千米垂深矿井近距离极薄保护层与采煤面协同开采的方法与流程

1.本发明涉及煤炭开采技术领域，具体涉及千米垂深矿井近距离极薄保护层与采煤面协同开采的方法。


背景技术：

2.瓦斯作为一种洁净能源，应予开采和利用。但我国大多数煤矿区煤层气赋存具有低压力、低渗透率、低饱和度及非均质性强的“三低一强”的特性，传统的瓦斯抽采方法一般是在井下通过开掘大量煤岩巷道，采用巷道 穿层钻孔抽采(简称巷道钻孔法)瓦斯，该方法在浅部开采中易于实施，但在深部应用面临巨大困难：抽采瓦斯专用岩巷(2～3条)工程量大、层位控制困难、掘进风险大、抽采不均衡、采场接替紧张、综合效益差。
3.由于前中部煤炭资源的开采，我国煤炭资源转入深部。我国40％以上的煤矿属于高瓦斯矿井，95％以上高瓦斯矿井所开采煤层是低透气性煤层，高瓦斯低透气性煤层开采一直是世界性难题。截止目前，我国已有20个省区的一些矿井发生了突出，仅国有煤矿就有突出矿井250多处，共发生突出14500多次，占世界总突出次数的37％，仅强度超过千吨的特大型突出就有100次。近年来，随着开采深度的增加，一些低瓦斯矿井或高瓦斯矿井逐步成为突出矿井，突出次数日渐增多，造成的灾害日益严重要解决煤层卸压增透问题，最有效的方法是采用煤层保护层卸压增透的开采技术。
4.《防治煤与瓦斯突出规定》规定突出煤层必须采取区域性防突措施，保护层开采技术为一种主要的区域性防突措施，其中涉及保护层与被保护层两个煤层。为消除邻近煤层(被保护层)的突出危险而先开采的煤层称为保护层；由于保护层开采的采动作用并同时抽采卸压瓦斯，可使邻近的突出危险煤层转变为无突出危险煤层，该突出危险煤层称为被保护层。
5.通过保护层的开采，使被保护层顶(底)板发生弹性变形并产生裂隙，从而使被保护层内的瓦斯潜能得到释放，降低或消除煤与瓦斯突出危险。达到开采一层煤、解放一层煤的区域性治理瓦斯的目的。然而保护层开采需要满足一定的适用条件，包括煤层间距、煤层赋存、瓦斯含量等条件。如果开采煤层为不具备煤层保护层的单一低渗透煤层，则必须寻求新的卸压增透途径，提高卸压增透效率。


技术实现要素：

6.本发明提供一种千米垂深矿井近距离极薄保护层与采煤面协同开采的方法，采用煤层保护层卸压增透的开采技术，降低煤与瓦斯突出危险性，降低了施工成本、缩短了开采周期，方便安全管理，尤其适用于具有低渗透率、低饱和度及非均质性强的煤层开采。
7.千米垂深矿井近距离极薄保护层与采煤面协同开采的方法，包括如下步骤
8.s1：首先进行保护层开采，遇硬岩段进行松动爆破；
9.s2：展开综合机械化开采，当保护层开采至220m时，进行瓦斯立体抽采；
10.s3：在回风隅角布置两趟瓦斯抽放管道，分别为dn500mm、dn300mm，在回风巷内错
20m，开切眼内错20m，工作面裂隙带布置高抽巷，预抽采空区瓦斯；
11.s4：将被保护层瓦斯抽采至安全开采范围以内，继续开采保护层；
12.s5：保护层开采结束后，进行矸石回填，将矸石从矸石仓运输至运矸巷，进行破碎后从回风巷回填到采空区；
13.s6：采煤工作面转入被保护层进行开采，开采采用综合机械化采煤，采用走向长壁后退式采煤法。
14.进一步的，综合机械化开采包括采煤机、液压支架、刮板输送机。
15.进一步的，所述采煤机平均割煤速度为4.5m/min，装机功率为1170kw，选取mg500/1170
‑
awd1型采煤机，采用高强度无火花镐型截齿。
16.进一步的，所述液压支架支护阻力不小于2672.24kn，支护强度不低于0.9mpa，近全岩工作面选取93组zy6800
‑
12/25d型掩护式液压支架，上下端头采用6组zy6800
‑
14/30d型掩护式液压支架。
17.进一步的，所述刮板输送机选取装机功率为1050kw、输送能力为2000t/h的sgz
‑
900/1050型中双链刮板输送机。
18.进一步的，进风巷的进风隅角处采用吊挂风障。
19.进一步的，回风巷采空区侧每隔5～10m设置一道封堵墙，墙体接顶、接底、接帮、接支架，封堵严密。
20.优选的，所述封堵墙为永久封堵墙，不予回收或者前移。
21.优选的，所述封堵墙为临时封堵墙，采用气垛、泡沫块为材料，可进行回收前移复用。
22.进一步的，步骤s1的爆破孔排布如下：
23.当工作面矸石厚度在0.6～0.8m，工作面坚硬岩段厚度≤0.8m时，爆破孔呈单排孔布置，距底板≥0.5m，孔距为0.5～0.7m，沿坚硬岩段中间，仰角不大于10
°
，孔深1.2～1.5m；
24.当工作面岩层厚度＞0.8m时，爆破孔呈双排三花孔布置，间距为0.5～1.0m，孔深为1.2～1.5m，底孔距底板≥0.5m，下扎10～15
°
，顶孔距顶板≥0.3m，水平角0
°
，炮眼采用三孔布置。
25.本发明的有益效果：
26.1、本发明采用现场实测及数值模拟的方法，研究了近全岩保护层与采煤工作面协同开采围岩失稳机理和控制技术，得出了合理的空间布置和推进度不少于120m，显著减少巷道返修和支护投入费用，实现了工作面协同回采超前距控制合理、超前应力集中区支护到位、通风断面满足规定，确保了矿井安全高效生产。
27.2、本发明针对极薄保护层及近全岩保护层开采所存在的煤岩混采问题，研究制定了设备选型配套及深孔预裂爆破方案。
28.3、本发明研究了协同开采采区瓦斯运移规律及科学合理的立体瓦斯抽采技术方案，根据保护层工作面瓦斯涌出规律、围岩观测情况及采掘应力应变规律，确定了在回风隅角布置两趟瓦斯抽放管路(dn500mm、dn300mm各一趟)，在回风巷内错20m，开切眼内错20m，工作面裂隙带布置高抽巷，预抽采空区瓦斯，有效控制工作面瓦斯涌出问题。
29.4、使用本发明后，瓦斯治理达标时间缩短40％，治理成本降低45％，近全岩保护层及被保护层采煤月推进度分别达到50m、120m以上。
附图说明
30.图1为本发明方法的开采示意图；
31.图2为本发明开采工作面的平面图；
32.图3为本发明爆破打孔的示意图；
33.图中：1
‑
被保护层，2
‑
顶板岩层，3
‑
保护层，4
‑
底板岩层，5
‑
封堵墙，6
‑
吊挂风障，7
‑
瓦斯抽放管道，8
‑
高抽巷，9
‑
爆破孔。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。
35.如图所示，本发明提供一种千米垂深矿井近距离极薄保护层与采煤面协同开采的方法，包括如下步骤
36.s1：首先进行保护层3开采，遇硬岩段进行松动爆破；
37.s2：展开综合机械化开采，当保护层3开采至220m时，进行瓦斯立体抽采；
38.s3：在回风隅角布置两趟瓦斯抽放管道7，分别为dn500mm、dn300mm，在回风巷内错20m，开切眼内错20m，工作面裂隙带布置高抽巷8，预抽采空区瓦斯；
39.s4：将被保护层1瓦斯抽采至安全开采范围以内，继续开采保护层3；
40.s5：保护层3开采结束后，进行矸石回填，将矸石从矸石仓运输至运矸巷，进行破碎后从回风巷回填到采空区；
41.s6：采煤工作面转入被保护层3进行开采，开采采用综合机械化采煤，采用走向长壁后退式采煤法。
42.进一步的，综合机械化开采包括采煤机、液压支架、刮板输送机。
43.进一步的，所述采煤机平均割煤速度为4.5m/min，装机功率为1170kw，选取mg500/1170
‑
awd1型采煤机，采用高强度无火花镐型截齿。
44.进一步的，所述液压支架支护阻力不小于2672.24kn，支护强度不低于0.9mpa，近全岩工作面选取93组zy6800
‑
12/25d型掩护式液压支架，上下端头采用6组zy6800
‑
14/30d型掩护式液压支架。
45.进一步的，所述刮板输送机选取装机功率为1050kw、输送能力为2000t/h的sgz
‑
900/1050型中双链刮板输送机。
46.进一步的，进风巷的进风隅角处采用吊挂风障6。
47.进一步的，回风巷采空区侧每隔5～10m设置一道封堵墙5，墙体接顶、接底、接帮、接支架，封堵严密。
48.优选的，所述封堵墙5为永久封堵墙，不予回收或者前移。
49.优选的，所述封堵墙5为临时封堵墙，采用气垛、泡沫块为材料，可进行回收前移复用。
50.进一步的，步骤s1的爆破孔9排布如下：
51.当工作面矸石厚度在0.6～0.8m时，工作面坚硬岩段厚度≤0.8m时，爆破孔9呈单排孔布置，距底板≥0.5m，孔距为0.5～0.7m，沿坚硬岩段中间，仰角不大于10
°
，孔深1.2～1.5m；
52.当工作面岩层厚度＞0.8m时，爆破孔9呈双排三花孔布置，间距为0.5～1.0m，孔深为1.2～1.5m，底孔距底板≥0.5m，下扎10～15
°
，顶孔距顶板≥0.3m，水平角0
°
，炮眼采用三孔布置。
53.具体实施方式：
54.首先进行保护层3开采，对岩层进行爆破，使被保护层1瓦斯泄压，方便被保护层1的开采；然后再被保护层1进行综合化机械开采，采用走向长壁后退式采煤法，根据采高、平均割煤速度和装机功率等参数选取相对应的采煤设备；采煤的同时布置管道对采空区裂隙带的瓦斯进行抽采，解决瓦斯涌出问题，保证安全生产。
55.保护层工作面高抽巷8管道直径为0.5m，按最小混合流量59m3/min计算，管内浓度需达到53％以上；按最大混合流量177m3/min计算，管内浓度需达到18％以上；按平均混合流量118m3/min计算，管内浓度需达到27％以上，方可满足抽采需要。
56.在进风隅角可采用吊挂风障6，防止风流窜入采空区；在回风巷采空区侧若出现悬顶及冒落高度不充分、悬顶面积超过规定时(10m2及以上)时，应每隔5～10m设置一道永久封堵墙，要求封堵墙5接顶、接底、接帮、接支架，封堵严密，减少向采空区漏风，该处封堵墙5为永久封堵墙，不予回收或者前移。工作面正常生产期间，除永久封堵墙外，可采用气垛、泡沫块为材料设置临时封堵墙，临时封堵墙接顶、接底、接帮、接支架，封堵严密，减少向采空区漏风，临时封堵墙可进行回收前移复用。
57.保护层开采结束时，矸石回填方式管理顶板，将矸石从矸石仓运输至运矸巷，进行破碎后从回风巷回填到采空区。
58.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。