围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法与流程

1.本发明属于煤矿井下瓦斯抽采技术领域，具体是一种围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法。


背景技术：

2.煤系地层沉积分为生盖沉积和生储盖沉积，以生储盖沉积为主。瓦斯地质分区理论研究者认为，煤层生成瓦斯，储存瓦斯，属自生自储；煤层生成瓦斯，在生储盖沉积条件下，就近向上运移至岩储层储存瓦斯，属下生上储，因此瓦斯突出分为两种突出，即煤层瓦斯突出和岩储层瓦斯突出。岩储层瓦斯以游离为主，瓦斯运移以渗流为主，瓦斯压力大，浓度高，联通性好，补给性好，造成的突出危险性更大。为消除岩储层瓦斯突出给回采造成的危险及其次生事故，需要进行打钻抽采。围岩瓦斯突出条件下瓦斯治理方法适合所有溯源有围岩瓦斯危害的煤矿回采工作面。
3.目前，针对煤与瓦斯突出的回采工作面的所有瓦斯抽采措施，都是针对的煤层瓦斯，而不是针对岩储层瓦斯（现有的理论并不认为岩储层的瓦斯对煤层有影响）。根据申请人新的煤与瓦斯突出机理，煤层瓦斯含量多少与煤与瓦斯突出没有直接联系，煤层吨煤瓦斯含量高低，只要不存在封闭，就不会造成煤与瓦斯突出。
4.目前回采工作面瓦斯治理方法主要还是针对煤层采取开采解放层和本煤层抽采的传统方法，对工作面瓦斯风排瓦斯量和工作面上隅角瓦斯管理，保证安全生产方面起到一定效果。如图1所示，工作面回采前首先在煤巷的顶板或底板施工底板瓦斯抽采巷1，在底板瓦斯抽采巷1中施工预抽采钻场2，预抽采钻场2向本煤层回采工作面6施工本煤层钻孔4进行瓦斯抽采。当瓦斯抽采符合标准后，再进行回采工作。
5.但根据申请提出新的煤与瓦斯突出机理理论，无论是开采解放层还是本煤层瓦斯抽采、高位钻孔瓦斯抽采都是没有目的性的瓦斯防治方法，没有从根源上解决煤与瓦斯突出动力源，煤与瓦斯突出事故仍然时有发生。
6.而且，现有瓦斯抽采防治方法，抽采半径小，抽采瓦斯浓度低，瓦斯抽采效率不高，抽采成本大，抽采周期长，给回采安全和效益造成重大影响。以回采距离1000米、工作面长度200米的工作面为例，煤层瓦斯抽采半径1.5-3m,工作面瓦斯抽采设计本煤层瓦斯抽采钻孔超过20万米，高位钻孔约2万米。施工周期长、效率低，有时300多个钻孔抽采总量仅有1m3/min。


技术实现要素：

7.本发明为了解决上述问题，提供一种围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法。
8.本发明采取以下技术方案：一种围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，包括以下步骤：s1：在有效消突允许回采范围内对工作面进行回采；
s2：回采完有效消突允许回采范围内的工作面后，在工作面施工钻场；s3：在钻场中向岩储层施工钻孔；s4：对岩储层进行瓦斯抽采，根据瓦斯抽采效果对抽采效果进行评价；s5：瓦斯抽采结束后，在允许回采安全距离内进行工作面回采；s6：重复步骤s2-s5继续工作面回采，直至全部回采完毕。
9.在一些实施例中，步骤s1中，有效消突允许掘进范围为根据以往煤与瓦斯突出防治措施、效果评价及分析，确定允许的掘进距离；如果消突措施不足，在工作面回采开始处进行第一循环的煤与瓦斯突出防治。
10.在一些实施例中，步骤s2中，钻场设置在工作面两侧巷道中较高的巷道内；钻场在掘进时打钻钻窝，或者在回风巷重新做钻窝或者在断面较大条件下，直接在巷道内向顶板开钻；钻场附近设有抽采高浓度瓦斯的管道，以便抽采。
11.在一些实施例中，步骤s3包括：s31：钻孔设计，钻孔必须穿透岩储层，见岩储层顶板泥岩300—500mm，终孔位置设置在岩储层的断层处、煤厚变化处、煤层倾角变化或煤层顶板至岩储层底板层间距变化处；s32：打钻施工。
12.在一些实施例中，步骤s31中，钻孔扇形布置；前后钻场的钻孔必须搭接，在岩储层内搭接长度不少于10米；钻孔均匀布置，钻孔个数与钻孔直径成反比，直径越大，个数越少，钻孔直径≥94mm时，钻孔个数取3个；钻孔直径＜90mm，钻孔个数5-7个。
13.在一些实施例中，步骤s31中，回采工作面中间如果存在小背斜，通过两巷钻场打钻抽采，先设计探查孔，依照探查情况布置是否群钻抽采；如果回采工作面两巷钻场布置钻孔可以打钻孔抽采，先设计探查孔，然后再依据探查情况设计是否群孔抽采；如果回采工作面两巷钻场打不到断层和陷落柱附近，在工作面超前应力未达到断层和陷落柱附近时进行打钻抽采消突，工作面到断层和陷落柱距离不少于35米。
14.在一些实施例中，步骤s4包括：s41：打钻现场安全设施准备；s42：打钻施工前基础工作准备；s43：现场标定钻孔方位、倾角；s44：围岩瓦斯参数测试；s45：根据围岩瓦斯参数测试结果判断补强钻孔设计及施工；s46：进行瓦斯抽采。
15.在一些实施例中，s45中，钻孔直径≥94mm，钻孔瓦斯混合流量＞1.00m3/min时，在钻孔岩层倾斜下方补打抽采钻孔；钻孔直径＜94mm，钻孔瓦斯混合流量＞0.5m3/min时，在钻孔岩层倾斜下方，两个钻孔之间补打抽采钻孔；
靠近回采工作面钻场内所有钻孔瓦斯抽采量之和≥3m3/min时，要保证靠回采工作面的两个钻场所有抽采端同时抽采。
16.在一些实施例中，s46中，工作面上隅角仍偶有瓦斯积聚超限时，辅以采空区上隅角抽采；上隅角抽采有两种形式，即埋管抽采和插管抽采，抽采采空区瓦斯，接入低浓度瓦斯抽采管路；如果采空区瓦斯较大，采用双管交错布置抽采，错距保持2-3米。
17.在一些实施例中，s5中允许回采安全距离不小于100米。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明是在瓦斯突出新理论指导下，在瓦斯突出溯源的基础上，采取的进一步瓦斯突出防治方法。围岩瓦斯突出条件下瓦斯抽采钻孔仅需要3万米左右，单孔抽采瓦斯纯流量普遍在1m3/min以上，部分钻孔可达到50-100m3/min，抽采影响半径达到数百米。通过对顶、底板瓦斯储层瓦斯的针对性抽采，达到彻底解除瓦斯突出动力源，提高瓦斯抽采效率，降低瓦斯灾害治理成本，保障安全生产的目的。
19.本发明是在溯源为顶板岩储层瓦斯为突出源头基础上，进行有针对性地靶向治理，因此可以有效地防止瓦斯事故，同时可以大幅度地降低高抽巷、底板岩巷大口径钻孔抽采采空区瓦斯等瓦斯治理工程费用，为矿井高产高效创造条件。
附图说明
20.图1为现有工作面回采瓦斯抽采示意图；图2为本发明工作面回采瓦斯抽采示意图；图3为本发明工作流程图；图中1-底板瓦斯抽采巷，2-预抽采钻场，3-工作面回风顺槽，4-本煤层钻孔，5-煤层底板，6-本煤层回采工作面，7-钻孔，8-巷道，9-钻场。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
22.本发明在进行前收集有关地质资料和矿压资料，对瓦斯容易突出地点进行预判，预估采面瓦斯灾害。除收集煤巷掘进瓦斯治理技术有关资料外，还需收集采面物探（坑透）资料，采面抽采煤层瓦斯资料。以及开采本煤层其他工作面资料，如初次垮落、初次来压、开采见方、周期来压等矿压资料，开采本煤层的其他工作面瓦斯动力现象、瓦斯突出资料，瓦斯涌出量、瓦斯抽采资料等。
23.如图2、3所示，一种围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，包括以下步骤。
24.s1：在有效消突允许回采范围内对工作面进行回采。
25.步骤s1中，有效消突允许掘进范围为根据以往煤与瓦斯突出防治措施、效果评价
及分析，确定允许的掘进距离；如果消突措施不足，在工作面回采开始处进行第一循环的煤与瓦斯突出防治。
26.s2：回采完有效消突允许回采范围内的工作面后，在工作面施工钻场9。
27.步骤s2中，钻场9设置在工作面两侧巷道8中较高的巷道内；一般情况下，回风巷底板标高高，宜选择在采面回风巷超前支护以外。
28.钻场9在掘进时打钻钻窝，或者在回风巷重新做钻窝或者在断面较大条件下，直接在巷道8内向顶板开钻。
29.依据煤层至顶板岩储层底板的层间距、岩储层厚度等资料，钻场9地点相距一般为40米至60米，一般为50米。
30.钻场9附近设有抽采高浓度瓦斯的管道，以便抽采。
31.s3：在钻场9中向岩储层施工钻孔7。
32.步骤s3包括：s31：钻孔设计，钻孔7必须穿透岩储层，见岩储层顶板泥岩300—500mm，终孔位置设置在岩储层的断层处、煤厚变化处、煤层倾角变化或煤层顶板至岩储层底板层间距变化处。
33.步骤s31中，钻孔7扇形布置，从风巷上部煤壁3-5米到机尾以下35米，距离回采面长度1/5左右。
34.前后钻场9的钻孔7必须搭接，在岩储层内搭接长度不少于10米。
35.钻孔7均匀布置，钻孔7个数与钻孔直径成反比，直径越大，个数越少，钻孔直径≥94mm时，钻孔7个数取3个；钻孔7直径＜90mm，钻孔7个数5-7个。
36.回采工作面中间如果存在小背斜，通过两巷钻场9打钻抽采，先设计探查孔，依照探查情况布置是否群钻抽采。
37.如果回采工作面两巷钻场9布置钻孔7可以打钻孔抽采，先设计探查孔，然后再依据探查情况设计是否群孔抽采。
38.如果回采工作面两巷钻场9打不到断层和陷落柱附近，在工作面超前应力未达到断层和陷落柱附近时进行打钻抽采消突，工作面到断层和陷落柱距离不少于35米。
39.s32：打钻施工。
40.s4：对岩储层进行瓦斯抽采，根据瓦斯抽采效果对抽采效果进行评价。
41.步骤s4包括：s41：打钻现场安全设施准备。
42.s42：打钻施工前基础工作准备。
43.s43：现场标定钻孔方位、倾角。
44.s44：围岩瓦斯参数测试。
45.s45：根据围岩瓦斯参数测试结果判断补强钻孔设计及施工。
46.s45中，钻孔7直径≥94mm，钻孔7瓦斯混合流量＞1.00m3/min时，在钻孔7岩层倾斜下方补打抽采钻孔；钻孔7直径＜94mm，钻孔7瓦斯混合流量＞0.5m3/min时，在钻孔7岩层倾斜下方，两个钻孔7之间补打抽采钻孔；
靠近回采工作面钻场9内所有钻孔7瓦斯抽采量之和≥3m3/min时，要保证靠回采工作面的两个钻场9所有抽采端同时抽采。
47.s46：进行瓦斯抽采。
48.s46中，抽采顶板岩储层高浓度瓦斯可以消突，但因各种原因，采面上隅角仍偶有瓦斯积聚超限，这就需要辅以采空区上隅角抽采。因此，工作面上隅角仍偶有瓦斯积聚超限时，辅以采空区上隅角抽采；上隅角抽采有两种形式，即埋管抽采和插管抽采，抽采采空区瓦斯，接入低浓度瓦斯抽采管路；如果采空区瓦斯较大，采用双管交错布置抽采，错距保持2-3米。
49.s5：瓦斯抽采结束后，在允许回采安全距离内进行工作面回采。允许回采安全距离不小于100米。
50.s6：重复步骤s2-s5继续工作面回采，直至全部回采完毕。
51.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：在有效消突允许回采范围内对工作面进行回采；s2：回采完有效消突允许回采范围内的工作面后，在工作面施工钻场（9）；s3：在钻场中向岩储层施工钻孔（7）；s4：对岩储层进行瓦斯抽采，根据瓦斯抽采效果对抽采效果进行评价；s5：瓦斯抽采结束后，在允许回采安全距离内进行工作面回采；s6：重复步骤s2-s5继续工作面回采，直至全部回采完毕。2.根据权利要求1所述的围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，其特征在于，所述步骤s1中，有效消突允许掘进范围为根据以往煤与瓦斯突出防治措施、效果评价及分析，确定允许的掘进距离；如果消突措施不足，在工作面回采开始处进行第一循环的煤与瓦斯突出防治。3.根据权利要求1所述的围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，其特征在于，所述步骤s2中，钻场（9）设置在工作面两侧巷道（8）中较高的巷道内；钻场（9）在掘进时打钻钻窝，或者在回风巷重新做钻窝或者在断面较大条件下，直接在巷道（8）内向顶板开钻；钻场（9）附近设有抽采高浓度瓦斯的管道，以便抽采。4.根据权利要求1所述的围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，其特征在于，所述步骤s3包括：s31：钻孔设计，钻孔（7）必须穿透岩储层，见岩储层顶板泥岩300—500mm，终孔位置设置在岩储层的断层处、煤厚变化处、煤层倾角变化或煤层顶板至岩储层底板层间距变化处；s32：打钻施工。5.根据权利要求4所述的围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，其特征在于，所述步骤s31中，钻孔（7）扇形布置；前后钻场（9）的钻孔（7）必须搭接，在岩储层内搭接长度不少于10米；钻孔（7）均匀布置，钻孔（7）个数与钻孔直径成反比，直径越大，个数越少，钻孔（7）直径≥94mm时，钻孔（7）个数取3个；钻孔（7）直径＜90mm，钻孔（7）个数5-7个。6.根据权利要求4所述的围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，其特征在于，所述步骤s31中，回采工作面中间如果存在小背斜，通过两巷钻场（9）打钻抽采，先设计探查孔，依照探查情况布置是否群钻抽采；如果回采工作面两巷钻场（9）布置钻孔（7）可以打钻孔抽采，先设计探查孔，然后再依据探查情况设计是否群孔抽采；如果回采工作面两巷钻场（9）打不到断层和陷落柱附近，在工作面超前应力未达到断层和陷落柱附近时进行打钻抽采消突，工作面到断层和陷落柱距离不少于35米。7.根据权利要求1所述的围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，其特征在于，所述步骤s4包括：s41：打钻现场安全设施准备；s42：打钻施工前基础工作准备；
s43：现场标定钻孔方位、倾角；s44：围岩瓦斯参数测试；s45：根据围岩瓦斯参数测试结果判断补强钻孔设计及施工；s46：进行瓦斯抽采。8.根据权利要求7所述的围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，其特征在于，所述s45中，钻孔（7）直径≥94mm，钻孔（7）瓦斯混合流量＞1.00m3/min时，在钻孔（7）岩层倾斜下方补打抽采钻孔；钻孔（7）直径＜94mm，钻孔（7）瓦斯混合流量＞0.5m3/min时，在钻孔（7）岩层倾斜下方，两个钻孔（7）之间补打抽采钻孔；靠近回采工作面钻场内所有钻孔（7）瓦斯抽采量之和≥3m3/min时，要保证靠回采工作面的两个钻场（9）所有抽采端同时抽采。9.根据权利要求7所述的围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，其特征在于，所述s46中，工作面上隅角仍偶有瓦斯积聚超限时，辅以采空区上隅角抽采；上隅角抽采有两种形式，即埋管抽采和插管抽采，抽采采空区瓦斯，接入低浓度瓦斯抽采管路；如果采空区瓦斯较大，采用双管交错布置抽采，错距保持2-3米。10.根据权利要求1所述的围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法，其特征在于，所述s5中允许回采安全距离不小于100米。

技术总结
本发明属于煤矿井下瓦斯抽采技术领域，具体是一种围岩瓦斯突出条件下工作面回采瓦斯治理方法。包括以下步骤：S1在有效消突允许回采范围内对工作面进行回采；S2回采完有效消突允许回采范围内的工作面后，在工作面施工钻场；S3在钻场中向岩储层施工钻孔；S4对岩储层进行瓦斯抽采，根据瓦斯抽采效果对抽采效果进行评价；S5瓦斯抽采结束后，在允许回采安全距离内进行工作面回采；S6重复步骤S2-S5继续工作面回采，直至全部回采完毕。本发明是在溯源为顶板岩储层瓦斯为突出源头基础上，进行有针对性地靶向治理。对性地靶向治理。对性地靶向治理。


技术研发人员：王进学 云树谦 孙全林 刘广宇 温耀军 温守伟 黄献平 王亚东
受保护的技术使用者：山西凯嘉能源集团有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/8/13