一种煤与瓦斯共采方法与流程

本发明涉及矿山工程领域，特别涉及一种煤与瓦斯共采方法。

背景技术：

1、矿井瓦斯是煤炭的伴生资源，如对其进行合理的开发与利用，不仅能够有效预防煤炭开采导致的灾害，保障煤炭安全回采，而且可以作为清洁能源加以利用，减少环境污染。

2、改变以往将瓦斯作为煤炭开采中的灾害性气体的观念，而是把它作为资源性气体，在煤炭开采的同时将瓦斯安全高效的抽采出来，形成一体化系统，有利于煤与瓦斯高效、安全、经济共采，从而提高生产效率与资源利用率。然而，大倾角煤层广泛存在，在煤层群的条件下，首采层下向长钻孔预抽及采动区地面井布井位置确定、抽掘采协调部署则更为困难，但目前缺少适应大倾角地质条件下的煤与瓦斯共采方法。

3、因此，亟需提出一种适用于大倾角地质条件下的煤与瓦斯共采方法，从而实现大倾角煤与瓦斯安全高效共采。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种煤与瓦斯共采方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种煤与瓦斯共采方法，根据瓦斯抽采不同时期的特征，将大倾角多煤组矿区开发划分为规划区、准备区、生产区和采空区四个时空阶段。煤炭开采作业生产接续采用开拓煤量、准备煤量、回采煤量、首采层抽采达标煤量及可供布置的邻近层煤量进行管控。

3、在规划区阶段，完成规划区开拓作业，并采用规划区地面井对规划区瓦斯进行抽采，其中，规划区开拓作业包括主井、副井和风井。规划区地面井采用直井。规划区地面井的井底施工至石门处以及待掘进的准备巷道位置处。

4、在准备区阶段，完成开拓巷道和准备巷道的掘进作业，采用地面与井下联合抽采工艺进行瓦斯抽采作业。开拓掘进作业后，每隔一年计算准备区阶段的开拓煤量。准备巷道掘进作业完成后，每隔一月计算采区范围内准备煤量。

5、在生产区阶段，进行煤炭开采与瓦斯抽采。采用倾向长壁采煤方法进行煤炭开采，并实时监测瓦斯含量。每隔一月计算回采煤量。采用地面与井下联合抽采工艺对生产区内回采巷道进行瓦斯抽采作业。其中，采用采动区地面井进行地面抽采，采用定向长钻孔和下向本煤层顺层长钻孔进行井下抽采。

6、在采空区阶段，采用地面井与采空区顶板定向长钻孔对采空区内的瓦斯进行抽采。采用采动区地面井对生产区瓦斯进行补充抽采。其中，采空区顶板定向长钻孔布置在采空区上部裂隙带内。

7、进一步，当开拓煤量和/或准备煤量出现激增或激降时，降低预期煤炭产量方式或减缓准备巷道掘进作业速度。

8、进一步，当井下瓦斯含量wz小于βw0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷定向钻孔。所述底抽巷定向钻孔为梳状分支定向长钻孔。所述底抽巷定向钻孔的钻进角度与准备区煤层倾角相适应。当井下瓦斯含量wz大于等于βw0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷穿层钻孔。所述底抽巷穿层钻孔与准备区煤层的倾向夹角小于30°。其中，wz为准备区内瓦斯含量。w0为煤矿安全生产容许最高瓦斯含量。β为衰减系数。

9、进一步，针对大倾角地质条件下的煤层群开采，还需采用首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量进行管控。在生产区阶段，每隔一月计算首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量。当首采层抽采达标煤量和/或可供布置的邻近层煤量突然上升或下降时，调整作业方案。

10、进一步，当首采层抽采达标煤量和/或可供布置的邻近层煤量突然上升或下降时，放缓作业进度或改变停采位置。

11、进一步，准备区阶段具体包括以下子步骤：

12、a)布置石门抽采钻孔，并进行开拓巷道掘进作业。

13、b)进行采区准备巷道掘进作业，利用底抽巷抽采钻孔预抽瓦斯。其中，所述底抽巷抽采钻孔为底抽巷定向钻孔或底抽巷穿层钻孔。

14、c)待准备巷道作业全部完成后，采用煤巷条带顺层抽采钻孔对准备巷道瓦斯进行抽采。

15、进一步，采动区地面井的布设位置根据瓦斯抽采效果和地面井变形破坏因素确定。

16、进一步，在步骤c)中，煤巷条带顺层抽采钻孔布置煤层中，沿煤层倾向方向扇形布置。钻进时采用三棱槽螺旋钻杆回转钻进，采用中风压及高风压脉动排渣。

17、进一步，大倾角地质条件下，孔深段为0～50m时，中风压为0.44mpa。孔深段为50～100m时，中风压为0.61mpa。孔深段为150～200m时，中风压为0.67mpa。高风压在中风压基础之上增至1.5倍～2倍。

18、进一步，在步骤c)中，当煤巷条带顺层抽采钻孔施工结束后，退出钻杆，插入封孔管实施封孔。

19、本发明的技术效果是毋庸置疑的：

20、a.提出了基于四区(规划区、准备区、生产区和采空区)与五量(开拓煤量、准备煤量、回采煤量、首采层抽采达标煤量、可供布置的邻近层煤量)联合管控方法，可实现大倾角煤层群抽掘采时空协调部署；

21、b.提出了基于大倾角地质条件下地面井变形破坏特征及瓦斯富集区域的生产区采动地面井布井方法，可实现生产区瓦斯高效抽采；

22、c.设计了大倾角碎软低渗条件下向孔脉动排渣工艺参数及封孔长度，可保障大倾角煤层群条件下下向孔顺畅排渣及良好的封孔效果，进而实现瓦斯高效抽采，保障煤炭安全开采；

23、d.提出了针对大倾角煤层群地质条件的钻孔选择以及布置方法，保障大倾角煤层群全生命周期煤与瓦斯安全高效共采。

技术特征：

1.一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：根据瓦斯抽采不同时期的特征，将大倾角多煤组矿区开发划分为规划区、准备区、生产区和采空区四个时空阶段；煤炭开采作业生产接续采用开拓煤量、准备煤量、回采煤量、首采层抽采达标煤量及可供布置的邻近层煤量进行管控；将五量管控贯穿于四区抽采，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：当开拓煤量和/或准备煤量出现激增或激降时，降低预期煤炭产量方式或减缓准备巷道掘进作业速度。

3.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：当井下瓦斯含量wz小于βw0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷定向钻孔；所述底抽巷定向钻孔为梳状分支定向长钻孔；所述底抽巷定向钻孔的钻进角度与准备区煤层倾角相适应；当井下瓦斯含量wz大于等于βw0时，底抽巷抽采钻孔选用底抽巷穿层钻孔；所述底抽巷穿层钻孔与准备区煤层的倾向夹角小于30°；其中，wz为准备区内瓦斯含量；w0为煤矿安全生产容许最高瓦斯含量；β为衰减系数。

4.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：针对大倾角地质条件下的煤层群开采，还需采用首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量进行管控；在生产区阶段，每隔一月计算首采层抽采达标煤量和可供布置的邻近层煤量；当首采层抽采达标煤量和/或可供布置的邻近层煤量突然上升或下降时，调整作业方案。

5.根据权利要求4所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：当首采层抽采达标煤量和/或可供布置的邻近层煤量突然上升或下降时，放缓作业进度或改变停采位置。

6.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于，准备区阶段具体包括以下子步骤：

7.根据权利要求6所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：采动区地面井的布设位置根据瓦斯抽采效果和地面井变形破坏因素确定；

8.根据权利要求6所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：还涉及到长钻孔钻杆外形和排渣工艺的设计，在步骤c)中，煤巷条带顺层抽采钻孔布置煤层中，沿煤层倾向方向扇形布置；钻进时采用三棱槽螺旋钻杆回转钻进，采用中风压及高风压脉动排渣。

9.根据权利要求8所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：还涉及到风压的确定方法，大倾角地质条件下，孔深段为0～50m时，中风压为0.44mpa；孔深段为50～100m时，中风压为0.61mpa；孔深段为150～200m时，中风压为0.67mpa；高风压在中风压基础之上增至1.5倍～2倍。

10.根据权利要求6所述的一种煤与瓦斯共采方法，其特征在于：还涉及到下向孔封孔长度的确定方法，在步骤c)中，当煤巷条带顺层抽采钻孔施工结束后，退出钻杆，插入封孔管实施封孔；确定封孔长度具体包括以下子步骤：

技术总结
本发明提供一种煤与瓦斯共采方法。该方法根据煤炭开采及瓦斯抽采不同时期的特征，将大倾角多煤组矿区开发划分为规划区、准备区、生产区和采空区四个时空阶段。该方法使用三类钻孔对四区进行抽采，结合五量管控。完成了针对大倾角特殊条件下的抽掘采合理部署，从而实现在大倾角地质条件下煤与瓦斯共采的目的。该方法可实现大倾角煤层群基于倾向长壁采煤方法的煤与瓦斯共采，使抽掘采部署更为合理，为相同地质条件下的煤与瓦斯共采提供了一定的借鉴。

技术研发人员：孙小岩,孔繁杰,桑培淼,梁运培,李宁,史勇,梁金燕,邹全乐,马腾飞,冉启灿
受保护的技术使用者：韩城市枣庄实业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15