[发明专利]一种扩帮瓦斯抽采钻场的布置及支护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种扩帮瓦斯抽采钻场的布置及支护方法，尤其适用于瓦斯突出矿井中本煤层或顶、底板邻近煤层的瓦斯抽采及回采巷道支护。

背景技术

我国是一个以煤为主的能源消费大国，几乎95%的煤炭资源来自井下开采，煤层赋存条件复杂多变，瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、顶板冒落等动力灾害事故时有发生。在煤矿顶板、瓦斯、水害三大灾害中，瓦斯事故在重特大事故中占有比例最高，瓦斯灾害是制约煤矿生产的最大威胁。在我国可采煤层中，松软低透煤层占有绝对比例，且随着煤矿开采深度的不断延伸，这一比例还将增大，煤矿井下作业的工况条件愈加复杂，施工人员收到的安全威胁也越来越重要。松软煤层由于结构松散，在本煤层钻进过程中容易出现喷孔、瓦斯突出、孔壁坍塌等孔内事故，钻孔深度收到很大限制，严重制约煤矿安全生产，影响掘进或采煤效率。

我国煤矿瓦斯灾害日趋严重地威胁着矿井工作人员的生命安全，制约着矿井生产的发展，给煤炭企业带来沉重的经济负担，迫使许多高瓦斯突出矿井长期亏损经营，有的甚至濒临破产。为改善煤矿安全开采状况，缓解生产压力，从50年代开始采用井下瓦斯抽放方法，到1999年底，全国已有158个煤矿建立了井下抽放系统和地面输配气系统，年抽放量达7.89亿立方米。

煤层瓦斯抽放一般是指利用瓦斯泵或其他抽放设备，抽取煤层中高浓度的瓦斯，并通过与回采巷道隔离的管网，把抽出的高浓度的瓦斯排至地面或矿井总回风巷中。目前认为，煤矿瓦斯抽放不仅是降低矿井瓦斯涌出量，防治瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害的重要措施，而且可以变害为利，作为煤炭的伴生资源加以开发利用，因此，从20世纪50年代起，世界上各主要产煤国对煤矿的瓦斯抽放甚为重视，使瓦斯抽放工作得到了较快的发展。近年来，随着煤矿开采深度的增大和开采强度的提高，矿井瓦斯涌出量增大，抽放瓦斯已越来越称为高瓦斯煤层开采的一个比不可少的重要环节，并为煤矿瓦斯利用提供了重要条件。

钻孔法抽采瓦斯是最为常用的井下煤层瓦斯抽放抽采方法。如钻孔法预抽本煤层瓦斯由于具有施工简便、成本低、抽放瓦斯浓度较高的优点，在我国煤矿中得到了广泛的应用。钻孔法预抽本煤层瓦斯主要有两种布置方式，即穿层钻孔布置方式和顺层钻孔布置方式。当采用钻孔预抽时，钻场可设在底板岩石回采巷道或邻近煤层回采巷道，向开采层打穿层钻孔，经过抽放后再进入煤层进行采掘，从而可以解决掘进和采煤过程中的瓦斯问题。当采用顺层钻孔布置方式时，则一般是利用提前开掘出的采取煤巷，沿煤层打顺层钻孔，经过抽放后再进行回采，以解决回采过程中瓦斯的涌出问题。

邻近层瓦斯抽放方法大体上可分为地面钻孔法、井下钻孔抽放法、和顶板回采巷道结合钻孔抽放法。由于地面钻孔抽放法和顶板回采巷道结合钻孔法的应用受到煤层赋存及开拓回采巷道布置等条件的限制，故而主要采用井下钻孔抽放法。格局煤层赋存状况和开拓回采巷道的布置方式不同，井下钻孔布置方式分为由开采层内回采巷道布置抽放钻孔和在开采层外回采巷道中布置钻场及抽放钻孔两种。其中，由开采层内回采巷道布置抽放钻孔的方法可将钻场设在工作面回风巷内，由钻场向邻近煤层打穿煤层钻孔，抽放邻近煤层中的瓦斯；另可将钻场设在工作面进风巷内，由钻场向邻近层打穿层钻孔抽放邻近层瓦斯。另外，在开采层外回采巷道中布置钻场及抽放钻孔的方法适用条件较广，可用于不同倾角的煤层和不同采煤方法的回采工作面，其可将钻场设在开采层底板岩巷内，由钻场向邻近煤层打穿层钻孔，抽放邻近层中的瓦斯；亦可将钻场设在开采层顶板岩巷内，由钻场向邻近煤层打穿层抽放钻孔抽放邻近层瓦斯。

目前，一般本煤层或顶、底板邻近煤层的瓦斯抽采，需要在回采巷道掘进时在相应地指定位置扩帮布置瓦斯抽采钻场，在钻场内向本煤层或顶、底板邻近煤层的裂隙带钻孔及进行瓦斯抽采作业。传统的扩帮瓦斯抽采钻场形式多为壁龛式、立式、斜式，壁龛式犹如在巷帮内凿一立体的“洞”，与立式基本相同，钻场空间俯面为方形或长方形；斜式钻场空间俯面呈菱形，前、后两斜壁与回采巷道掘进方向呈一定角度而相互平行。传统形式虽然达到了预期抽采本煤层或顶、底板邻近煤层瓦斯的效果，但是扩帮采场段回采巷道断面跨度大，支护困难，维护难度大，同时，容易产生的干扰因素多。此外，传统的钻场形式，回采巷道掘进机械挖凿难于一次成形，往往需要人工进行二次成形，人工施工量大，施工时间长；由于抗干扰能力差，受干扰因素影响大，传统式钻场成形及支护前，不宜继续进行回采巷道掘进，这就影响了回采巷道掘进效率，滞后了工期。

发明内容