一种往复式线切割微解放层的煤矿卸压消突与煤层气开采系统及方法与流程

本发明涉及煤矿卸压消突技术领域，具体涉及一种往复式线切割微解放层的煤矿消突方法与煤层气开采系统及方法，尤其适用于厚度较大的单一煤储层的瓦斯治理。

背景技术：

作为我国能源发展战略之一，煤层气已被列入接替煤炭和天然气资源、推动能源生产和消费改革的重要载体。而煤层气是在煤化作用过程中生成，以吸附形式储存于煤层中，当煤储层中的煤层气受到巷道掘进或煤矿开采作业的影响时，可在极短的时间内从巷道掘进工作面或回采工作面突然冲出而引起设备或人员损伤事故，同时煤储层中广泛发育垂向、成组型裂缝，但裂缝的连通性较差，极大地增加了煤层气开采难度。此外，我国大部分矿区构造煤比较发育，其区域的煤层具有煤质松软、煤层透气性差、高瓦斯含量等特征，单一较厚煤储层的瓦斯治理和煤层气开采成为公认的世界性难题。目前我国瓦斯治理和煤层气开采针对不同煤储层形成了不同的开采技术。对于原生结构煤，渗透率较高时，主要采用地面抽采方式；而针对多煤层，多采用开采保护层卸压后井下抽采的方式；对于煤层厚度较小的单一构造煤，常采用井下压裂后抽采或者井下钻孔直接抽采等方式；对于煤层厚度较大的单一“三软”煤层，多采用底抽巷冲孔卸压后抽采。

总之，当前瓦斯治理与煤层气开采技术主要包括以下两种手段：一是降低储层压力，致使瓦斯解吸，在压差的作用下渗流产出，如地面钻井排水降压采气工艺和井下钻孔负压抽放瓦斯技术，但传统从地面抽采瓦斯的直井和水平井在煤层煤质松软、低渗和高瓦斯的区域不能有效大面积卸压增透；另一个是通过扰动原始承压煤层，制造应力释放空间，使煤中孔裂隙大规模增加，降低吸附瓦斯承压，扩大瓦斯渗流产出通道，促进瓦斯快速解吸，如保护层开采技术和水力疏松等层内卸压防突措施。保护层开采技术是最有效的区域防突技术之一，但其受地质条件的限制，一般应用于煤层群开采的矿井，而对单一煤层和层间距较大的煤层不适合。对单一煤层和层间距较大的煤层，在本煤层中进行的水力疏松虽是一种层内卸压增透的防突措施，在低渗透煤体中起到了一定效果，但在执行过程中，往往存在着瓦斯超限频繁、易造成人为诱导突出等问题，不能进行区域性卸压；在围岩中掘进巷道，通过穿层钻孔水力冲刷煤粉进行的泄压消突，消突效果比较良好，但存在工程量浩大，成本高，工期长的问题。

特别针对厚度较大的单一构造煤储层，目前的煤储层卸压消突技术和煤层气开采技术均未取得良好的效果，同时随着煤层埋藏深度的增加，针对瓦斯治理和煤层气开采的技术难度越来越大，煤层气开采企业的吨煤治理成本持续增加，亟需寻找低成本、可规模化、自动化的瓦斯治理与煤层气开采方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种往复式线切割微解放层的煤矿卸压消突与煤层气开采系统及方法，通过线性切割齿条在煤储层中切割微解放层，达到煤储层卸压消突以解决煤矿瓦斯突出的问题。

为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种往复式线切割微解放层的煤矿卸压消突与煤层气开采系统，包括两套动力调速驱动装置、齿轨、动力装置、往复式运动机构和线性切割齿条，两套动力调速驱动装置分别通过齿轮与安装于上顺槽与下顺槽中的齿轨啮合，往复式运动机构由动力装置驱动且固定于上顺槽中的动力调速驱动装置顶部，线性切割齿条的一端与往复式运动机构连接，另一端与下顺槽中的动力调速驱动装置连接。

作为优选的，两套动力调速驱动装置均安装有同步驱动装置，保证动力调速驱动装置在运动过程中始终同步。

作为优选的，线性切割齿条一侧具有锯齿状的切割齿。

所述的一种往复式线切割微解放层的煤矿卸压消突与煤层气开采方法，主要包括以下步骤：

步骤1：从煤矿主巷道沿煤储层纵向方向在其左右两侧施工上顺槽和下顺槽，上顺槽和下顺槽的末端施工切眼将两者连通，并在上顺槽和下顺槽中铺设齿轨和安装煤炭输送装置；

步骤2：上顺槽、下顺槽和主巷道之间分别设置安装防突风门，上顺槽与下顺槽靠近防突风门合适位置处施工钻孔并加注固化物以增强内壁强度，同时在上顺槽与下顺槽中布置若干瓦斯传感器，瓦斯传感器与安装于主巷道中的瓦斯抽放系统连接，瓦斯抽放系统通过抽放管路分别与上顺槽和下顺槽连通；

步骤3：将两套动力调速驱动装置分别安装于上顺槽和下顺槽的齿轨中且靠近切眼处，将线性切割齿条两端分别与往复式运动机构和下顺槽中的动力调速驱动装置连接；

步骤4：上顺槽和下顺槽中的动力调速驱动装置沿齿轨同步缓慢移动，由动力装置驱动往复式运动机构并带动线性切割齿条往复运动，从而在煤储层中切割微解放层，同时由切割作业产生的煤粉通过煤炭输送装置输送至指定地点，通过瓦斯传感器随时监测上顺槽和下顺槽中瓦斯含量，由瓦斯抽放系统收集由煤储层中逸出的瓦斯气体，直至完成一个微解放层的切割作业；

步骤5：根据煤储层厚度和煤体属性等特征确定煤储层中需切割微解放层的数量，重复步骤3～4，直至煤储层中所有微解放层的切割作业完成为止。

作为优选的，动力调速驱动装置的移动速度由煤体属性和煤层气含量决定，由动力调速驱动装置控制移动速度，尽可能降低煤储层中煤层气含量和压力。

作为优选的，相邻两个微解放层之间的距离由煤储层的煤体属性决定，最大限度地减少煤层气卸压消突盲区。

本发明的有益效果如下：

与以往煤储层卸压消突和煤层气开采方法对比，采用此系统及方法具有以下特征与优势：

（1）使用该煤储层卸压消突和煤层气开采方法，通过线性切割齿条切割微解放层的方式，系统结构设计简单、组装方便、操作便捷，并且能够适应大部分煤储层工作面的切割要求，具有广泛的应用价值；

（2）使用该煤储层卸压消突和煤层气开采方法，采用切割微解放层的方式防止煤矿井下开采过程中瓦斯突出的危险，作业周期短、工作量小，并且解决了与以往防突方法的所存在的问题，大大降低了施工成本。

附图说明

图1为本发明的一种往复式线切割微解放层的煤矿卸压消突与煤层气开采方法的整体布局示意图；

图2为本发明的往复式线切割微解放层的系统示意图；

图中标记为：1：煤储层；2：上顺槽；3：齿轨；4：动力调速驱动装置；5：切眼；6：线性切割齿条； 7：下顺槽；8：防突风门；9：主巷道；10：瓦斯抽放系统；11：动力装置；12：往复式运动机构；13：齿轮。

具体实施方式

以下结合附图1和附图2，对本发明的一个实施例作进一步描述：

所述的一种往复式线切割微解放层的煤矿卸压消突与煤层气开采系统，包括两套动力调速驱动装置4、齿轨3、动力装置11、往复式运动机构12和线性切割齿条6，其中两套动力调速驱动装置4分别通过齿轮13与安装于上顺槽2与下顺槽7中的齿轨3啮合，往复式运动机构12由动力装置11驱动且固定于上顺槽2中的动力调速驱动装置4顶部，线性切割齿条6的一端与往复式运动机构12连接，另一端与下顺槽7中的动力调速驱动装置4连接。

作为优选的，两套动力调速驱动装置4均安装有同步驱动装置，保证动力调速驱动装置4在运动过程中始终同步。

作为优选的，线性切割齿条6一侧具有锯齿状的切割齿。

以上述系统为基础，本发明提供的一种往复式线切割微解放层的煤矿卸压消突与煤层气开采方法，包括以下步骤：

（1）从煤矿主巷道9沿煤储层1纵向方向在其左右两侧施工上顺槽2和下顺槽7，上顺槽2和下顺槽7的末端施工切眼5将两者连通，并在上顺槽2和下顺槽7中铺设齿轨3；

（2）上顺槽2与下顺槽7和主巷道9之间分别设置安装防突风门8，上顺槽2与下顺槽7靠近防突风门8合适位置处施工钻孔并加注固化物以增强内壁强度，同时在上顺槽2与下顺槽7中布置若干瓦斯传感器，瓦斯传感器与安装于主巷道9中的瓦斯抽放系统10连接，瓦斯抽放系统10通过抽放管路分别于上顺槽2与下顺槽7连通；

（3）将两套动力调速驱动装置4分别安装于上顺槽2和下顺槽7的齿轨3中且靠近切眼5处，将线性切割齿条6两端分别与往复式运动机构12和下顺槽7中的动力调速驱动装置4连接；

（4）上顺槽2和下顺槽7中的动力调速驱动装置4沿齿轨3同步缓慢移动，由动力装置11驱动往复式运动机构12并带动线性切割齿条6往复运动，从而在煤储层1中切割微解放层，同时由切割作业产生的煤粉通过上顺槽2和下顺槽7进入煤仓中进行集中处理，通过瓦斯传感器随时监测左下顺槽7中瓦斯含量，由瓦斯抽放系统10收集由煤储层1中逸出的瓦斯气体，直至完成一个微解放层的切割作业；

（5）根据煤储层1厚度和煤体属性等特征确定煤储层1中需切割微解放层的数量，重复步骤（3）～（4），直至煤储层1中所有微解放层的切割作业完成为止；

作为优选的，动力调速驱动装置的移动速度由煤体属性和煤层气含量决定，由动力调速驱动装置4控制移动速度，尽可能降低煤储层1中煤层气含量和压力。

作为优选的，相邻两个微解放层之间的距离由煤储层1的煤体属性决定，最大限度地减少煤层气卸压消突盲区。