一种松软破碎强突出煤层综采工作面的综合治理方法

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，更具体地说，涉及一种松软破碎强突出煤层综采工作面的综合治理方法。

背景技术

随着浅部煤炭资源的枯竭，对深部煤炭资源的开采是未来将不得不面临的生产现实。由于深部煤层受地温、应力等因素的改造，煤层多呈现松软破碎特征，随着带来煤的变质程度加深，对瓦斯吸附能力增加、扩散流动能力降低，导致煤层多具有较强的突出危险性。

在松软破碎煤层中施工的瓦斯治理工程难以像浅部区域那样有较好的治理效果，加之煤炭中赋存的强瓦斯压力和高瓦斯含量难以消除，极易发生煤与瓦斯突出事故。针对多煤层赋存情况，采用保护层开采方法，对松软破碎强突出煤层实施较大范围的区域消突措施，进而改变了深部煤层赋存环境，应力降低、煤层由松软变坚硬，再加以实施瓦斯治理工程能有效发挥像浅部区域的瓦斯治理效果。但保护层开采方法只适用于多煤层赋存情况，适用效果有一定的局限性。

对于单一且具有松软破碎强突出的浅部煤层而言，采用顶抽巷、底抽巷及水力化增透措施是较常规的瓦斯治理方法，但对于深度超过800m甚至超过1000m的深部煤层而言，仅采用浅部煤层实施的常规措施以难以满足现有瓦斯治理需要，本领域技术人员亟需研发更先进且更具安全性的治理方法来改变深部煤炭资源开采过程中瓦斯难题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种松软破碎强突出煤层综采工作面的综合治理方法，对深部强突出煤层进行全方位、立体化的瓦斯治理方法，对要采掘的煤炭资源进行全覆盖抽采，实现煤炭资源的抽采达标。

为更好的阐述本发明的创新之处，对浅部突出煤层采用的常规瓦斯治理方法，阐述如下，每个工作面均设有进风巷、回风巷、切眼巷、顶抽巷和中部底抽巷，工作面回采前，要先掘进工作面两侧的顺槽巷道，由于煤层松软破碎且具有突出危险性，一般在两个相邻的工作面相邻的煤巷中间施工一条顺槽底抽巷，该顺槽底抽巷位于开采煤层底板下部的岩层中并在煤巷掘进前超前施工到位。在顺槽底抽巷向上部开采煤层施工穿层钻孔三，穿层钻孔三正好覆盖到两个相邻工作面的两条顺槽巷道，提前对煤巷范围内煤层中的瓦斯进行穿层钻孔抽采，待穿层钻孔三抽采消除了上部开采煤层的突出危险性后方可对煤巷进行掘进，煤巷掘进后方可形成全风压工作面。

由于工作面倾向长度一般为160-220m，虽消除了煤巷范围内煤层的提出危险性，但工作面回采范围内煤体的瓦斯仍未消除，且由于煤层松软破碎，在煤层中施工钻孔存在施工长度短、钻孔塌孔且透气衰减快等问题，采用在煤层中施工钻孔来消除工作面瓦斯难以实现。为此，采用与煤巷抽采瓦斯相同的技术方法，即在每个工作面的中部(倾向长度的中线)施工一条中部底抽巷，在中部底抽巷施工穿层钻孔四以覆盖所在工作面中间100-120m范围的煤体，在工作面两侧顺槽巷道内施工长度30-50m的顺层钻孔，实现工作面顺层和穿层交叉联合抽采。

常规瓦斯治理方法虽能一定程度上消除了煤层中的突出危险性，煤层中的瓦斯含量得到有效降低，但由于煤层松软破碎原因，钻孔无法按设计参数施工到位，局部区域存在抽采空白区、部分区域煤层仍存在突出危险性等问题，导致在煤炭开采过程中仍时有发生突出、瓦斯超限事故。

为了实现上述发明目的，本发明在上述常规瓦斯治理方法的基础上，采用了以下技术方案：

一种松软破碎强突出煤层综采工作面的综合治理方法，设有依次相邻的多个工作面，包括如下步骤：

S1、当前工作面回采前，在当前工作面与其相邻的工作面之间的煤层下部的岩层中施工顺槽底抽巷，并在当前工作面中部的底板岩层中施工中部底抽巷、在当前工作面煤层上部岩层中施工顶抽巷，所述顺槽底抽巷、中部底抽巷和顶抽巷均在煤巷掘进前超前施工到位；

S2、在当前工作面两侧的顺槽底抽巷与当前工作面的顶抽巷之间施工连通巷道一，在连通巷道一内向下部的煤层施工穿层钻孔一，对下部的开采煤层进行抽采；

S3、在当前工作面两侧的顺槽底抽巷向当前工作面的中部底抽巷施工连通巷道二，在连通巷道二内向上部的开采煤层施工穿层钻孔二，对上部开采煤层进行抽采；

S4、在当前工作面的相邻工作面的回风巷内向当前工作面的顶抽巷施工连通钻孔；以达到当前工作面的相邻工作面生产时，当前工作面顶抽巷仍进行抽采工作，达到当前工作面的相邻工作面既不必施工顶抽巷，又可解决这些相邻工作面生产期间的瓦斯抽采问题；

S5、将穿层钻孔一、穿层钻孔二和连通钻孔分别通过抽放管与井下的抽采系统相连接进行瓦斯抽采。

优选地，步骤S1中，所述中部底抽巷沿当前工作面的倾向长度的中线施工。

优选地，步骤S2中，所述连通巷道一沿顺槽底抽巷每间隔15-20m施工一条，且连通巷道一的开口在顺槽底抽巷靠近当前工作面一侧，连通巷道一的终端在当前工作面顶抽巷靠近施工连通巷道一的顺槽底抽巷一侧。

优选地，所述连通巷道一呈倾斜状，其对应的顺槽底抽巷一端低，顶抽巷一端高；所述穿层钻孔一覆盖连通巷道一两侧各10-15m的范围，且穿层钻孔一从连通巷道一的底板及两帮距连通巷道一的底板0.5m的煤壁上施工，每排穿层钻孔一的开孔间距为2-3m，终孔间距为3-4m，相邻排的穿层钻孔一呈10个孔和8个孔的施工顺序接替布置，且第二排穿层钻孔一布置在第一排穿层钻孔一之间的中轴线位置，呈三角形分布，使相邻的两个连通巷道一之间施工的穿层钻孔一之间有3-5m的重叠区域。

优选地，步骤S3中，所述连通巷道二沿顺槽底抽巷每间隔15-20m施工一条，且连通巷道二的开口在顺槽底抽巷靠近当前工作面一侧，连通巷道二的终端在当前工作面中部底抽巷靠近施工连通巷道二的顺槽底抽巷一侧。

优选地，所述顺槽底抽巷与中部底抽巷均在开采煤层下部的岩层的同一层位，所述连通巷道二为水平巷道，所述连通巷道二的开口与连通巷道一的开口有一定的错开距离，错开间距为8-10m；所述穿层钻孔二从连通巷道二的顶板及两帮距连通巷道二的顶板0.5m的煤壁上施工，每排穿层钻孔二的开孔间距为2-3m，终孔间距为3-4m；相邻排的穿层钻孔二呈10个孔和8个孔的施工顺序接替布置，且第二排穿层钻孔二布置在第一排穿层钻孔二之间的中轴线位置，呈三角形分布；使相邻的两个连通巷道二之间施工的穿层钻孔二之间有3-5m的重叠区域。

优选地，为考虑工作面安全开采需要，各所述工作面均采用U型通风方式，避免采空区通风等严重通风隐患；当前工作面的进风巷和回风巷分别与相邻侧工作面的回风巷相邻。

优选地，步骤S4中，所述连通钻孔沿着当前工作面的相邻工作面的回风巷施工，相邻的连通钻孔之间的间距10-15m；所述连通钻孔采用定向钻机施工，采用轨迹测定仪对连通钻孔的轨迹进行监测；所述连通钻孔与其两端的顶抽巷和回风巷之间设有一定的倾斜夹角，所述倾斜夹角是指连通钻孔与回风巷风流流向方向的夹角，且倾斜夹角＞90°，设置倾斜夹角的目的是考虑工作面回风风流的流动影响，在当前工作面顶抽巷抽采运行时，在负压的作用、工作面回风流动的作用下，减少连通钻孔中空气流动的阻力；更优选地，夹角保持在100°-150°，该夹角设置的好处是回风风流会在连通钻孔负压的作用下，部分乏风瓦斯会经连通钻孔进入顶抽巷，减轻工作面回风瓦斯管理的压力；所述连通钻孔在回风巷靠近当前工作面一侧施工，且连通钻孔的开口距开采煤层顶板0.5-0.8m的巷道煤壁上施工。

优选地，步骤S5中，所述连通巷道一内的穿层钻孔一和连通巷道二内的穿层钻孔二施工完毕后，在连通巷道一和连通巷道二的两端施工密闭墙，且在密闭墙中埋设抽放管，将抽放管分别与穿层钻孔一、穿层钻孔二、连通钻孔以及抽采系统相连。

优选地，所述当前工作面的顶抽巷虽是为当前工作面生产服务，但是在当前工作面生产结束后持续运行，保持到当前工作面的相邻工作面均生产结束后方可停止运行。

本发明的工作原理是：松软破碎煤层钻孔无法覆盖整个工作面煤体是导致常规瓦斯治理方法存在不足的主要原因，本发明在常规治理方法的基础上进行了改进创新，提出的顺槽底抽巷与顶抽巷之间施工连通巷道一，能从开采煤层的上部向开采煤层施工穿层钻孔一，并实现全范围覆盖；提出的顺槽底抽巷与中部底抽巷之间施工连通巷道二，能从开采煤层的下部向开采煤层施工穿层钻孔二，对开采煤层进行全覆盖抽采。两种方法借助穿层钻孔施工方便且易成孔特性，能对工作面煤体进行全方位立体化抽采，避免了常规措施中以顺槽巷道施工的顺层钻孔与中部底抽巷施工的穿层钻孔覆盖工作面煤体产生的抽采空白区；另外，本申请通过施工连通钻孔，实现了顶抽巷的高效利用，突破了常规方法中一条顶抽巷仅服务于一个工作面的现状，大大节约了工程成本和施工、抽采时间，又达到了解决顶抽巷两侧相邻工作面煤炭生产期间瓦斯涌出难题，达到一巷多用的目的和效果。

本发明还包括能够使该松软破碎强突出煤层综采工作面的综合治理方法正常使用的其它步骤、装置或组件，均为本领域的常规技术手段，另外，本发明中未加限定的步骤、装置或组件，等均采用现有技术中的常规手段，如本申请中的工作面、顺槽巷道、进风巷、回风巷、顺槽底抽巷、中部底抽巷和顶抽巷均采用浅部煤炭开采区域针对松软破碎煤层所实施的常规措施方法进行施工；本申请中的抽放管、抽采系统、定向钻机、轨迹测定仪等均可根据需要直接从市面购置或采用现有技术进行定制。

本发明的有益效果是：本申请实现了对深部强突出煤层进行全方位、立体化的瓦斯治理，对要采掘的煤炭资源能够进行全覆盖抽采，实现了煤炭资源的抽采达标。另外实现了顶抽巷的高效利用，突破了常规方法中一条顶抽巷仅服务于一个工作面的现状，大大节约了工程成本和施工、抽采时间，又达到了解决顶抽巷两侧相邻工作面煤炭生产期间瓦斯涌出难题，达到一巷多用的目的和效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为现有技术中常规的松软低透突出煤层区域性瓦斯治理技术示意图；

图2为实施例中本发明的当前工作面两侧的顺槽底抽巷与顶抽巷之间连通巷道一的布置示意图；

图3为实施例中本发明的当前工作面两侧的顺槽底抽巷与中部底抽巷之间连通巷道二的布置示意图；

图4为实施例中本发明的当前工作面的相邻工作面的回风巷与顶抽巷之间连通钻孔的布置示意图。

图中，1、N工作面；2、N+1工作面；3、N-1工作面；4、顺槽底抽巷；5、穿层钻孔三；6、顶抽巷；7、顺层钻孔；8、进风巷；9、回风巷；10、切眼巷；11、中部底抽巷；12、连通巷道一；13、连通巷道二；14、连通钻孔；15、穿层钻孔四。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图以及具体实施例对本发明进行清楚地描述，在此处的描述仅仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

为更好的阐述本发明的创新之处，首先对浅部突出煤层采用的常规瓦斯治理方法进行阐述，具体如下：

如图1所示，对浅部突出煤层采用的常规瓦斯治理方法，设有依次相邻的三个工作面，分别命名为N-1工作面3、N工作面1(即当前工作面)和N+1工作面2，每个工作面均设有进风巷8、回风巷9、切眼巷10、顶抽巷6和中部底抽巷11，

工作面回采前，要先掘进工作面两侧的顺槽巷道，由于煤层松软破碎且具有突出危险性，一般在两个相邻的工作面相邻的煤巷中间施工一条顺槽底抽巷4，该顺槽底抽巷4位于开采煤层底板下部的岩层中并在煤巷掘进前超前施工到位。在顺槽底抽巷4向上部开采煤层施工穿层钻孔三5，穿层钻孔三5正好覆盖到两个相邻工作面的两条顺槽巷道，提前对煤巷范围内煤层中的瓦斯进行穿层钻孔抽采，待穿层钻孔三5抽采消除了上部开采煤层的突出危险性后方可对煤巷进行掘进，煤巷掘进后方可形成全风压工作面。

由于工作面倾向长度一般为160-220m，虽消除了煤巷范围内煤层的提出危险性，但工作面回采范围内煤体的瓦斯仍未消除，且由于煤层松软破碎，在煤层中施工钻孔存在施工长度短、钻孔塌孔且透气衰减快等问题，采用在煤层中施工钻孔来消除工作面瓦斯难以实现。为此，采用与煤巷抽采瓦斯相同的技术方法，即在每个工作面的中部(倾向长度的中线)施工一条中部底抽巷11，在中部底抽巷11施工穿层钻孔四15以覆盖所在工作面中间100-120m范围的煤体，在工作面两侧顺槽巷道内施工长度30-50m的顺层钻孔7，实现工作面顺层和穿层交叉联合抽采。

常规瓦斯治理方法虽能一定程度上消除了煤层中的突出危险性，煤层中的瓦斯含量得到有效降低，但由于煤层松软破碎原因，钻孔无法按设计参数施工到位，局部区域存在抽采空白区、部分区域煤层仍存在突出危险性等问题，导致在煤炭开采过程中仍时有发生突出、瓦斯超限事故。

如图2～4所示，本发明在上述常规瓦斯治理方法的基础上，提供了一种松软破碎强突出煤层综采工作面的综合治理方法，包括依次相邻的三个工作面，分别命名为N-1工作面3、N工作面1(即当前工作面)和N+1工作面2，每个工作面均设有进风巷8、回风巷9和切眼巷10，包括如下步骤：

S1、在N工作面1回采前，在N工作面1与其相邻的N-1工作面3和N+1工作面2之间的煤层下部的岩层中分别施工顺槽底抽巷4；并在N工作面1中部的底板岩层中施工中部底抽巷11、在N工作面1煤层上部岩层中施工顶抽巷6，所述顺槽底抽巷4、中部底抽巷11和顶抽巷6均在煤巷掘进前超前施工到位；

S2、在N工作面1两侧的顺槽底抽巷4与N工作面1的顶抽巷6之间施工连通巷道一12，在连通巷道一12内向下部的煤层施工穿层钻孔一(图中未示出)，对下部的开采煤层进行抽采；

S3、在N工作面1两侧的顺槽底抽巷4向N工作面1的中部底抽巷11施工连通巷道二13，在连通巷道二13内向上部的开采煤层施工穿层钻孔二(图中未示出)，对上部开采煤层进行抽采；

S4、在N-1工作面3和N+1工作面2的回风巷9内向N工作面1的顶抽巷6施工连通钻孔14；以达到N-1工作面3和N+1工作面2生产时，N工作面1的顶抽巷6仍进行抽采工作，达到N-1工作面3和N+1工作面2既不必施工顶抽巷，又可解决N-1工作面3和N+1工作面2生产期间的瓦斯抽采问题。

S5、将所述穿层钻孔一、穿层钻孔二和连通钻孔14分别通过抽放管(图中未示出)与井下的抽采系统(图中未示出)相连接进行瓦斯抽采。

具体地，步骤S2中，所述中部底抽巷11沿N工作面1的倾向长度的中线施工。

具体地，步骤S3中，所述连通巷道一12沿顺槽底抽巷4每间隔15-20m施工一条，且连通巷道一12的开口在顺槽底抽巷4靠近N工作面1一侧，连通巷道一12的终端在N工作面1的顶抽巷6靠近施工连通巷道一12的顺槽底抽巷4一侧。

更具体地，所述连通巷道一12呈倾斜状，其对应的顺槽底抽巷4一端低，顶抽巷6一端高；所述穿层钻孔一覆盖连通巷道一12两侧各10-15m的范围，且穿层钻孔一从连通巷道一12的底板及两帮距连通巷道一12的底板0.5m的煤壁上施工，每排穿层钻孔一的开孔间距为2-3m，终孔间距为3-4m，相邻排的穿层钻孔一呈10个孔和8个孔的施工顺序接替布置，且第二排穿层钻孔一布置在第一排穿层钻孔一之间的中轴线位置，呈三角形分布，使相邻的两个连通巷道一12之间施工的穿层钻孔一之间有3-5m的重叠区域。

本实施例中，步骤S4中，所述连通巷道二13沿顺槽底抽巷4每间隔15-20m施工一条，且连通巷道二13的开口在顺槽底抽巷4靠近N工作面1一侧，连通巷道二13的终端在N工作面1中部底抽巷11靠近施工连通巷道二13的顺槽底抽巷4一侧。

具体地，所述顺槽底抽巷4与中部底抽巷11均在开采煤层下部的岩层的同一层位，所述连通巷道二13为水平巷道，所述连通巷道二13的开口与连通巷道一12的开口有一定的错开距离，错开间距为8-10m；所述穿层钻孔二从连通巷道二13的顶板及两帮距连通巷道二13的顶板0.5m的煤壁上施工，每排穿层钻孔二的开孔间距为2-3m，终孔间距为3-4m；相邻排的穿层钻孔二呈10个孔和8个孔的施工顺序接替布置，且第二排穿层钻孔二布置在第一排穿层钻孔二之间的中轴线位置，呈三角形分布；使相邻的两个连通巷道二13之间施工的穿层钻孔二之间有3-5m的重叠区域。

此外，为考虑工作面安全开采需要，各所述工作面均采用U型通风方式，避免采空区通风等严重通风隐患；N工作面1的进风巷8与N-1工作面3的回风巷9相邻，N工作面1的回风巷9与N+1工作面2的回风巷9相邻。

本实施例中，所述连通钻孔14沿着N-1工作面3和N+1工作面2的回风巷9施工，相邻的连通钻孔14之间的间距10-15m；所述连通钻孔14采用定向钻机施工，采用轨迹测定仪对连通钻孔14的轨迹进行监测；所述连通钻孔14与其两端的顶抽巷6和回风巷9之间设有一定的倾斜夹角，所述倾斜夹角是指连通钻孔14与回风巷9内的风流流向方向的夹角，且倾斜夹角＞90°，设置倾斜夹角的目的是考虑工作面回风风流的流动影响，在N工作面1的顶抽巷6抽采运行时，在负压的作用、工作面回风流动的作用下，减少连通钻孔14中空气流动的阻力；进一步地，夹角保持在100°-150°，该夹角设置的好处是回风风流会在连通钻孔14负压的作用下，部分乏风瓦斯会经连通钻孔14进入顶抽巷6，减轻工作面回风瓦斯管理的压力；所述连通钻孔14在回风巷9靠近N工作面1一侧施工，且连通钻孔14的开口距开采煤层顶板0.5-0.8m的巷道煤壁上施工。

其中，所述连通巷道一12内的穿层钻孔一和连通巷道二13内的穿层钻孔二施工完毕后，在连通巷道一12和连通巷道二13的两端施工密闭墙(图中未示出)，且在密闭墙中埋设抽放管(图中未示出)，将抽放管分别与穿层钻孔一、穿层钻孔二、连通钻孔14以及抽采系统相连。

本实施例中，所述N工作面1的顶抽巷6虽是为N工作面1生产服务，但是在N工作面1生产结束后持续运行，保持到N-1工作面3和N+1工作面2均生产结束后方可停止运行。

本发明的工作原理是：松软破碎煤层钻孔无法覆盖整个工作面煤体是导致常规瓦斯治理方法存在不足的主要原因，本发明在常规治理方法的基础上进行了改进创新，提出的顺槽底抽巷4与顶抽巷6之间施工连通巷道一12，能从开采煤层的上部向开采煤层施工穿层钻孔一，并实现全范围覆盖；提出的顺槽底抽巷4与中部底抽巷11之间施工连通巷道二13，能从开采煤层的下部向开采煤层施工穿层钻孔二，对开采煤层进行全覆盖抽采。两种方法借助穿层钻孔施工方便且易成孔特性，能对工作面煤体进行全方位立体化抽采，避免了常规措施中以顺槽巷道施工的顺层钻孔与中部底抽巷施工的穿层钻孔覆盖工作面煤体产生的抽采空白区；另外，本申请通过施工连通钻孔14，实现了顶抽巷6的高效利用，突破了常规方法中一条顶抽巷仅服务于一个工作面的现状，大大节约了工程成本和施工、抽采时间，又达到了解决顶抽巷两侧相邻工作面煤炭生产期间瓦斯涌出难题，达到一巷多用的目的和效果。

需要说明的是，本实施例中的工作面、顺槽巷道、进风巷8、回风巷9、顺槽底抽巷4、中部底抽巷11和顶抽巷6均采用浅部煤炭开采区域针对松软破碎煤层所实施的常规措施方法进行施工；且本实施例中的抽放管、抽采系统、定向钻机、轨迹测定仪等均可根据需要直接从市面购置或采用现有技术进行定制，因此，不再对其具体结构和工作原理进行赘述。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。