一种本煤层极薄分层开采的卸压增透方法及系统

本发明属于煤层卸压增透，涉及一种本煤层极薄分层开采的卸压增透方法及系统。

背景技术：

1、随着我国煤炭资源开采深度的增加，煤层受到地应力的影响越发严重，煤层透气性变差，瓦斯压力显著增加，这导致煤矿井下煤与瓦斯突出的概率大幅升高，同时瓦斯抽采的效率也受到了极大的影响，严重制约了煤矿安全高效的生产活动。因此，如何有效地对煤层进行卸压并增加煤层的渗透性是一个非常重要的问题。

2、目前常用的煤层增透卸压方法有密集钻孔、开采保护层、水力压裂、水射流技术等。这些方法能在一定条件下取得一些效果，但也存在不足，如密集钻孔单一钻孔卸压范围小，若要求大范围卸压则需要打较多的钻孔，工程量大，连续性差，瓦斯抽采效率低，且该方法难以适应井下复杂瓦斯条件的变化；开采保护层的方法要求煤层拥有保护层，受到严格的地质条件约束，不具有普适性，同时还增大了工程量，操作繁琐；水力压裂应用广泛，但容易损伤煤层顶底板，所产生的水力裂缝形态单一且受到地应力的影响。水射流技术包括水力冲孔、水力掏槽、水力疏松、水射流扩孔、水射流割缝等，此类方法运用高压水射流破碎煤体，在煤层间形成自由空间以达到卸压增透的效果，虽取得了良好的效果，但仍存在技术设备不配套、不完善，井下工程量巨大的缺陷。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提出一种本煤层极薄分层开采的卸压增透方法及系统。解决现有方法卸压增透范围小、普适性低、连续性差、对围岩的影响大、安全隐患较高的问题。

2、为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

3、一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统，包括设置在井田内的常规开拓大巷，沿着与常规开拓大巷朝向一致的井田边界布置边界大巷，在常规开拓大巷与边界大巷之间选取设计首采区的位置；在设计首采区内，从常规开拓大巷向边界大巷施工排孔；排孔中相邻的两个钻孔一个作为排渣孔，另一个作为导向孔；所述边界大巷内设置有极薄分层截割设备，且极薄分层截割设备位于排渣孔和导向孔之间，极薄分层截割设备由边界大巷向常规开拓大巷运移，用于截割煤层。

4、进一步的，排渣孔中铺设有刮板导链，导向孔内铺设有导链，所述常规开拓大巷内设置有动力设备，为刮板导链和导链提供动力；极薄分层截割设备在刮板导链和导链的牵引下运移。

5、更进一步，所述刮板导链是在导向链上装配弧形刮板，所述的刮板导链的一端与动力设备上的固定杆连接，另一端与动力设备上的旋转滚筒连接；所述导链的一端与动力设备上的固定杆连接，另一端与动力设备上的旋转滚筒连接；所述的刮板导链与极薄分层截割设备一端齿轮传动啮合，所述导链与极薄分层截割设备另一端齿轮传动啮合。

6、进一步的，所述常规开拓大巷的两端与井田边界相交，在常规开拓大巷两端沿井田边界分别掘进边界运输顺槽和边界回风顺槽，边界运输顺槽和边界回风顺槽掘进至井田另一边界处时，掘进所述的边界大巷。

7、进一步的，对于煤厚0.6~1.3m的薄煤层及煤厚1.3~3.5m的中厚煤层，排孔为一排布置，且所述排孔在巷道高度方向上位于巷道中部至下部的区域；对于煤厚大于3.5m的厚煤层，排孔为两排布置，两排排孔在巷道高度方向上分别位于巷道的上部和中部至下部的区域；布置排孔的范围内的煤壁通过单独铺网支护，并且铺网与周围锚网通过铁丝连接。

8、更进一步，所述排孔的单孔孔径d≤0.6m，相邻两孔的孔间距l≥2d+0.5。

9、基于所述的一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统的卸压增透方法，包括以下步骤：

10、1）在边界大巷内，排渣孔和导向孔之间的煤壁上安装极薄分层截割设备；在排渣孔中铺设刮板导链，在导向孔内铺设导链，极薄分层截割设备在刮板导链和导链的牵引下由边界大巷向常规开拓大巷运移；

11、2）极薄分层截割设备运移过程中截割排渣孔和导向孔之间的煤层，并将破碎的煤推移至刮板导链内，再通过排渣孔排出；排渣孔和导向孔之间的煤层采出后，形成开采空间，致使周围煤层变形破坏；

12、3）在设计首采区以外的其它范围内，重复步骤1）和2），实现整个井田范围内的卸压增透。

13、优选的，排孔的钻孔施工过程中采用泥浆护壁工艺，在钻孔周围形成护孔层。

14、优选的，在常规开拓大巷靠近井田边界的两端，沿井田边界分别掘进边界运输顺槽和边界回风顺槽，边界运输顺槽和边界回风顺槽掘进至井田另一边界处时，对向掘进边界大巷。

15、优选的，所述的极薄分层是指本煤层中人为选取的一层厚度h≤0.6m的分层煤层，本煤层是指厚度为正常天然赋存厚度的煤层；所述的卸压增透方法用于在井田开发三大阶段的任一阶段，所述三大阶段包括开拓阶段、准备阶段和回采阶段；当设计首采区位于井田边界时，所述的排孔施工方向由首采工作面范围向远离首采工作面方向实施。

16、本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

17、本发明沿井田边界特别布置一条边界大巷，专用于运输及截割设备布置，沿与边界大巷所处井田边界相邻的两井田边界布置边界运输顺槽和边界回风顺槽，两条顺槽与常规开拓大巷及边界大巷一同形成完整的开采系统；向煤层施工排孔，在排孔内布置导向链和刮板链；切割两相邻平行排孔间的本煤层极薄煤层分层，在本煤层内形成自由空间，扩大本煤层中的裂隙，实现大范围连续性卸压增透。与现有技术相比，本发明具有卸压增透范围大，连续性强，普适性高，操作简单，不受地应力影响的优点。

18、本发明适用于压力大、低渗透性煤层的增透卸压，特别是高瓦斯和突出矿井中的煤层以及用于co2储存的煤层。同时本发明能够为提高co2封存目标煤层的可注入性提供参考。

技术特征：

1.一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统，包括设置在井田内的常规开拓大巷（1），其特征在于，沿着与常规开拓大巷（1）朝向一致的井田边界布置边界大巷（4），在常规开拓大巷（1）与边界大巷（4）之间选取设计首采区（5）的位置；在设计首采区（5）内，从常规开拓大巷（1）向边界大巷（4）施工排孔（6）；排孔（6）中相邻的两个钻孔一个作为排渣孔（7），另一个作为导向孔（8）；所述边界大巷（4）内设置有极薄分层截割设备（9），且极薄分层截割设备（9）位于排渣孔（7）和导向孔（8）之间，极薄分层截割设备（9）由边界大巷（4）向常规开拓大巷（1）运移，用于截割煤层。

2.根据权利要求1所述的一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统，其特征在于，排渣孔（7）中铺设有刮板导链（10），导向孔（8）内铺设有导链（11），所述常规开拓大巷（1）内设置有动力设备（12），为刮板导链（10）和导链（11）提供动力；极薄分层截割设备（9）在刮板导链（10）和导链（11）的牵引下运移。

3.根据权利要求2所述的一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统，其特征在于，所述刮板导链（10）是在导向链上装配弧形刮板；所述的刮板导链（10）的一端与动力设备（12）上的固定杆连接，另一端与动力设备（12）上的旋转滚筒连接；所述导链（11）的一端与动力设备（12）上的固定杆连接，另一端与动力设备（12）上的旋转滚筒连接；所述的刮板导链（10）与极薄分层截割设备（9）一端齿轮传动啮合，所述导链（11）与极薄分层截割设备（9）另一端齿轮传动啮合。

4.根据权利要求1所述的一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统，其特征在于，所述常规开拓大巷（1）的两端与井田边界相交，在常规开拓大巷（1）两端沿井田边界分别掘进边界运输顺槽（2）和边界回风顺槽（3），边界运输顺槽（2）和边界回风顺槽（3）掘进至井田另一边界处时，掘进所述的边界大巷（4）。

5.根据权利要求1所述的一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统，其特征在于，对于煤厚0.6~1.3m的薄煤层及煤厚1.3~3.5m的中厚煤层，排孔（6）为一排布置，且所述排孔（6）在巷道高度方向上位于巷道中部至下部的区域；对于煤厚大于3.5m的厚煤层，排孔（6）为两排布置，两排排孔（6）在巷道高度方向上分别位于巷道的上部和中部至下部的区域；布置排孔（6）的范围内的煤壁通过单独铺网支护，并且铺网与周围锚网通过铁丝连接。

6.根据权利要求5所述的一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统，其特征在于，所述排孔（6）的单孔孔径d≤0.6m，相邻两孔的孔间距l≥2d+0.5。

7.基于权利要求2-6任一项所述的一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统的卸压增透方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统的卸压增透方法，其特征在于，排孔（6）的钻孔施工过程中采用泥浆护壁工艺，在钻孔周围形成护孔层。

9.根据权利要求7所述的基于一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统的卸压增透方法，其特征在于，在常规开拓大巷（1）靠近井田边界的两端，沿井田边界分别掘进边界运输顺槽（2）和边界回风顺槽（3），边界运输顺槽（2）和边界回风顺槽（3）掘进至井田另一边界处时，对向掘进边界大巷（4）。

10.根据权利要求7所述的基于一种本煤层极薄分层开采的卸压增透系统的卸压增透方法，其特征在于，所述的极薄分层是指本煤层中人为选取的一层厚度h≤0.6m的分层煤层，本煤层是指厚度为正常天然赋存厚度的煤层；所述的卸压增透方法用于在井田开发三大阶段的任一阶段，所述三大阶段包括开拓阶段、准备阶段和回采阶段；当设计首采区（5）位于井田边界时，所述的排孔（6）施工方向由首采工作面范围向远离首采工作面方向实施。

技术总结
本发明公开了一种本煤层极薄分层开采的卸压增透方法及系统，属于煤层卸压增透技术领域；首先沿井田边界布置边界顺槽以及边界大巷；向煤层施工排孔，贯通常规开拓大巷与边界大巷；在常规开拓大巷、边界大巷与排孔中布置设备，截割钻孔间的极薄分层煤层，在煤层中产生开采空间，使排孔周围煤体变形破坏；本发明用于高瓦斯煤层的卸压增透，具有作用范围大，普适性高，连续性强，安全稳定且不损伤岩体的优点；解决了现有方法卸压增透范围小、普适性低、连续性差、对围岩的影响大、安全隐患较高的问题。

技术研发人员：冯子军,许果,郑金平,张梓民,陈正男,赵鹏,邓春生
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15