一种切顶成巷无煤柱开采瓦斯与煤自燃共治方法与流程

本发明属于矿井通风与瓦斯防治等技术领域，具体涉及切顶成巷无煤柱开采瓦斯与煤自燃共治方法。

背景技术：

沿空留巷技术是我国深部煤炭开采沿空护巷的主要发展方向，该技术能实现无煤柱开采，具有高资源回收率、低采掘比的优点，同时可避免留设煤柱所引发的冲击地压，实现工作面往复式开采，进而消除孤岛工作面；国内外学者与工程技术人员对该技术做了大量的研究工作，并在薄煤层、中厚煤层以及综放煤层等取得一定工程实践应用。但传统沿空留巷技术会在采空区侧形成较长且不充分垮落的悬顶，造成该问题的原因主要表现在两个方面：一方面由于直接顶与基本顶接触面应力降低，变形不协调而易发生剪切破坏；另一方面由于较大的顶板下沉量及旋转变形，对煤柱及巷旁支护体系破坏作用剧烈。为从根源上解决上述问题，何满潮院士等提出了切顶成巷无煤柱开采技术，即110工法。每个工作面回采只需掘进1条顺槽巷道，另1条巷道通过切顶卸压自动成巷形成且不需留设煤柱。切顶成巷无煤柱开采技术在工作面煤层回采前，首先在回采巷道沿即将形成的采空区侧定向爆破预裂切顶，同时采用恒阻大变形锚索支护回采巷道顶板围岩，待工作面回采后，在矿山压力作用下沿切缝将顶板切落形成巷帮，该技术既隔离采空区又保证了该回采巷道完整性，同时减弱顶板的周期性压力，从而将传统的采掘模式由“一面双巷”变成“一面单巷”。目前切顶成巷无煤柱开采技术主要采用y型通风方式治理当前回采工作面的瓦斯问题，但y型通风方式存在采空区大量漏风的问题，对于易自燃煤层的开采，大量漏风将导致严重的煤自燃问题，进而威胁煤层的安全开采。因此，在易自燃煤层采用切顶成巷无煤柱开采技术，有必要寻求一种更为合理的通风方式，同时结合有效的采空区防灭火方式，提出一种切顶成巷无煤柱开采瓦斯与煤自燃共治方法。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种切顶成巷无煤柱开采瓦斯与煤自燃共治方法，该方法通过设计e型通风系统实现当前回采工作面通风系统的灵活改变，进而有效解决回采工作面的瓦斯涌出问题，同时采用采空区迈步式铺管注液态二氧化碳方法消除当前回采工作面采空区煤自燃的危险。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种切顶成巷无煤柱开采瓦斯与煤自燃共治方法，包括e型工作面通风系统，采空区迈步式铺管注液态二氧化碳技术，其中e型工作面通风系统由两边巷道，中间巷道，采区下山(上山)，联络巷组成，e型工作面通风系统用来治理当前回采工作面涌出的瓦斯，采空区迈步式铺管注液态二氧化碳技术用来防治采空区煤自燃问题。

所述的e型工作面通风系统采用两边巷道进风，中间巷道回风的通风方式，其中两边巷道、中间巷道与采区下山(上山)巷道直接相连或通过联络巷连通，根据当前回采工作面通风需要，通过在连通巷道中设置通风构筑物，实现灵活改变当前回采工作面的通风系统。

所述的两边巷道分别是指当前工作面皮带顺槽和相邻工作面轨道顺槽。

所述的中间巷道为当前工作面轨道顺槽，在当前回采工作面向前推进时，采用切顶成巷无煤柱技术保留该中间巷道，同时中间巷道内可布置钻场，完成上下邻近煤层卸压瓦斯的抽采。

所述的采空区迈步式铺管注液态二氧化碳技术在当前工作面运输顺槽沿采空区预埋用来注入液态二氧化碳的第一趟注液态二氧化碳钢管，当第一趟注液态二氧化碳钢管进入采空区50m时，将第一趟注液态二氧化碳钢管与注液态二氧化碳主管路连接，进而向采空区注入液态二氧化碳，紧接着预埋第二趟注液态二氧化碳钢管，当第二趟注液态二氧化碳钢管埋入采空区50m时，停止向第一趟注液态二氧化碳钢管注入液态二氧化碳，开始通过第二趟注液态二氧化碳钢管向采空区注入液态二氧化碳，同时又重新预埋第三趟注液态二氧化碳钢管，钢管选用长度100m，直径2寸的规格，如此循环，埋管步距均为50m，直至当前工作面采完为止。

所述的切顶成巷无煤柱技术通过对中间巷道顶板实施超前预裂，切断中间巷道顶板与直接顶、老顶的关系，在周期来压作用下采场顶板沿预裂面切落形成巷帮，隔断采空区并支撑上位移动岩层。

本发明的有益效果：

本发明提供的切顶成巷无煤柱开采瓦斯与煤自燃共治方法，充分利用切顶成巷无煤柱技术保留下来的中间巷道，构成了“e型通风系统+采空区迈步式铺管注液态二氧化碳”的瓦斯与煤自燃综合治理方案，有效降低了工作面回采期间的瓦斯涌出量，避免了回采工作面瓦斯超限及采空区煤自燃危险，加快了工作面的回采速度，实现了回采工作面通风系统的灵活改变，同时提高了煤炭回收率及工作面回采接续速度，保障了工作面的安全生产。

附图说明

图1是本发明整体示意图

图2是通风构筑物布置示意图

图3是采空区迈步式铺管注液态二氧化碳技术铺管示意图

图中，1—当前回采工作面，2—相邻工作面，3—采空区，4—两边巷道，5—中间巷道，6—采区上山(下山)，7—联络巷，8—通风构筑物，9—注液态二氧化碳钢管。

具体实施方式

如图1～3所示，本发明的一种切顶成巷无煤柱开采瓦斯与煤自燃共治方法，包括e型工作面通风系统，采空区迈步式铺管注液态二氧化碳技术，其中e型工作面通风系统由两边巷道4，中间巷道5，采区下山(上山)6，联络巷7组成，e型工作面通风系统用来治理当前回采工作面1涌出的瓦斯，且能够降低当前回采工作面1两端的压差，减少向采空区3的漏风；采空区迈步式铺管注液态二氧化碳技术用来防治采空区3煤自燃问题，液态二氧化碳具有降温、惰化等动效，且密度比空气大，容易覆盖在采空区3的遗煤上方，防治煤自燃效果显著。e型工作面通风系统采用两边巷道4进风，中间巷道5回风的通风方式，其中两边巷道4、中间巷道5与采区下山(上山)6巷道直接相连或通过联络巷7连通，根据当前回采工作面1通风需要，通过在连通巷道中设置通风构筑物8，实现灵活改变当前回采工作面1的通风系统，通风构筑物8包含801-806，当前回采工作面1采用e型工作面通风系统时，801、803、805、806为调节风窗，通风构筑物802、804为风门；通过改变当前通风构筑物8的类型，可以实现当前工作面通风系统的灵活改变。当通风构筑物802为调节风窗、通风构筑801、803、806为风门，拆除通风构筑物805，当前工作面1的通风系统就变成了当前工作面皮带顺槽401、中间巷道5进风，两边巷道402回风的y型工作面通风系统。两边巷道4分别是指当前工作面1皮带顺槽401和相邻工作面2轨道顺槽402。中间巷道5为当前工作面1轨道顺槽，在当前回采工作面1向前推进时，采用切顶成巷无煤柱技术保留该中间巷道5，同时中间巷道5内可布置钻场，完成上下邻近煤层卸压瓦斯的抽采。采空区迈步式铺管注液态二氧化碳技术在当前回采工作面运输顺槽402沿采空区3预埋注液态二氧化碳钢管9，首先埋入第一趟注液态二氧化碳钢管901，当第一趟注液态二氧化碳钢管901进入采空区3深部50m时，将第一趟注液态二氧化碳钢管901与注液态二氧化碳主管路连接，进而向采空区注入液态二氧化碳，紧接着预埋第二趟注液态二氧化碳钢管902，当第二趟注液态二氧化碳钢管902埋入采空区3深部50m时，停止向第一趟注液态二氧化碳钢管901注入液态二氧化碳，开始通过第二趟注液态二氧化碳钢管902向采空区3注入液态二氧化碳，同时又重新预埋第三趟注液态二氧化碳钢管903，钢管均选用长度100m，直径2寸的规格，如此循环，预埋注液态二氧化碳钢管9步距均为50m，直至当前工作面采完为止。切顶成巷无煤柱技术通过对中间巷道5顶板实施超前预裂，切断中间巷道5顶板与直接顶、老顶的关系，在周期来压作用下采场顶板沿预裂面切落形成巷帮，隔断采空区5并支撑上位移动岩层。