專利名稱：一種基于上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽采鉆孔布置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦瓦斯抽采領(lǐng)域，尤其涉及一種用于采空區(qū)上覆巖層瓦斯抽采的鉆孔布置方法。
背景技術(shù)：
目前，依據(jù)礦壓巖層控制理論，按照采空區(qū)上覆巖層采動裂隙特征一般將采空區(qū)上覆巖層劃分為“豎三帶”和“橫三區(qū)”?！柏Q三帶”從上至下可分為彎曲下沉帶、頂板裂隙帶和冒落帶，抽采主要針對裂隙帶發(fā)育區(qū)進(jìn)行抽采，如申請?zhí)枮?3113021.6的中國專利申請公開了一種“開采煤層頂板瓦斯抽放的方法”，在開采煤層頂板，對于來自開采和卸壓煤層通過采空區(qū)上覆巖層受采動影響形成的裂隙通道匯集到“環(huán)形裂隙圈”內(nèi)的解吸瓦斯，由布置在“環(huán)形裂隙圈”中的鉆孔或巷道進(jìn)行抽放，“環(huán)形裂隙圈”位于采煤工作面靠近回風(fēng)巷和進(jìn)風(fēng)巷的采空區(qū)頂板冒落帶以上的離層裂隙帶內(nèi)?，F(xiàn)有采空區(qū)頂板裂隙區(qū)的瓦斯抽放主要有水平高抽巷、傾斜高抽巷和高位鉆孔抽放等方法，也僅限于頂板裂隙帶，可供抽采范圍偏小，鉆孔抽采效能偏低。一些采動裂隙區(qū)抽放方法需要打單獨(dú)的頂板抽采巷道，采用頂板巷道打鉆孔或頂板巷道進(jìn)行卸壓瓦斯抽采，這些方法增大了瓦斯治理工程量與經(jīng)費(fèi)投入，且抽采巷道自身即是一個瓦斯積聚區(qū)域，安全性差。此外，“裂隙帶”或“環(huán)形裂隙圈”區(qū)域內(nèi)進(jìn)行抽采，抽采鉆孔所處層位較低，隨頂板垮落壓實(shí)而逐漸失效，有效抽采時間短，亦不能對采空區(qū)深部的高濃度瓦斯進(jìn)行抽采，不利于高效減小采空區(qū)瓦斯涌出強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽采鉆孔布置方法，將瓦斯運(yùn)移特性與裂隙帶分布特征有機(jī)結(jié)合起來進(jìn)行分類，利用既有的瓦斯尾巷直接進(jìn)行抽采鉆孔的施工，將抽采鉆孔分別布置到上覆巖層的多個區(qū)域內(nèi)，不但有效抽采高濃度瓦斯，且干擾了采空區(qū)回風(fēng)側(cè)區(qū)的滲流場，抽采效能高，且減少了打抽放巷工藝，簡化了工藝技術(shù)環(huán)節(jié)，降低了成本。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，提供以下技術(shù)方案:一種基于上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽采鉆孔布置方法，其特征在于包括從瓦斯尾巷直接向采空區(qū)上覆巖層的多個區(qū)域打傾斜大直徑鉆孔的步驟。其中，采空區(qū)上覆巖層的多個區(qū)域包括自下而上的低位裂隙殼、中位裂隙殼和高位裂隙殼；其中，低位裂隙殼為采空區(qū)裂隙豎向破壞發(fā)育區(qū)；高位裂隙殼為采空區(qū)離層裂隙與微裂隙發(fā)育區(qū)；中位裂隙殼位于高位裂隙殼與低位裂隙殼之間。特別是，打傾斜大直徑鉆孔的步驟包括從所述瓦斯尾巷直接向所述高位裂隙殼打多個高位裂隙殼鉆孔，多個高位裂隙殼鉆孔沿瓦斯尾巷并列布置。此外，打傾斜大直徑鉆孔的步驟還包括從所述瓦斯尾巷直接向所述低位裂隙殼打多個低位裂隙殼鉆孔，多個低位裂隙殼鉆孔沿瓦斯尾巷并列布置，每個低位裂隙殼鉆孔分別與一個所述高位裂隙殼鉆孔對應(yīng)形成一個抽采鉆孔組。特別是，每個所述鉆孔組內(nèi)的所述高位裂隙殼鉆孔與所述低位裂隙殼鉆孔之間的距離為10 20m ;相鄰所述抽采鉆孔組之間的距離為30 60m。其中，高位裂隙殼鉆孔的終端與回風(fēng)巷之間的距離小于或等于工作面長度的1/2，大于h ^tana，h高位裂隙殼鉆孔的終孔高度，α為煤壁支承影響角。高位裂隙殼鉆孔進(jìn)入關(guān)鍵層內(nèi)，高位傾斜大直徑鉆孔的終端位于關(guān)鍵層區(qū)域內(nèi)或關(guān)鍵層以上區(qū)域，與煤層頂板之間的距離為40 80m。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下方面:1)利用“U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)既有的瓦斯尾巷直接進(jìn)行抽采鉆孔的施工，減少了打抽放巷工藝，簡化了工藝技術(shù)環(huán)節(jié)，節(jié)約經(jīng)費(fèi)、人力、物力、財(cái)力；2)高位裂隙殼鉆孔穿過中位裂隙殼區(qū)域，布置到高位裂隙殼中部區(qū)域，抽采采空區(qū)頂板區(qū)域積聚的高濃度瓦斯，有效降低了采空區(qū)瓦斯涌出強(qiáng)度。3)將抽采鉆孔分別布置到低位裂隙殼和高位裂隙殼內(nèi)，形成抽采鉆孔組進(jìn)行抽采，不但有效抽采高濃度瓦斯，且干擾了采空區(qū)回風(fēng)側(cè)區(qū)的滲流場，抽采效能高；


圖1為本發(fā)明基于上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽采鉆孔布置方法的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本 發(fā)明基于上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽采鉆孔布置的原理圖。附圖標(biāo)記說明:1_低位裂隙殼；2_中位裂隙殼；3_高位裂隙殼；4_工作面；5_冒落區(qū)；6_瓦斯尾巷；7_回風(fēng)巷；8_進(jìn)風(fēng)巷；9-煤層；10_低位裂隙殼鉆孔；30_高位裂隙殼鉆孔。
具體實(shí)施例方式如圖2本發(fā)明基于上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽采鉆孔布置的原理圖所述，本發(fā)明將采空區(qū)上覆巖層自下而上分為低位裂隙殼1、中位裂隙殼2和高位裂隙殼3。低位裂隙殼I主要為采空區(qū)裂隙豎向破壞發(fā)育區(qū)，位于冒落帶上部、裂隙帶下部區(qū)域，在垂直方向上貫通性強(qiáng)，靠近工作面4區(qū)域的低位裂隙殼受采空區(qū)漏風(fēng)影響較大，上鄰近層的卸壓瓦斯在通風(fēng)負(fù)壓的作用下易涌入冒落區(qū)5 ;高位裂隙殼3主要是采空區(qū)離層裂隙與微裂隙發(fā)育區(qū)，包括裂隙帶上部區(qū)域、彎曲下沉帶下部區(qū)域，在水平方向上貫通性強(qiáng)，受采空區(qū)漏風(fēng)影響小，為高濃度瓦斯穩(wěn)定積聚區(qū)，在瓦斯?jié)舛忍荻群屯L(fēng)負(fù)壓的作用下運(yùn)移。高位裂隙殼隨著工作面推進(jìn)逐漸產(chǎn)生，且在整個工作面的回采過程中長期存在，因此，高位裂隙殼鉆孔所處層位較高，且能在工作面整個回采過程對該區(qū)域進(jìn)行高效能抽采，在采空區(qū)深部形成了多個匯點(diǎn)，有效減小了采空區(qū)瓦斯涌出強(qiáng)度。中位裂隙殼2位于高位裂隙殼3和低位裂隙殼I之間，主導(dǎo)裂隙方向不明顯。本發(fā)明基于上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽采鉆孔布置方法包括如下步驟:由瓦斯尾巷6直接向高位裂隙殼3打多個高位裂隙殼鉆孔30，多個高位裂隙殼鉆孔30穿過中位裂隙殼2進(jìn)入高位裂隙殼3 (如圖2所示)，多個高位裂隙殼鉆孔30沿瓦斯尾巷6并列布置(如圖1所示)，以便抽采采空區(qū)頂板區(qū)域穩(wěn)定積聚的高濃度瓦斯，有效降低采空區(qū)瓦斯涌出強(qiáng)度。
由由瓦斯尾巷6直接向低位裂隙殼I打多個低位裂隙殼鉆孔10 (如圖2所示)，多個低位裂隙殼鉆孔10沿瓦斯尾巷6并列布置(如圖1所示)。以便有效抽采大量高濃度瓦斯，且在采空區(qū)深部形成了多個匯點(diǎn)，有效干擾采空區(qū)回風(fēng)側(cè)區(qū)域的瓦斯流場，減少采空區(qū)高濃度瓦斯向回風(fēng)巷7與瓦斯尾巷6涌入。每個低位裂隙殼鉆孔10分別與一個高位裂隙殼鉆孔30對應(yīng)形成一個抽采鉆孔組A0每個鉆孔組A內(nèi)的高位裂隙殼鉆孔30與低位裂隙殼鉆孔10之間的距離為10 20m ;相鄰鉆孔組A之間的距離為30 60m。另外，本發(fā)明中高位裂隙殼鉆孔30的終端與回風(fēng)巷7之間的距離小于工作面長度的1/2，使得高位裂隙殼鉆孔30的終端位于工作面回風(fēng)側(cè)區(qū)域，且鉆孔長度不至于太長，高位裂隙殼鉆孔30的終端與回風(fēng)巷7之間的距離大于h/tan a，h為高位裂隙殼鉆孔的終端高度，α為煤壁支承影響角，鉆孔應(yīng)該進(jìn)入到采空區(qū)上方裂隙與離層發(fā)育區(qū)，避免鉆孔有效抽采段位于煤壁支承影響區(qū)內(nèi)(否則抽采效果差)；高位裂隙殼鉆孔30的終端進(jìn)入關(guān)鍵層內(nèi)，終端位于關(guān)鍵層區(qū)域內(nèi)或關(guān)鍵層以上區(qū)域，高度大小依據(jù)現(xiàn)場煤巖層賦存條件確定，一般與煤層頂板之間的距離為40 80m。采用本發(fā)明的鉆孔布置方法對采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采，使得上隅角的瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.85%以下，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛仍?.70%以下，有效解決了上隅角和回風(fēng)流中瓦斯超限的難題。盡管上文對本發(fā)明作了詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于此，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行修改，因此，凡按照本發(fā)明的原理進(jìn)行的各種修改都應(yīng)當(dāng)理解為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽采鉆孔布置方法，其特征在于包括從瓦斯尾巷(6)直接向采空區(qū)上覆巖層的多個區(qū)域打傾斜大直徑鉆孔的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的瓦斯抽采鉆孔布置方法，其特征在于，所述采空區(qū)上覆巖層的多個區(qū)域包括自下而上的低位裂隙殼(I)、中位裂隙殼(2)和高位裂隙殼(3);其中， 低位裂隙殼(I)為采空區(qū)裂隙豎向破壞發(fā)育區(qū)； 高位裂隙殼(3)為采空區(qū)離層裂隙與微裂隙發(fā)育區(qū)； 中位裂隙殼(2)位于高位裂隙殼與低位裂隙殼之間。
3.如權(quán)利要求2所述的瓦斯抽采鉆孔布置方法，其特征在于，所述打傾斜大直徑鉆孔的步驟包括從所述瓦斯尾巷(6)直接向所述高位裂隙殼(3)打多個高位裂隙殼鉆孔(30)，多個高位裂隙殼鉆孔(30)沿瓦斯尾巷(6)并列布置。
4.如權(quán)利要求3所述的瓦斯抽采鉆孔布置方法，其特征在于，所述打大直徑傾斜鉆孔的步驟還包括從所述瓦斯尾巷(6)直接向所述低位裂隙殼(I)打多個低位裂隙殼鉆孔(10)，多個低位裂隙殼鉆孔(10)沿瓦斯尾巷(6)并列布置，每個低位裂隙殼鉆孔(10)分別與一個所述高位裂隙殼鉆孔(30)對應(yīng)形成一個抽采鉆孔組(A)。
5.如權(quán)利要求4所述的瓦斯抽采鉆孔布置方法，其特征在于，每個所述鉆孔組(A)內(nèi)的所述高位裂隙殼鉆孔(30)與所述低位裂隙殼鉆孔(10)之間的距離為10 20m。
6.如權(quán)利要求5所述的瓦斯抽采鉆孔布置方法，其特征在于，相鄰所述抽采鉆孔組(A)之間的距離為30 60m。
7.如權(quán)利要求6所述的瓦斯抽采鉆孔布置方法，其特征在于，所述高位裂隙殼鉆孔(30)的終端與回風(fēng)巷(7)之間的距離小于工作面⑷長度的1/2，大于h.tana，h高位裂隙殼鉆孔的終孔高度，α為煤壁支承影響角。
8.如權(quán)利要求6所述的瓦斯抽采鉆孔布置方法，其特征在于，所述高位裂隙殼鉆孔(30)進(jìn)入關(guān)鍵層內(nèi)，高位裂隙殼鉆孔(30)的終端位于關(guān)鍵層區(qū)域內(nèi)或關(guān)鍵層以上區(qū)域，與煤層頂板之間的距離為40 80m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽采鉆孔布置方法，其特征在于包括從瓦斯尾巷(6)直接向采空區(qū)上覆巖層的多個區(qū)域打傾斜大直徑鉆孔的步驟；采空區(qū)上覆巖層的多個區(qū)域包括自下而上的低位裂隙殼(1)、中位裂隙殼(2)和高位裂隙殼(3)；其中，低位裂隙殼(1)為采空區(qū)裂隙豎向破壞發(fā)育區(qū)；高位裂隙殼(3)為采空區(qū)離層裂隙與微裂隙發(fā)育區(qū)；中位裂隙殼(2)位于高位裂隙殼與低位裂隙殼之間。利用既有的瓦斯尾巷直接進(jìn)行抽采鉆孔的施工，將抽采鉆孔分別布置到上覆巖層的多個區(qū)域內(nèi)，不但有效抽采高濃度瓦斯，且干擾了采空區(qū)回風(fēng)側(cè)區(qū)的滲流場，抽采效能高，且減少了打抽放巷工藝，簡化了工藝技術(shù)環(huán)節(jié)，降低了成本。
文檔編號E21F7/00GK103161492SQ20111042513
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者何富連, 謝生榮, 張守寶 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)