松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法

本发明属于煤矿瓦斯治理领域，具体涉及一种松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法。

背景技术：

1、瓦斯灾害严重影响了煤矿的安全生产。要实现突出煤层回采工作面的安全回采，需从本质上实现采掘的抽采达标和瓦斯涌出治理，进一步讲就是需要实现采掘工作面的时空高效抽采。松软煤层硬度低、透气性差，顺层钻孔存在施工难度大、易垮孔、抽采效果差等问题；随着技术的发展，虽然出现了大型定向钻机，仍存在定向长钻孔打不深等问题，严重影响了采掘接替，且不利于安全管理。另外，现有瓦斯治理方法瓦斯治理区域小，存在不能实现大面积超前瓦斯治理、效率低的问题，严重制约了煤矿的安全高效生产。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种针对松软突出煤层的大区域全时空瓦斯高效治理方法，以解决现有瓦斯治理过程中所存在的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，包括以下步骤：s1、布置煤层顶板高位定向分支长钻孔；s2、布置煤层顶板低位定向分支长钻孔；s3、接入抽采管路进行瓦斯抽采；

4、步骤s1中，煤层顶板高位定向分支长钻孔包括高位主孔和高位分支孔；其中高位主孔的合理空间施工位置包括煤层倾向方向的施工范围和铅直方向的施工层位；

5、该高位主孔在煤层倾向方向上的施工范围为：w+yp≤y3≤l/3；

6、式中：w为回采工作面回风巷的宽度，单位为m；yp为回采工作面回风巷的瓦斯排放带宽度，单位为m；l为回采工作面切眼的长度，单位为m；

7、该高位主孔在铅直方向上的施工层位的确定方法为：先确定高位主孔的施工排数n，再根据施工排数按照等差数列确定高位主孔的施工层位，以使各高位主孔的层位高度自回采工作面回风巷朝回采工作面中部依次变大；

8、其中施工排数n根据施工范围y3和煤层的抽采半径r进行确定：

9、n＝[l/3－(w+yp)]÷2r+1；

10、式中：l为回采工作面切眼的长度，单位为m；yp为回采工作面回风巷的瓦斯排放带宽度，单位为m；r为煤层的抽采半径，单位为m；

11、假设该施工层位h的范围为a～b，则等差数列的公差为(b－a)/n，那么第i、j、k个高位主孔的层位高度依次为a+i×(b－a)/n、a+j×(b－a)/n、a+k×(b－a)/n，以此类推，即可确定各高位主孔的施工层位；

12、步骤s2中，煤层顶板低位定向分支长钻孔包括低位主孔和低位分支孔；该低位主孔在铅直方向上布置在距离煤层顶板1～5m处。

13、进一步，步骤s1中，在煤层倾向方向上，相邻高位主孔间以及相邻高位分支孔间的设计间距均y1，y1为抽采半径r的2倍；在煤层走向方向上，高位主孔的钻孔设计长度大于回采工作面长度x，且超过20m以上。

14、进一步，步骤s1中，高位主孔的合理空间施工位置确定后，分别在煤层倾向方向以及煤层走向方向上对高位分支孔进行设计；在煤层走向方向上，相邻高位分支孔以x1距离等间距布置。

15、进一步，各高位分支孔的施工长度通过终孔点控制，相邻两个高位分支孔的终孔点间距小于或等于抽采半径r的2倍。

16、进一步，步骤s1中，先施工高位主孔，当高位主孔施工至预定深度后，每间隔x1距离从高位主孔的孔底向孔口后退式依次施工高位分支孔。

17、进一步，步骤s1中，顶板裂隙带在回采工作面回风巷左右两侧一定范围内的煤层顶板处布置不同高度的高位主孔，以实现同时全覆盖抽采回采工作面和邻近层涌入裂隙带的瓦斯。

18、进一步，步骤s2中，在煤层倾向方向上，相邻低位主孔的设计间距均y1，y1为抽采半径r的2倍；在煤层走向方向上，低位主孔的钻孔设计长度大于回采工作面长度x，且超过20m以上。

19、进一步，步骤s2中，在煤层走向方向上，相邻低位分支孔以x1距离等间距布置。

20、进一步，x1为100～300m。

21、进一步，在煤巷掘进过程中，将暴露在煤巷中的煤巷条带分支孔安装三通，引出一路管路，以同时抽采煤层和采空区瓦斯。

22、本发明的有益效果在于：

23、本治理方法采用煤层顶板高位、低位定向分支长钻孔实现了抽采松软煤层采掘过程中煤巷、裂隙带、上隅角、回采工作面、邻近层、采空区瓦斯的高效治理，解决了松软突出煤层所存在的施工难度大、易垮孔、抽采效果差、瓦斯治理区域小、不能大面积超前瓦斯治理、效率低等技术难题，对降低瓦斯治理工程量和成本、瓦斯治理效果、全时空高效瓦斯治理均具有重要意义。

24、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，其特征在于包括以下步骤：s1、布置煤层顶板高位定向分支长钻孔；s2、布置煤层顶板低位定向分支长钻孔；s3、接入抽采管路进行瓦斯抽采；

2.根据权利要求1所述的松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，其特征在于：步骤s1中，在煤层倾向方向上，相邻高位主孔间以及相邻高位分支孔间的设计间距均y1，y1为抽采半径r的2倍；在煤层走向方向上，高位主孔的钻孔设计长度大于回采工作面长度x，且超过20m以上。

3.根据权利要求1所述的松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，其特征在于：步骤s1中，高位主孔的合理空间施工位置确定后，分别在煤层倾向方向以及煤层走向方向上对高位分支孔进行设计；在煤层走向方向上，相邻高位分支孔以x1距离等间距布置，x1为100～300m。

4.根据权利要求3所述的松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，其特征在于：各高位分支孔的施工长度通过终孔点控制，相邻两个高位分支孔的终孔点间距小于或等于抽采半径r的2倍。

5.根据权利要求1所述的松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，其特征在于：步骤s1中，先施工高位主孔，当高位主孔施工至预定深度后，每间隔x1距离从高位主孔的孔底向孔口后退式依次施工高位分支孔。

6.根据权利要求1所述的松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，其特征在于：步骤s1中，顶板裂隙带在回采工作面回风巷左右两侧一定范围内的煤层顶板处布置不同高度的高位主孔，以实现同时全覆盖抽采回采工作面和邻近层涌入裂隙带的瓦斯。

7.根据权利要求1所述的松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，其特征在于：步骤s2中，在煤层倾向方向上，相邻低位主孔的设计间距均y1，y1为抽采半径r的2倍；在煤层走向方向上，低位主孔的钻孔设计长度大于回采工作面长度x，且超过20m以上。

8.根据权利要求1所述的松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，其特征在于：步骤s2中，在煤层走向方向上，相邻低位分支孔以x1距离等间距布置。

9.根据权利要求1所述的松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，其特征在于：步骤s2中，先施工低位主孔，当低位主孔施工至预定深度后，每间隔x1距离从位主孔的孔底向孔口后退式依次施工低位分支孔。

10.根据权利要求1所述的松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，其特征在于：在煤巷掘进过程中，将暴露在煤巷中的煤巷条带分支孔安装三通，引出一路管路，以同时抽采煤层和采空区瓦斯。

技术总结
本发明涉及一种松软突出煤层大区域全时空高效瓦斯治理方法，属于煤矿瓦斯治理领域。包括步骤S1、布置煤层顶板高位定向分支长钻孔；S2、布置煤层顶板低位定向分支长钻孔以及S3、接入抽采管路进行瓦斯抽采。本方法采用煤层顶板高位、低位定向分支长钻孔实现了抽采松软煤层采掘过程中煤巷、裂隙带、上隅角、回采工作面、邻近层、采空区瓦斯的高效治理，解决了松软突出煤层所存在的施工难度大、易垮孔、抽采效果差、瓦斯治理区域小、不能大面积超前瓦斯治理、效率低等技术难题，对降低瓦斯治理工程量和成本、瓦斯治理效果、全时空高效瓦斯治理均具有重要意义。

技术研发人员：王中华,郭忠平,孙东玲,苏效祥
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11