非等长保护层工作面开采穿层钻孔抽采卸压瓦斯技术方法与流程

本发明涉及一种煤矿井下卸压瓦斯抽采技术方法，尤其是非等长保护层工作面开采穿层钻孔抽采卸压瓦斯技术方法，适用于煤矿井下被保护层工作面应力与渗透率非均匀分布情况下的卸压瓦斯抽采。

技术背景

煤炭是我国的主体能源，煤炭的大量开采导致煤矿开采深度逐年增大。随着开采深度增加，煤层瓦斯压力与瓦斯含量逐渐增加，瓦斯涌出量不断增大，煤与瓦斯突出灾害日益频繁和严重，对煤矿安全生产的威胁也越来越大。同时，多数煤层透气性系数仅为10^-3～1.0m²/(mpa².d)，导致瓦斯抽采效果较差。长期理论研究和突出危险煤层的开采实践证明，开采保护层是有效地防治煤与瓦斯突出的区域性措施。因此，在现有技术条件下，开采保护层结合强化瓦斯抽采成为有效防治煤与瓦斯突出的首选技术，对保障煤与瓦斯突出危险煤层的安全高效开采具有重要的现实意义。

然而，受采掘规划和工作面布置的影响，上保护层工作面走向和倾向长度一般很难与被保护层一致，即保护层工作面与被保护层工作面非等长等宽布置。当上保护层工作面的走向和倾向长度小于被保护层，就会导致下伏被保护层的卸压区域有限，且上保护层的留设煤柱进一步加剧了下伏被保护层的应力集中程度。因此，如何对卸压瓦斯抽采钻孔布孔方式进行优化，确保被保护层工作面彻底消除煤与瓦斯突出危险性，并尽可能地降低瓦斯治理成本，是摆在现场工程科技人员面前的一道难题。

发明目的

本发明的目的是在被保护层卸压区域有限的情况下，提供一种方法简单易行、技术可靠性强、施工成本低的穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯技术方法。

技术方案

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

a.根据煤矿地质条件、煤层赋存规律和采煤工作面开采条件，综合采用矿山压力与岩层控制理论和flac3d数值模拟软件，分析保护层工作面开采过程中被保护层工作面采动应力时空演化规律，获得采动应力非均匀分布特征；

b.根据被保护层工作面采动应力非均匀分布特征，将被保护层工作面从平面上划分为卸压区、应力集中区和原始应力区；

c.根据渗流力学理论分析采动应力σ与煤层渗透率k的函数关系k＝f(σ)，进而获得被保护层工作面渗透率的非均匀分布特征；

d.根据被保护层工作面渗透率的非均匀分布特征，将被保护层工作面从平面上划分为增透区、减透区和原始渗透区，根据采动应力和渗透率的函数关系可知，卸压区与增透区、应力集中区与减透区、原始应力区与原始渗透区是分别完全重合的；

e.采用穿层钻孔抽采被保护层工作面的卸压瓦斯时，分析穿层钻孔间距与抽采时间对被保护层工作面不同区域瓦斯抽采效果的影响，获得在一定抽采时间条件下被保护层工作面不同区域的穿层钻孔的有效抽采半径；

f.根据穿层钻孔的有效抽采半径，确定被保护层工作面不同区域的穿层钻孔的合理间距，其中增透区穿层钻孔的间距较大，称之为疏间距穿层钻孔；减透区穿层钻孔的间距较小，称之为密间距穿层钻孔；原始渗透区穿层钻孔的间距介于增透区和减透区之间，称之为普通间距穿层钻孔；

g.在被保护层工作面下方15～25m距离处施工底抽巷，根据已确定的穿层钻孔合理间距，在底抽巷内施工不同密度的穿层钻孔，钻孔穿透被保护层工作面至少0.5m，对被保护层工作面卸压瓦斯进行抽采，直至被保护层工作面消除煤与瓦斯突出危险性。

本发明的有益效果：

(1)本发明根据被保护层工作面的应力和渗透率的分区特征，施工不同间距的穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯，确保被保护层工作面彻底消除煤与瓦斯突出危险性，方法简单易行、技术可靠性强；

(2)本发明对卸压瓦斯抽采钻孔布孔方式进行优化，减少了钻孔施工量，降低了施工成本，并大幅提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明的技术方法立体示意图。

图2是本发明的技术方法平面示意图。

图中：1-保护层工作面；2-被保护层工作面；3-卸压区(增透区)；4-应力集中区(减透区)；5-原始应力区(原始渗透率)；6-疏间距穿层钻孔；7-密间距穿层钻孔；8-普通间距穿层钻孔；9-底抽巷。

具体实施方式

下面结合附图1和2对本发明的实施例作进一步的描述：

本发明的技术方法涉及针对被保护层不同区域位置处穿层钻孔的合理布孔方式，包括保护层工作面1、被保护层工作面2、卸压区(增透区)3、应力集中区(减透区)4、原始应力区(原始渗透率)5、疏间距穿层钻孔6、密间距穿层钻孔7、普通间距穿层钻孔8、底抽巷9，具体操作步骤如下：

a.根据煤矿地质条件、煤层赋存规律和采煤工作面开采条件，综合采用矿山压力与岩层控制理论和flac3d数值模拟软件，分析保护层工作面1开采过程中被保护层工作面2采动应力场时空演化规律，获得采动应力非均匀分布特征；

b.根据被保护层工作面2的采动应力非均匀分布特征，将被保护层工作面2从平面上划分为卸压区3、应力集中区4原始应力区5；

c.根据渗流力学理论分析采动应力σ与煤层渗透率k的函数关系k＝f(σ)，进而获得被保护层工作面2的渗透率非均匀分布特征；

d.根据被保护层工作面2的渗透率非均匀分布特征，将被保护层工作面2从平面上划分为增透区3、减透区4和原始渗透区5，根据采动应力和渗透率的函数关系可知，卸压区与增透区、应力集中区与减透区、原始应力区与原始渗透区是分别完全重合的；

e.采用穿层钻孔6、7、8抽采被保护层工作面2的卸压瓦斯时，分析穿层钻孔间距与抽采时间对被保护层工作面2的不同区域瓦斯抽采效果的影响，获得在一定抽采时间条件下被保护层工作面2不同区域的穿层钻孔的有效抽采半径；

f.根据穿层钻孔6、7、8的有效抽采半径，确定被保护层工作面2不同区域的穿层钻孔的合理间距，其中增透区穿层钻孔的间距较大，称之为疏间距穿层钻孔6；减透区穿层钻孔的间距较小，称之为密间距穿层钻孔7；原始渗透区穿层钻孔的间距介于增透区和减透区之间，称之为普通间距穿层钻孔8；

g.在被保护层工作面2下方15～25m距离处施工底抽巷9，根据已确定的穿层钻孔合理间距，在底抽巷内施工不同密度的穿层钻孔6、7、8，钻孔穿透被保护层工作面至少0.5m，对被保护层工作面2的卸压瓦斯进行抽采，直至被保护层工作面2消除煤与瓦斯突出危险性。

技术特征：

技术总结
一种非等长保护层工作面开采穿层钻孔抽采卸压瓦斯技术方法，在获得被保护层工作面应力与渗透率非均匀分布特征基础上，将被保护层工作面划分为卸压区(增透区)、应力集中区(减透区)、原始应力区(原始渗透区)三个区域，据此提出疏密结合的穿层钻孔布孔方式，并在底抽巷内施工穿层钻孔，对被保护层工作面卸压瓦斯进行抽采。该技术方法简单易行、可靠性强，钻孔施工量少、成本低，大幅提高了工作效率，为消除被保护层工作面的煤与瓦斯突出危险性提供了技术保障。

技术研发人员：徐超;王凯;吕靖豪;李雷;周爱桃;杜锋;蔡永博
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2017.06.28
技术公布日：2017.09.05