专利名称：高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法
技术领域：
本发明涉及一种高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法，用于实现高瓦斯煤层工作面煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突，防止高瓦斯煤层工作面煤岩动力灾害的发生。
背景技术：
煤岩动力灾害是高瓦斯煤层工作面安全生产的最大威胁，煤岩动力灾害的发生与工作面采动过程中煤层力学状态及煤层内瓦斯赋存状态有关，煤层中发生扩容现象的高应力、高瓦斯压力区是易发生煤岩动力灾害的危险区，因此，通过对煤层扩容、煤层应力及煤层瓦斯压力的实时监测实现对煤岩动力灾害危险区的识别，并对该区域实施主动减压消突技术措施降低煤层应力以消除煤层扩容，可以有效防止高瓦斯煤层工作面煤岩动力灾害的发生，具有重要意义。目前还没有专门针对高瓦斯煤层工作面煤层扩容现象的探测及对扩容区煤岩动力灾害危险区的识别方法，因此无法准确判定高瓦斯工作面煤岩动力灾害危险区位置，亦无通过使煤岩动力灾害危险区卸压消除煤层扩容现象以实现主动消突的专门措施，导致煤岩动力灾害防治工作缺乏针对性，无法实现高瓦斯工作面煤岩动力灾害的有效主动消突。
发明内容
本发明方法是为了克服现有高瓦斯煤层工作面煤岩动力灾害防治方法中危险区判断不准确、消突措施针对性差、消突效果不好的不足，提供一种可有效探测煤层扩容区煤岩动力灾害危险区、消突技术措施针对性强、消突效果好的高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法。本发明方法为解决技术问题所采用的技术方案是1、一种高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法，其特征是按以下步骤进行a、在工作面前方下顺槽的上帮分别施工煤层应力测试钻孔和瓦斯压力测试钻孔，在所述煤层应力测试钻孔和瓦斯压力测试钻孔中分别安装煤层应力测试仪和瓦斯压力测试仪，分别形成煤层应力测点和瓦斯压力测点；b、在煤层的上方布置一条探测巷道，在所述探测巷道内位于工作面煤壁的前方由探测巷道的底板向煤层中施工扩容探测钻孔，在所述扩容探测钻孔中安装煤体扩容探测器形成煤体扩容测点；所述煤体扩容测点与煤层应力测点以及瓦斯压力测点与工作面的水平
距离一致；C、随着工作面的推进，实时对煤体扩容探测器、煤层应力测试仪以及煤层瓦斯压力测试仪进监测，当煤体扩容量、煤层应力以及瓦斯压力同时超过安全临界值时，确认由煤层应力测点、瓦斯压力测点以及煤体扩容测点所在断面至工作面的区域为煤岩动力灾害危险区；
d、针对确认的煤岩动力灾害危险区，在工作面垂直于煤壁向所述煤岩动力灾害危险区的煤体内施工相互平行的各走向卸压钻孔，利用走向卸压钻孔对所述煤岩动力灾害危险区实施煤层注水，使煤岩动力灾害危险区的煤体软化卸压；e、在工作面下顺槽垂直于煤帮向所述煤岩动力灾害危险区的煤体施工相互平行的各顺层卸压钻孔，使煤岩动力灾害危险区煤体卸压。2、根据权利要求1所述的高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法，其特征是所述瓦斯压力测试钻孔的孔径为70mm，孔深为30m ；所述煤层应力测试钻孔的孔径为45mm，孔深为10m。3、根据权利要求1所述的高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法，其特征是所述走向卸压钻孔贯穿所述煤岩动力灾害危险区，走向卸压钻孔的孔径为150mm，相邻的孔间距为5m。4、根据权利要求1所述的高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法，其特征是所述顺层卸压钻孔的孔径为150mm，孔深为120m，相邻孔间距为5m。与已有技术相比，本发明有益效果体现在本发明方法通过对煤层应力、煤层瓦斯压力和煤层扩容现象的实施监测，能有效判别高瓦斯煤层扩容区以确定煤岩动力灾害危险区的位置，并对该区域煤层有针对性地实施卸压钻孔和煤层注水技术措施，可显著降低煤岩动力灾害危险区煤体应力、消除可能造成煤岩动力灾害的煤层扩容现象，并改善瓦斯赋存状态，最终达到高瓦斯煤层工作面煤岩动力灾害主动减压消突的目的；本发明方法施工简单、针对性强、消突效果好，可实现有效防止高瓦斯煤层工作面煤层扩容区煤岩动力灾害的发生。
图1是本发明方法中煤层应力、瓦斯压力、煤层扩容测试的平面示意图；图2是本发明方法中工作面卸压钻孔及煤层注水剖面示意图；图3是本发明方法中下顺槽卸压钻孔剖面示意图；图如是本发明方法中所应用的煤体扩容探测器的结构示意图；图4b是本发明方法中所应用的煤体扩容探测仪端面示意图；图5为本发明方法中煤体扩容探测器安装方式示意图。图中标号21探测巷道；22煤层；23扩容探测钻孔；31顺层卸压钻孔；32下顺槽；33瓦斯压力测试钻孔；34煤层应力测试钻孔；35走向卸压钻孔；36工作面；37采空区；38煤岩动力灾害危险区；11大直径钢管；12小直径钢管；3a大径管钢质弹片Jb小径管钢质弹片；14刻度线。
具体实施例方式本实施例中高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法是按以下步骤进行1、参见图1，在工作面36前方下顺槽32的上帮分别施工煤层应力测试钻孔34和瓦斯压力测试钻孔33，在煤层应力测试钻孔34和瓦斯压力测试钻孔33中分别安装煤层应力测试仪和瓦斯压力测试仪，以此分别形成煤层应力测点和瓦斯压力测点；为了保证足够的观测距离，煤层应力测点和瓦斯压力测点应处在工作面36的前方不小于60m的位置处。2、参见图1和图5，在煤层22的上方不小于15m位置处布置一条探测巷道21，在探测巷道21内位于工作面煤壁的前方由探测巷道21的底板向煤层22中施工扩容探测钻孔23，在扩容探测钻孔23中安装煤体扩容探测器形成煤体扩容测点；具体实施中，煤体扩容测点至工作面36的水平距离应该与煤层应力测点以及瓦斯压力测点至工作面36的水平距离相一致。3、随着工作面36的推进，实时对煤体扩容探测器、煤层应力测试仪以及煤层瓦斯压力测试仪进监测，当煤体扩容量、煤层应力以及瓦斯压力同时超过安全临界值时，确认由煤层应力测点、瓦斯压力测点以及煤体扩容测点所在断面至工作面36的区域为煤岩动力灾害危险区38 ；具体实施中，安全临界值一般设定为煤体扩容体积膨胀率为1. 5%、煤层应力为初始应力的1. 6倍、煤层瓦斯压力为0. 7MPa。4、针对确认的煤岩动力灾害危险区38，在工作面36垂直于煤壁向煤岩动力灾害危险区38的煤体内施工相互平行的各走向卸压钻孔35，利用走向卸压钻孔35对煤岩动力灾害危险区38实施煤层注水，使煤岩动力灾害危险区38的煤体软化卸压(如图2所示)。5、在工作面下顺槽32垂直于煤帮向煤岩动力灾害危险区38的煤体施工相互平行的各顺层卸压钻孔31，使煤岩动力灾害危险区38煤体卸压(如图3所示)。具体实施中，瓦斯压力测试钻孔33的孔径为70mm，孔深为30m ；煤层应力测试钻孔34的孔径为45mm，孔深为IOm ；走向卸压钻孔35的孔径为150mm，相邻的孔间距为5m。顺层卸压钻孔31的孔径为150mm，孔深为120m，相邻孔间距为5m。本实施例中，煤体扩容探测仪采用如图如和图4b所示的结构形式，采用套筒结构设置大直径钢管11和贯穿在大直径钢管11中的小直径钢管12，小直径钢管12可以在大直径钢管11中轴向移动；在大直径钢管11的前端呈伞状设置有各大径管钢质弹片3a，在小直径钢管12的前端呈伞状设置有各小径管钢质弹片北；本实施例中是以四根钢质弹片在钢管前端外周均勻分布，撑涨在钻孔中的各钢质弹片是以棘爪的形式使大直径钢管U和小直径钢管12分别固定在相应位置上，不向后位移；在小直径钢管12的尾部沿轴向设置用于测量大直径钢管11和小直径钢管12之间的轴向相对位移量的刻度线14。具体实施中，可以设置大直径钢管11的直径为40mm，各大径管钢质弹片3a在张开后，其各钢质弹片前端所呈的圆平面的直径为60mm ；小直径钢管12的直径为35mm，各小径管钢质弹片北在张开后，其各钢质弹片前端所呈圆平面的直径为55mm ；设置小直径钢管12尾部刻度线14的分度值为1mm，量程不小于500mm。煤体扩容探测器的安装方式如图5所示，将煤体扩容探测器放入在探测钻孔23中，使小直径钢管12的管前端达到探测钻孔23的孔底部，并使大直径钢管11的管前端与小直径钢管12的管前端相距不少于1. 5m的距离；记录此时煤体扩容探测器的尾部刻度值Ll ；当煤体发生体积增大的扩容现象时，小直径钢管12相对于大直径钢管11向扩容探测钻孔23的深部发生位移，位移量由刻度线14读出，以此判断煤体是否发生扩容。本实施例中，瓦斯压力测试仪采用量程为0-1. 6MPa的气体压力表，测试时在测试钻孔内装入测压管，注浆封孔后在管外端安装气体压力表，随工作面推进观测并记录气体压力表读数；煤层应力测试仪采用KS II-I型钻孔应力计，测试时在测试钻孔内安装钻孔应力计，随工作面推进观测并记录钻孔应力计读数。
具体实施中，探测巷道21在工作面煤层上方的位置，以尽可能远离煤层为原则，可以根据具体现场条件进行适当调整。瓦斯压力测试钻孔33和煤层应力测试钻孔34与工作面的距离，以保证足够的观测距离为原则，可根据具体现场条件进行适当调整。
权利要求
1.一种高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法，其特征是按以下步骤进行a、在工作面(36)前方下顺槽(3 的上帮分别施工煤层应力测试钻孔(34)和瓦斯压力测试钻孔(33)，在所述煤层应力测试钻孔(34)和瓦斯压力测试钻孔(3 中分别安装煤层应力测试仪和瓦斯压力测试仪，分别形成煤层应力测点和瓦斯压力测点；b、在煤层0 的上方布置一条探测巷道(21)，在所述探测巷道内位于工作面煤壁的前方由探测巷道的底板向煤层0 中施工扩容探测钻孔(23)，在所述扩容探测钻孔中安装煤体扩容探测器形成煤体扩容测点；所述煤体扩容测点与煤层应力测点以及瓦斯压力测点与工作面(36)的水平距离一致；c、随着工作面(36)的推进，实时对煤体扩容探测器、煤层应力测试仪以及煤层瓦斯压力测试仪进监测，当煤体扩容量、煤层应力以及瓦斯压力同时超过安全临界值时，确认由煤层应力测点、瓦斯压力测点以及煤体扩容测点所在断面至工作面(36)的区域为煤岩动力灾害危险区(38)；d、针对确认的煤岩动力灾害危险区(38)，在工作面(36)垂直于煤壁向所述煤岩动力灾害危险区(38)的煤体内施工相互平行的各走向卸压钻孔(35)，利用走向卸压钻孔(35) 对所述煤岩动力灾害危险区(38)实施煤层注水，使煤岩动力灾害危险区(38)的煤体软化卸压；e、在工作面下顺槽(32)垂直于煤帮向所述煤岩动力灾害危险区(38)的煤体施工相互平行的各顺层卸压钻孔(31)，使煤岩动力灾害危险区(38)煤体卸压。
2.根据权利要求1所述的高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法，其特征是所述瓦斯压力测试钻孔(3 的孔径为70mm，孔深为30m ；所述煤层应力测试钻孔(34) 的孔径为45mm，孔深为10m。
3.根据权利要求1所述的高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法，其特征是所述走向卸压钻孔(35)贯穿所述煤岩动力灾害危险区(38)，走向卸压钻孔(35)的孔径为150mm，相邻的孔间距为5m。
4.根据权利要求1所述的高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法，其特征是所述顺层卸压钻孔(31)的孔径为150mm，孔深为120m，相邻孔间距为5m。
全文摘要
本发明公开了一种高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突方法，其特征是通过对工作面煤层扩容、煤层应力及煤层瓦斯压力进行实时监测，确定煤岩动力灾害危险区位置，有效降低煤层应力、消除煤层扩容来实现工作面煤层扩容区煤岩动力灾害的近场减压主动消突；本发明使煤岩动力灾害危险区煤层应力有效释放，使受采动影响的应力集中得到充分降低，进而避免工作面采动引起的动力灾害危险区煤层发生扩容现象，并改善煤层瓦斯赋存状态、减小瓦斯压力，以消除可能引起煤岩动力灾害的隐患，最终达到高瓦斯煤层扩容区煤岩动力灾害主动减压消突的目的。本发明方法操作简单、针对性强，对高瓦斯煤层工作面煤岩动力灾害主动消突效果好。
文档编号E21B49/00GK102562138SQ20121003017
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者谢广祥 申请人:安徽理工大学