藏深度小于700m、煤层坚固性系数较大煤层的井下采空区跨落对相邻工作面煤层卸压影响范围的测定方法。

背景技术：

根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十五条规定：区域防突措施是指在突出煤层进行采掘前，对突出煤层较大范围采取的防突措施。区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯两类。预抽煤层瓦斯可采用的方式有：地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽石门(含立、斜井等)揭煤区域煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯等。

根据《煤矿安全规程》第二百一十条规定：有下列条件之一的突出煤层，不得将在本巷道施工顺煤层钻孔预抽煤巷条带瓦斯作为区域防突措施:

(一)新建矿井的突出煤层；

(二)历史上发生过突出强度大于500t/次的；

(三)开采范围内煤层坚固性系数小于0.3的；或者煤层坚固性系数为0.3～0.5，且埋深大于500m的；或者煤层坚固性系数为0.5～0.8，且埋深大于600m的；或者煤层埋深大于700m的；或者煤巷条带位于开采应力集中区的。

因此，煤巷条带施工的适用条件为：新井没有突出危险性的高瓦斯煤层或历史上未发生过突出强度小于500t/次煤与瓦斯突出的煤层，并且煤巷条带不得位于开采应力集中区的。其中煤层坚固性系数大于0.5时，煤层埋深小于500m；煤层坚固性系数大于0.8时，煤层埋深小于600m；或者煤层埋深小于700m。

根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十九条规定：采取各种方式的预抽煤层瓦斯区域防突措施时，应当符合下列要求：

(一)穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制区段内的整个开采块段、两侧回采巷道及其外侧一定范围内的煤层。要求钻孔控制回采巷道外侧的范围是：倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m；其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m。以上所述的钻孔控制范围均为沿层面的距离，以下同；

(二)穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制整条煤层巷道及其两侧一定范围内的煤层。该范围与本条第(一)项中回采巷道外侧的要求相同；

(三)顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制整个开采块段的煤层；

(四)穿层钻孔预抽石门(含立、斜井等)揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施应当在揭煤工作面距煤层的最小法向距离7m以前实施(在构造破坏带应适当加大距离)。钻孔的最小控制范围是：石门和立井、斜井揭煤处巷道轮廓线外12m(急倾斜煤层底部或下帮6m)，同时还应当保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线(包括预计前方揭煤段巷道的轮廓线)的最小距离不小于5m，且当钻孔不能一次穿透煤层全厚时，应当保持煤孔最小超前距15m。

本发明根据上述有关规定，确定顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯掩护煤巷掘进的钻孔施工范围为距巷道轮廓线法线距离0～15m，考察采空区(留设5-8煤柱沿空掘巷)垮落后相邻工作面煤层卸压范围是在距巷道轮廓线法线距离0～15m以内还是以外。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的要克服现有技术中的不足之处，提供一种方法简单、操作方便、能减少钻孔施工个数和打钻成本的煤矿采空区相邻工作面卸压范围测定方法。

技术方案：本发明的煤矿采空区相邻工作面卸压范围测定方法，包括如下步骤：

a.采空区完全垮落后，在采空区一侧留取宽度d1为5～8m煤柱，在煤柱的另一侧煤层中掘进一条宽度d2为4～6m的煤层巷道；

b.在距离煤巷掘进头c1为5～10m处施工钻场，从钻场内向煤层中打3个作为卸压范围测试孔的超前顺层钻孔，3个超前顺层钻孔距巷道轮廓的线法线距离分别为l1、l2和l3，3个超前顺层钻孔与煤壁的夹角分别为β1、β2和β3，钻孔长度分别为h1、h2和h3；

c.在3个超前顺层钻孔分别施工到超前钻孔距巷道轮廓线法线距离位置处时，分别取巷道轮廓的法线距离l1、l2和l3节点处的钻屑煤样，采用直接法分别测定距巷道轮廓线法线距离l1、l2和l3节点所对应的3个测点的瓦斯含量；

d.将3个测点的瓦斯含量与煤层原始瓦斯含量的对比，确定卸压范围和顺层钻孔施工范围的情况，从而采取相应瓦斯治理方案。

所述的3个顺层超前钻孔的超前距c2设为20～60m。

所述的钻孔距巷道轮廓线法线距离l1、l2、l3分别为5m、10m、15m，所述3个超前顺层钻孔与煤壁的夹角β1、β2、β3分别为11.3°、21.8°、31.0°。

所述确定卸压范围和顺层钻孔施工范围有以下4种情况：

1)当钻孔距巷道轮廓线法线距离l1、l2和l3节点处所测的瓦斯含量均小于煤层原始瓦斯含量时，说明采空区垮落后，相邻工作面距离煤巷巷道轮廓线法线距离l3以内的煤层卸压效果很好，不用施工掩护煤巷掘进的顺层瓦斯抽采钻孔；

2)当钻孔距巷道轮廓线法线距离l1和l2节点处所测的瓦斯含量小于煤层原始瓦斯含量，钻孔距巷道轮廓线法线距离l3节点处所测瓦斯含量等于煤层原始瓦斯含量，说明采空区垮落后，相邻工作面卸压效果较好，卸压范围在钻孔距巷道轮廓线法线距离l2以内，该区域不用施工掩护煤巷掘进的顺层瓦斯抽采钻孔；而在巷道轮廓线法线距离l2-l3区域的煤层内必须施工掩护煤巷掘进的顺层瓦斯抽采钻孔；

3)当距煤巷巷道轮廓线法线距离为l1的测点测得瓦斯含量小于煤层原始瓦斯含量，l2和l3瓦斯含量测点所测瓦斯含量等于煤层原始瓦斯含量，说明采空区垮落后，相邻工作面卸压效果相对较差，卸压范围为距离巷道轮廓线法线距离l1以内，该区域不用施工顺层钻孔掩护煤巷掘进；而在距离巷道轮廓线法线距离l1-l3区域的煤层必须施工顺层钻孔掩护煤巷掘进；

4)当距煤巷巷道轮廓线法线距离分别为l1、l2和l3测点所测瓦斯含量均等于煤层原始瓦斯含量，说明采空区垮落后，相邻工作面卸压效果很差，在距离巷道轮廓线法线距离l3区域的煤层必须施工顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯掩护煤巷掘进，

所述施工掩护煤巷掘进的顺层瓦斯抽采钻孔，顺层瓦斯抽采钻孔掩护煤巷条带范围距离迎头法线距离c3为20～60m，超前距离为5～10m，终孔间距z1为2～3m。

有益效果：本发明在煤矿井下采空区跨落后，预留一定宽度煤柱沿空掘巷对相邻工作面煤层卸压影响范围进行测定，通过在煤巷掘进头钻场向工作面煤层施工超前钻孔，测得距离巷道轮廓线不同法线距离测点瓦斯含量，再通过比较测点煤层瓦斯含量与煤层原始瓦斯含量的大小，确定测点煤层是否在采空区卸压范围以内，从而确定顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯的钻孔设计方案，以减少钻孔施工个数和打钻成本。充分发挥了采空区垮落对周边煤体造成的卸压效果，通过在沿空掘巷掘进头附近施工钻场，在钻场内向煤层施工顺层钻孔测出与煤巷巷道轮廓线不同距离煤体的瓦斯含量，与煤层原始瓦斯含量相比，判断距巷道轮廓线0～15m，0～10m和0-5m的范围是否处于采空区垮落引起煤体卸压范围以内，从而确定采空区相邻工作面煤层卸压范围，指导顺层钻孔施工范围和顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯具体实施方案，能够有效减少钻孔施工个数和打钻成本，尤其适用于新井没有突出危险性的高瓦斯煤层或历史上未发生过突出强度小于500t/次煤与瓦斯突出的煤层，并且煤巷条带不得位于开采应力集中区的。其中煤层坚固性系数大于0.5时，煤层埋深小于500m；煤层坚固性系数大于0.8时，煤层埋深小于600m；或者煤层埋深小于700m。其方法简便，便于实施，一个采煤工作面在煤巷掘进前，只需测定一次沿空掘巷相邻工作面卸压范围，煤巷掘进过程中每一个循环施工瓦斯抽采钻孔方案固定，节省钻孔，操作性强。

附图说明

图1为本发明的沿空掘巷相邻工作面卸压范围钻孔施工方案示意图；

图2-1为本发明的顺层抽采钻孔施工状态一示意图；

图2-2为本发明的顺层抽采钻孔施工状态二示意图；

图2-3为本发明的顺层抽采钻孔施工状态三示意图；

图2-4为本发明的顺层抽采钻孔施工状态四示意图。

其中：1-采空区；2-预留煤柱；3-煤巷掘进头；4-煤层；5-煤层巷道；6-钻场；7-巷道轮廓线；8-#1钻孔瓦斯含量测点；9-#2钻孔瓦斯含量测点；10-#3钻孔瓦斯含量测点；11-顺层钻孔。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明：

如图1所示，本发明的煤矿采空区相邻工作面卸压范围测定方法，首先在工作面煤巷掘进头前5～10m开挖3m×3m×3m的钻场，在用便携式钻机向煤层施工3个顺层超前钻孔，超前距为20～60m，钻孔终孔位置距巷道轮廓线法线距离分别为l1、l2和l3处取钻屑煤样，采用直接法测定煤样瓦斯含量，看3个测点瓦斯含量是否小于该煤层原始瓦斯含量，确定所测区域是否处于采空区相邻工作面煤层卸压范围之内，从而采取相应瓦斯治理方案；具体步骤如下：

a.采空区完全垮落后，在采空区一侧留取宽度d1为5～8m煤柱2，在煤柱2的另一侧煤层中掘进一条宽度d2为4～6m、高度为4～5m的煤层巷道5；

b.在距离煤巷掘进头3前5～10m处开挖3m×3m×3m钻场6，从钻场内向煤层4中施工3个作为卸压范围测试孔的超前顺层钻孔，3个顺层超前钻孔的超前距均为20～60m；3个超前顺层钻孔距巷道轮廓的线法线距离分别为l1、l2和l3，钻孔距巷道轮廓线法线距离l1、l2、l3分别为5m、10m、15m，3个超前顺层钻孔与煤壁的夹角分别为β1、β2和β3，夹角β1、β2、β3分别为11.3°、21.8°、31.0°。

c.在3个超前顺层钻孔分别施工到超前钻孔距巷道轮廓线法线距离位置处时，分别取巷道轮廓的法线距离l1为5m、l2为10m、l3为15m节点处的钻屑煤样，采用直接法分别测定距巷道轮廓线法线距离l1为5m、l2为10m、l3为15m节点所对应的3个测点(#1钻孔瓦斯含量测点8、#2钻孔瓦斯含量测点9和#3钻孔瓦斯含量测点10)的瓦斯含量；

d.将3个测点(#1钻孔瓦斯含量测点8、#2钻孔瓦斯含量测点9和#3钻孔瓦斯含量测点10)的瓦斯含量与煤层原始瓦斯含量的对比，确定卸压范围和顺层钻孔施工范围的情况，从而采取相应瓦斯治理方案。

所述确定卸压范围和顺层钻孔施工范围有以下4种情况：

1)当钻孔距巷道轮廓线法线距离l1、l2和l3处节点#1钻孔瓦斯含量测点8、#2钻孔瓦斯含量测点9和#3钻孔瓦斯含量测点10所测的瓦斯含量均小于煤层原始瓦斯含量时，说明采空区垮落后，相邻工作面距离煤巷巷道轮廓线法线距离l3以内的煤层卸压效果很好，不用施工掩护煤巷掘进的顺层瓦斯抽采钻孔；顺层抽采钻孔施工状态平面示意图见附图2-1。

2)当钻孔距巷道轮廓线法线距离l1和l2节点处#1钻孔瓦斯含量测点8和#2钻孔瓦斯含量测点9所测的瓦斯含量小于煤层原始瓦斯含量，钻孔距巷道轮廓线法线距离l3节点处所测瓦斯含量等于煤层原始瓦斯含量，说明采空区垮落后，相邻工作面卸压效果较好，卸压范围在钻孔距巷道轮廓线7法线距离l2以内，即10m以内，该区域不用施工掩护煤巷掘进的顺层瓦斯抽采钻孔；而在巷道轮廓线7法线距离l2-l3(10-15m)区域的煤层内必须施工掩护煤巷掘进的顺层瓦斯抽采钻孔；顺层抽采钻孔施工状态平面示意图见附图2-2，顺层钻孔掩护煤巷条带范围距离迎头法线距离20～60m，即每个循环向工作面前方20～60m范围施工顺层钻孔，超前距离为5～10m，抽采钻孔终孔间距为2～3m。

3)当距煤巷巷道轮廓线法线距离为l1节点处#1钻孔瓦斯含量测点8测得瓦斯含量小于煤层原始瓦斯含量，l2和l3#2钻孔瓦斯含量测点9和#3钻孔瓦斯含量测点10所测瓦斯含量等于煤层原始瓦斯含量，说明采空区垮落后，相邻工作面卸压效果相对较差，卸压范围为距离巷道轮廓线法线7距离l1以内，即5m以内，该区域不用施工顺层钻孔掩护煤巷掘进；而在距离巷道轮廓线法线7距离l1-l3(5-15m)区域的煤层必须施工顺层钻孔掩护煤巷掘进；顺层钻孔施工状态平面示意图见附图2-3，顺层抽采钻孔掩护煤巷条带范围距离迎头法线距离20～60m，即每个循环向工作面前方20～60m范围施工顺层钻孔，超前距离为5～10m，抽采钻孔终孔间距为2～3m。

4)当距煤巷巷道轮廓线法线距离分别为l1、l2和l3节点#1钻孔瓦斯含量测点8、#2钻孔瓦斯含量测点9和#3钻孔瓦斯含量测点10所测瓦斯含量均等于煤层原始瓦斯含量，说明采空区垮落后，相邻工作面卸压效果很差，在距离巷道轮廓线法线7距离l3(0-15m)区域的煤层必须施工顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯掩护煤巷掘进；顺层抽采钻孔施工状态平面示意图见附图2-4，顺层钻孔掩护煤巷条带范围距离迎头法线距离20～60m，即每个循环向工作面前方20～60m范围施工顺层钻孔，超前距离为5～10m，抽采钻孔终孔间距为2～3m。

所述顺层抽采钻孔施工完成后，需要对钻孔进行封孔，钻孔封口完成后联网瓦斯抽采系统，抽采达标后方可在钻孔掩护的范围内掘进煤巷。