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厚 煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法

阅读：276发布：2020-05-21

专利汇可以提供厚煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且我国厚煤层产量约占全国煤炭产量的40％～50％。随着厚煤层开采深度逐年增高，煤层瓦斯含量也逐渐增大，且煤层普遍透气性低，严重影响瓦斯抽放。结合现有瓦斯抽采技术施工工艺复杂、工程量大等问题，确定了一种厚煤层立体化巷道布置网络化爆破抽采全厚瓦斯方法。立体化布置工作面回采巷道，在两回采巷道开采帮分别向煤体内打设两排交叉钻孔，上排为瓦斯抽放孔，下排间隔布置瓦斯抽放孔和爆破孔，在上排瓦斯抽放孔与下排爆破孔的交叉点处安放药包，实施爆破增透产生网络裂隙；两药包之间采用水带间隔，隔爆降尘。本发明在不增加专用瓦斯抽放巷及煤体不过度破坏情况下，增大厚煤层透气性，可实现厚煤层全厚抽采瓦斯，增加抽放瓦斯量和瓦斯抽放有效时间。，下面是厚煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.厚煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法，其特征在于，包括以下过程：
a、煤层工作面回采巷道采用合理的立体化布置方式，即回风巷和进风巷分别沿煤层底板和煤层顶板布置；
b、分别在不同层位的上下两巷道的开采帮向工作面煤体内打设两排交叉钻孔，上排钻孔为瓦斯抽放钻孔，下排钻孔间隔布置瓦斯抽放钻孔与爆破钻孔，上一排钻孔垂直于巷帮，下一排钻孔与巷帮斜交；
c、上一排的瓦斯抽放孔用于排放瓦斯，下一排的爆破孔用于安放药包，药包定点安放在瓦斯抽放孔与爆破孔的交叉点处，实施爆破增透产生网络裂隙；两药包之间采用水带间隔，隔爆降尘的同时能够割裂煤岩体，形成有效抽采裂缝。
2.根据权利要求1所述的实现一种厚煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法，其特征在于，所述的步骤a中，煤层工作面回采巷道采用合理的立体化布置方式，即回风巷和进风巷分别沿煤层底板和煤层顶板布置。
3.根据权利要求1所述的实现一种厚煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法，其特征在于，所述的步骤b中，分别在不同层位的上下两巷道的开采帮向工作面煤体内打设两排交叉钻孔，上排钻孔为瓦斯抽放钻孔，下排钻孔间隔布置瓦斯抽放钻孔与爆破钻孔，上一排钻孔垂直于巷帮，下一排钻孔与巷帮斜交。
4.根据权利要求1所述的实现一种厚煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法，其特征在于，所述的步骤c中，上一排的瓦斯抽放孔用于排放瓦斯，下一排的爆破孔用于安放药包，药包定点安放在瓦斯抽放孔与爆破孔的交叉点处，实施爆破增透产生网络裂隙；两药包之间采用水带间隔，隔爆降尘的同时能够割裂煤岩体，形成有效抽采裂缝。
5.根据权利要求1所述的实现一种厚煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法，其特征在于，两条回采巷道分别布置在同一煤层的底板和顶板，在两条巷道内同时采用交叉钻孔网络爆破，可在整层煤体内形成瓦斯抽放增透网络，可实现厚煤层全厚瓦斯抽放。

说明书全文

厚煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法

技术领域

[0001] 本发明涉及煤炭开采及煤岩瓦斯抽放技术领域，尤其涉及一种用于低透气性厚煤层立体化巷道布置方式中交叉钻孔网络化增透爆破抽采全厚瓦斯方法。技术背景

[0002] 我国厚煤层储量丰富，约占探明储量的47.7％，每年地下开采厚煤层产量约占全国煤炭产量的40％～50％。厚煤层的储量与厚度优势，为实现高产高效开采提供了基础条件，为我国煤炭工业可持续发展提供了资源保障。随着我国煤炭产量日益增大，煤层开采深度逐年增高，随之而来的是煤层瓦斯含量也逐渐增大，一些矿井逐步升级为高瓦斯、突出矿井，瓦斯灾害越来越严重，发生了不少厚煤层开采瓦斯事故。严重影响煤矿安全高效生产，因此必须对煤层的瓦斯进行抽放，降低煤层瓦斯含量，从而降低瓦斯风险。

[0003] 提高瓦斯抽放量，是解决厚煤层瓦斯含量高、煤与瓦斯突出行之有效的方法，影响抽放量的主要因素是煤层的渗透系数；受复杂地质构造影响，我国高瓦斯和突出危险煤层普遍存在透气性低的特点，严重制约了瓦斯抽采效率；因而改善煤层的渗透能力,一直是煤层瓦斯抽放研究中的重要课题。

[0004] 对于透气性低较难抽采的煤层，为提高瓦斯抽采效果，就要通过各种手段使煤层卸压增透，沟通煤层内的原有裂隙网络或产生新的裂隙，此类技术称为低透气性煤层增透技术。根据国内外试验研究情况，现阶段主要煤层增透的技术方法有:平行钻孔、交叉布孔、穿层网格式钻孔、深孔控制预裂爆破增透、水力压裂增透、水力割缝增透等。

[0005] 为提高抽采效果，布孔时在平行钻孔的基础上，往往采用斜向孔及交叉钻孔，斜向布孔有利于边采边抽，交叉式布孔可在不增加任何工程量的条件下，比平行钻孔抽采效果提高1.5倍，提高本煤层瓦斯抽采的效果。但交叉钻孔抽放技术由于交叉点之间钻孔应力作用有限导致抽采效果不佳；

[0006] 网格式穿层钻孔的优点是可解决突出煤层打顺层孔时钻喷孔、塌孔问题。大面积网格式穿层钻孔预抽试验表明，低透气性煤层尽管预抽瓦斯极为困难，但在合理布置钻孔、保证预抽时间等技术条件下，完全能够达到预期的抽采效果，瓦斯抽采率可达到30％以上。目前网格式穿层钻孔成为我国单一松软低透严重突出煤层防突的主要方法。但网格式穿层钻孔需要在煤层底板打岩巷,抽采成本较高；

[0007] 深孔控制预裂爆破增透，炸药在煤体爆破孔内爆破后，在爆破近区产生压缩粉碎区，在爆炸空腔壁上产生长度约为炮孔半径数倍的初始裂隙；裂隙进一步扩展，在爆破孔周围形成径向之字形交叉的裂隙网，达到卸压增透效果。但深孔控制爆破增透技术由于传统的连续装药结构会导致周围粉碎圈过大、裂隙圈分布范围较窄导致抽放效果持续时间较短；

[0008] 水力压裂通过向煤层注入大量含砂高压水，迫使煤层发生破裂、弱面扩展、张开和延伸，进而提高煤层的透气性。水力压裂是提高低透气煤层瓦斯抽采效率的有效途径，同时还能减少工作面粉尘、改善作业环境。但水力压裂是一个涉及煤岩变形、破坏、水和瓦斯渗流耦合的复杂过程，煤层增透机理仍不清楚。且水力压裂及水力割缝增透技术施工工艺复杂，需要专门的设备，且在井下操作不便；

[0009] 在水力压裂的基础上，出现了顶板水力压裂与高位钻孔相结合的立体瓦斯抽采技术。顶板水力压裂是将影响范围控制在顶板岩层裂隙带与煤层之间，待压裂液注入岩体后原有的裂隙克服其主应力和岩体的破裂能力，形成新的裂隙，在煤岩交界处造成更多的瓦斯运移空间，从而增加煤岩透气性，实现增透、卸压，在水力压裂影响范围内施工高位钻孔，使其位于纵向压裂范围裂隙带上方，游离瓦斯经过卸压向上进入高位钻孔抽采范围，大幅提高了上方高位钻孔瓦斯抽采效果，降低了煤层瓦斯突出危险性。但此技术需要在回采巷道开采帮向工作面煤体内单独开挖卸压巷，增加了巷道掘进量和瓦斯抽放工程量；

[0010] 以上技术，都为低透气性煤层瓦斯抽放提供了良好的借鉴，但也存在着一些问题，而且都适用于中厚及以下的煤层，对厚煤层的瓦斯抽放适应性不太明显。

[0011] 对于低透气性高瓦斯厚煤层的瓦斯抽放，有“底板穿层钻孔+长距离定向钻孔”和“预掘瓦斯抽放巷分层抽放瓦斯”抽采技术。前者通过在特厚煤层底板集中巷施工底板穿层钻孔穿透整个特厚煤层进行预抽，同时通过在集中回风石门、底板集中巷等地点沿煤层走向或倾向施工长距离定向钻孔，并结合工作面顺层钻孔强化抽采进行预抽，从而实现井下立体抽采。此技术形成了高瓦斯厚煤层分层开采瓦斯治理关键技术体系，为我国类似地质条件下厚煤层分层开采瓦斯综合治理提供了示范；但此方法，需要在煤层底板穿层开掘穿透整个煤层的底板集中巷，巷道工程量大；后者在传统二维布置巷道的基础上，在顶分层煤体内开挖两条瓦斯抽放巷道，布置抽放钻孔，对煤体瓦斯进行抽采，此方法也存在着巷道工程量大等问题。

发明内容

[0012] 针对上述技术问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足及局限性，提出了一种厚煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法，用于解决低透气性厚煤层矿井瓦斯抽放效果不佳的问题。

[0013] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0014] 厚煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法，包括以下过程：

[0015] a、煤层工作面回采巷道采用合理的立体化布置方式，即回风巷和进风巷分别沿煤层底板和煤层顶板布置；

[0016] b、分别在不同层位的上下两巷道的开采帮向工作面煤体内打设两排交叉钻孔，上排钻孔为瓦斯抽放钻孔，下排钻孔间隔布置瓦斯抽放钻孔与爆破钻孔，上一排钻孔垂直于巷帮，下一排钻孔与巷帮斜交；

[0017] c、上一排的瓦斯抽放孔用于排放瓦斯，下一排的爆破孔用于安放药包，药包定点安放在瓦斯抽放孔与爆破孔的交叉点处，实施爆破增透产生网络裂隙；两药包之间采用水带间隔，隔爆降尘的同时能够割裂煤岩体，形成有效抽采裂缝；

[0018] 本发明提供的实现一种厚煤层立体化巷道布置网络化爆破增透抽采全厚瓦斯方法，具有以下优点：

[0019] (1)工作面回采巷道采用立体化布置方式，分别沿煤层底板和顶板布置，矿压显现较传统二维巷道布置方式不明显，矿压容易控制；

[0020] (2)在巷道开采帮向煤体内打设两排交叉钻孔，结合了传统交叉钻孔和深孔爆破的优点，同时克服了其由于地应力和连续爆破而造成抽放效果不好，抽放有效时间短等不足，爆破后产生立体网络裂隙效果，增透抽放效果良好；

[0021] (3)在立体化布置的两条巷道分别布置交叉钻孔，可在煤层全厚煤体内形成网络裂隙，即在不增加巷道工程量的情况下，可实现厚煤层全厚煤层瓦斯抽放。附图说明

[0022] 图1为常规立体化巷道布置的4种形式；

[0023] 图1中：1-首采工作面进风巷；2-首采工作面回风巷；3-接续工作面进风巷； 4-接续工作面回风巷；

[0024] 图2a为实施例钻孔布置平面示意图；

[0025] 图2b为实施例钻孔布置左视图；

[0026] 图3为实施例的钻孔布置立体图。

[0027] 图2～3中：1-工作面进风巷；2-工作面回风巷；3-瓦斯抽放钻孔；4-爆破钻孔；5-交叉点；6-药包。

具体实施方式

[0028] 结合附图说明本发明的具体实施方式。

[0029] 在本实施例中

[0030] 第一步，根据煤层的厚度，选择合理的巷道立体化布置方式，回采巷道布置在煤层的不同层位，分别布置在煤层底板和煤层顶板；

[0031] 第二步，在两条回采巷道的开采帮向工作面煤体内部，分别打设两排交叉钻孔，上排布置瓦斯抽放孔，与巷帮垂直布置，下排间隔布置瓦斯抽放孔和爆破孔；

[0032] 上下两排钻孔垂直间距为H，相同排的相邻钻孔孔距为L，上排与下排相邻钻孔水平投影孔口间距为M，瓦斯抽放孔的孔径为R、孔深D、爆破孔的孔径为 r、孔深d，上下钻孔在水平面投影夹角为α，交叉点数为l。其中，90≤R≤120mm， 2≤M≤5m；50≤r≤70mm；15°≤α≤20°；

[0033] 第三步，根据瓦斯抽放需要满足的卸压半径，计算设计松动爆破药包参数、单包药包药量q、单孔药量Q等，并确定起爆方式，确保其爆破后产生立体网络裂隙效果；

[0034] q＝eq’gmiw2n(1+n2)-0.5

[0035] 其中，q为单包药包实际装药量药量，e为爆力系数，q为标准条件下爆破每单位体积所需炸药量，g为爆眼堵塞系数，mi为第i个交叉点位置炮眼深度，w 为最小抵抗线(即本发明中的卸压半径)，n为炮眼深度对炸药消耗量的影响系数；单孔装药量Q＝kq。

[0036] 第四步，在下一排的爆破孔安放药包，药包定点安放在瓦斯抽放孔与爆破孔的交叉点处，实施爆破增透产生网络裂隙；

[0037] 第五步，使用特制的传送杆，将各药包约束固定在瓦斯抽放孔与爆破孔交叉点位置，采用导爆索链接起爆药卷。两药包之间采用水带间隔，隔爆降尘的同时能够割裂煤岩体，形成有效抽采裂缝。

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