高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构及工艺的制作方法

1.本发明涉及煤矿瓦斯治理领域，具体涉及一种高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构及工艺。


背景技术：

2.煤与瓦斯突出严重威胁煤矿安全生产。开采保护层对被保护层所形成的卸压作用是非常均匀的，是最可靠、最有效的防突措施；因此，具备开采保护层条件的突出危险区，必须开采保护层。开采保护层必须同时抽采被保护层卸压瓦斯，提高被保护层保护效果，防止被保护层瓦斯涌入保护层工作面，威胁生产安全。上保护层开采过程中在被保护层工作面底板施工瓦斯治理巷道或远距离下保护层开采过程中在保护层工作面顶板(被保护层工作面底板)施工瓦斯治理巷道，在瓦斯治理巷道内施工上向穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯(见图1)，能够有效抽采被保护层瓦斯。近距离下保护层开采过程中，保护层与被保护层之间不具备施工瓦斯治理巷道，在被保护层工作面顶板施工瓦斯治理巷道(高抽巷)，高抽巷层位较高，与被保护层及保护层工作面之间裂隙不发育，高抽巷抽采效果差，为解决近距离下保护层开采过程中高抽巷层位高、抽采效果不佳的问题，提出本发明。
3.现有技术中，工作面开采后采空区顶板岩层破坏情况一般分为“三带”，即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，见图2；随着工作面推进，工作面中部采空区裂隙逐渐压实，采空区四周存在一个连通的采动裂隙发育区，被称之为采动裂隙“o”形圈，见图3。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于：
5.现有技术中近距离下保护层开采过程中高抽巷层位高、抽采效果不佳的技术问题。
6.本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
7.一种高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构，包括保护层、位于保护层上方的被保护层；
8.所述保护层中设置回风顺槽、胶带机顺槽以及保护层工作面切眼，所述被保护层上方设置高位高抽巷；
9.所述高位高抽巷在垂直方向上位于保护层工作面开采后的弯曲下沉带或裂隙带与弯曲下沉带过渡地带；
10.所述高位高抽巷内设置若干组钻孔，第1组钻孔位于从保护层工作面切眼沿工作面推进方向5-10m处，各组钻孔沿工作面推进方向依次设置，相邻两组钻孔间距为20-40m，每组钻孔分3类，包括：
11.第一钻孔，能够抽采保护层工作面采空区回风顺槽附近的采动裂隙“o”形圈内瓦斯；
12.第二钻孔，能够抽采被保护层卸压瓦斯；
13.第三钻孔，能够抽采保护层工作面采空区胶带机顺槽附近的采动裂隙“o”形圈内瓦斯。
14.本发明中的高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构在实际应用时，通过在高位高抽巷内施工三类不同位置下向钻孔，增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区的裂隙，下向钻孔在垂直方向上施工至工作面采空区冒落带内解决下向钻孔易被水、煤岩粉堵塞影响钻孔抽采效果的问题，通过以上结构有效提高了高位高抽巷及下向钻孔抽采效果，保障了保护层工作面开采过程中瓦斯安全，安全社会效益好。
15.优化的，所述高位高抽巷中设置有密闭墙，所述密闭墙埋压排水管路及抽采管路。
16.保护层工作面回采期间，通过埋压在高位高抽巷密闭墙内的抽采管路直接抽采被保护层卸压瓦斯及保护层工作面采空区瓦斯，抽采工艺简单，抽采效果好。高位高抽巷为上山施工时，密闭墙附近可能有积水，通过排水管路能够有效将水排出。
17.优化的，所述第一钻孔、第二钻孔、第三钻孔终孔位置均施工至开采的保护层工作面冒落带内。
18.优化的，第一钻孔终孔位置：
19.垂直方向上施工至保护层顶板以上5-8m处，水平方向上施工至距保护层工作面回风顺槽投影平距25-50m处；
20.每组钻孔中，第一钻孔数量为6-15个。
21.第一钻孔主要目的是增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区回风顺槽附近的采动裂隙“o”形圈内的裂隙，抽采保护层工作面采空区瓦斯及被保护层卸压瓦斯。
22.优化的，第三钻孔终孔位置：
23.垂直方向上施工至保护层顶板以上0-5m处，水平方向上施工至距保护层工作面胶带机顺槽投影平距5-20m处；
24.每组钻孔中，第三钻孔数量为3-5个。
25.第三钻孔主要目的是增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区胶带机顺槽附近的采动裂隙“o”形圈内的裂隙，抽采保护层工作面采空区瓦斯及被保护层卸压瓦斯。
26.优化的，第二钻孔终孔位置：
27.垂直方向上施工至保护层顶板以上5-8m处；水平方向上保证被保护层内钻孔孔底间距20～40m。
28.第二钻孔的主要目的是抽采被保护层卸压瓦斯。
29.优化的，所述第一钻孔、第二钻孔、第三钻孔孔口均采用套管封孔，套管直径与钻孔孔径相匹配，套管直径为75～110mm，套管长不少于10m，封孔深度不少于8m，套管高出孔口0.1～0.3m。
30.优化的，所述高位高抽巷施工于被保护层顶板以上不少于10m的位置。
31.将高位高抽巷施工于被保护层顶板以上不少于10m的位置，可保证高位高抽巷施工防突安全，减小突出煤层对高位高抽巷施工影响。
32.优化的，所述高位高抽巷水平方向上内错保护层工作面轨顺40～60m。
33.高位高抽巷位置的设置能够缓解高位高抽巷内下向钻孔受到剪切破坏。
34.本发明还公开一种施工上述的高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构的工艺，包括如下步骤：
35.s1、施工巷道
36.施工保护层工作面切眼、回风顺槽、胶带机顺槽、高位高抽巷；
37.s2、钻孔
38.从高位高抽巷施工下向钻孔，从保护层工作面切眼沿工作面推进方向5-10m处对应的高位高抽巷位置开始施工第1组钻孔，此后，沿工作面推进方向每隔20-40m从高位高抽巷施工1组钻孔；
39.每组钻孔分3类，包括：
40.第一钻孔，能够抽采保护层工作面采空区回风顺槽附近的采动裂隙“o”形圈内瓦斯；
41.第二钻孔，能够抽采被保护层卸压瓦斯；
42.第三钻孔，能够抽采保护层工作面采空区胶带机顺槽附近的采动裂隙“o”形圈内瓦斯；
43.所述第一钻孔、第二钻孔、第三钻孔均施工至开采的保护层工作面冒落带内，保证被保护层内钻孔孔底间距不超过40m；
44.s3、封孔
45.钻孔孔口均采用套管封孔，套管直径与钻孔孔径相匹配，套管直径为75～110mm，套管长不少于10m，封孔深度不少于8m，套管高出孔口0.1～0.3m；
46.s4、施工密闭墙
47.从高位高抽巷外口施工密闭墙对高位高抽巷密闭，密闭墙施工前，巷道内所有钻孔均敞开，无需连接抽采管路，密闭墙中埋压抽采管路、排水管路；
48.s5、抽采瓦斯、排水
49.将密闭墙外抽采管路与抽采装置连接，进行瓦斯抽采；
50.将密闭墙外排水管路与排水装置连接，进行排水。
51.施工高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构的工艺在实际应用时，通过在高位高抽巷内施工三类不同位置下向钻孔，增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区的裂隙，下向钻孔在垂直方向上施工至工作面采空区冒落带内解决下向钻孔易被水、煤岩粉堵塞影响钻孔抽采效果的问题，通过以上工艺有效提高了高位高抽巷及下向钻孔抽采效果，保障了保护层工作面开采过程中瓦斯安全，安全社会效益好。保护层工作面回采期间，通过埋压在高位高抽巷密闭墙内的抽采管路直接抽采被保护层卸压瓦斯及保护层工作面采空区瓦斯，抽采工艺简单，抽采效果好。高位高抽巷为上山施工时，密闭墙附近可能有积水，通过排水管路能够有效将水排出。
52.本发明的优点在于：
53.1.本发明中的高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构在实际应用时，通过在高位高抽巷内施工三类不同位置下向钻孔，增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区的裂隙，下向钻孔在垂直方向上施工至工作面采空区冒落带内解决下向钻孔易被水、煤岩粉堵塞影响钻孔抽采效果的问题，通过以上结构有效提高了高位高抽巷及下向钻孔抽采效果，保障了保护层工作面开采过程中瓦斯安全，安全社会效益好。
54.2.保护层工作面回采期间，通过埋压在高位高抽巷密闭墙内的抽采管路直接抽采被保护层卸压瓦斯及保护层工作面采空区瓦斯，抽采工艺简单，抽采效果好。高位高抽巷为
上山施工时，密闭墙附近可能有积水，通过排水管路能够有效将水排出。
55.3.第一钻孔主要目的是增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区回风顺槽附近的采动裂隙“o”形圈内的裂隙，抽采保护层工作面采空区瓦斯及被保护层卸压瓦斯。
56.4.第二钻孔的主要目的是抽采被保护层卸压瓦斯。
57.5.第三钻孔主要目的是增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区胶带机顺槽附近的采动裂隙“o”形圈内的裂隙，抽采保护层工作面采空区瓦斯及被保护层卸压瓦斯。
58.6.将高位高抽巷施工于被保护层顶板以上不少于10m的位置，可保证高位高抽巷施工防突安全，减小突出煤层对高位高抽巷施工影响。
59.7.高位高抽巷位置的设置能够缓解高位高抽巷内下向钻孔受到剪切破坏。
60.8.施工高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构的工艺在实际应用时，通过在高位高抽巷内施工三类不同位置下向钻孔，增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区的裂隙，下向钻孔在垂直方向上施工至工作面采空区冒落带内解决下向钻孔易被水、煤岩粉堵塞影响钻孔抽采效果的问题，通过以上工艺有效提高了高位高抽巷及下向钻孔抽采效果，保障了保护层工作面开采过程中瓦斯安全，安全社会效益好。保护层工作面回采期间，通过埋压在高位高抽巷密闭墙内的抽采管路直接抽采被保护层卸压瓦斯及保护层工作面采空区瓦斯，抽采工艺简单，抽采效果好。高位高抽巷为上山施工时，密闭墙附近可能有积水，通过排水管路能够有效将水排出。
附图说明
61.图1为现有技术中顶板(底板)岩巷施工钻孔法抽采瓦斯技术原理图；
62.图2为现有技术中工作面开采后顶板岩层破坏“三带”分布图；
63.图3为现有技术中采动裂隙分布“o”形圈示意图；
64.图4为本发明实施例一中高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构剖面图；
65.图5为本发明实施例一中高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构平面图；
66.其中，
67.保护层-1；被保护层-2；保护层工作面切眼-3；回风顺槽-4；胶带机顺槽-5；高位高抽巷-6；第一钻孔-7；第二钻孔-8；第三钻孔-9；密闭墙-10；抽采管路-11。
具体实施方式
68.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
69.实施例一：
70.如图4、5所示，一种高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构，包括保护层1、被保护层2、保护层工作面切眼3、回风顺槽4、胶带机顺槽5、高位高抽巷6、第一钻孔7、第二钻孔8、第三钻孔9、密闭墙10、抽采管路11。
71.为消除或削弱相邻煤层的突出或冲击地压危险而先开采的煤层或矿层称为保护层；相邻煤层的突出或冲击地压危险受保护层开采卸压而消除或削弱的，称为被保护层。根
据保护层与被保护层位置不同，可分为上保护层、下保护层；下保护层工作面开采，根据保护层煤层角度、开采采高、与被保护层间距等因素影响，可分为近距离保护层、远距离保护层和超远距离保护层3类。近距离保护层工作面开采后，被保护层位于保护层工作面顶板冒落带或裂隙带内，被保护层应力降低、透气性增大、瓦斯压力降低，被保护层瓦斯容易涌入保护层工作面。
72.本实施例中，所述被保护层2位于保护层1上方；所述保护层1中设置回风顺槽4、胶带机顺槽5、保护层工作面切眼3，所述被保护层2上方设置高位高抽巷6。
73.如图4所示，保护层与被保护层间距35m，且保护层与被保护层间有2层厚度0.5-1.3m的薄煤层，2层薄煤层均为突出煤层，因此保护层与被保护层之间不具备施工高抽巷的条件。为保证高抽巷施工防突安全，减小突出煤层对高抽巷施工影响，高抽巷施工于被保护层顶板以上不少于10m的位置，本实施例中，高抽巷施工于被保护层顶板以上15m位置，即高抽巷位于保护层工作面顶板以上50m处。实施地点保护层工作面开采后，冒落带高度在顶板以上8-20m，裂隙带高度在顶板以上40-60m，所述高位高抽巷6在垂直方向上位于保护层工作面开采后的弯曲下沉带或裂隙带与弯曲下沉带过渡地带，高位高抽巷6竖向裂隙不是很充分。为缓解高位高抽巷内下向钻孔受到剪切破坏，所述高位高抽巷6水平方向上内错保护层工作面轨顺40-60m布置，优选为50m，受保护层工作采动影响相对较小；巷道断面12m2，断面满足钻孔施工要求，巷道为上山施工，巷道易于排水。
74.所述高位高抽巷6内设置若干组钻孔，第1组钻孔位于从保护层工作面切眼3沿工作面推进方向5-10m处，各组钻孔沿工作面推进方向依次设置，相邻两组钻孔间距20-40m，每组钻孔分3类，包括：
75.第一钻孔7，能够抽采保护层1工作面采空区回风顺槽4附近的采动裂隙“o”形圈内瓦斯
76.第二钻孔8，能够抽采被保护层2卸压瓦斯；
77.第三钻孔9，能够抽采保护层1工作面采空区胶带机顺槽5附近的采动裂隙“o”形圈内瓦斯。
78.所述第一钻孔7、第二钻孔8、第三钻孔9均施工至开采的保护层1工作面冒落带内，所述第一钻孔7、第二钻孔8、第三钻孔9孔径为100～133mm。
79.每组钻孔中，第一钻孔7数量为6-15个。具体的，结合图4、5，本实施例每组钻孔中，施工10个第一钻孔7，孔径133mm；第一钻孔7终孔位置：垂直方向上施工至保护层1顶板以上5-8m处，水平方向上施工至距保护层1工作面回风顺槽4投影平距25-50m处。
80.每组钻孔中，施工2个第二钻孔8，孔径133mm；第二钻孔8终孔位置：垂直方向上施工至保护层1顶板以上5-8m处，保证被保护层(2)内钻孔孔底间距不超过40m；本实施例每组钻孔中，施工2个第二钻孔8，其中一个第二钻孔8终孔水平方向上距离第一钻孔20-40m，另一个第二钻孔8终孔水平方向上距离第三钻孔20-40m。
81.每组钻孔中，第三钻孔9数量为3-5个，本实施例施工4个第三钻孔9，孔径133mm；第三钻孔9终孔位置：垂直方向上施工至保护层1顶板以上0-5m处，水平方向上施工至距保护层1工作面胶带机顺槽5投影平距5-20m处。
82.所述第一钻孔7、第二钻孔8、第三钻孔9孔口均采用套管封孔，套管直径与钻孔孔径相匹配，套管直径为75～110mm，套管长不少于10m，封孔深度不少于8m，套管高出孔口0.1
～0.3m。本实施例中套管直径90mm，套管长12m，封孔深度10m，套管高出孔口0.2m。
83.如图5所示，所述高位高抽巷6中设置有密闭墙10，所述密闭墙10埋压排水管路及抽采管路11，所述排水管路管径100mm，埋压至密闭墙内2m处；所述抽采管路11管径426mm，埋压至密闭墙内50m处。所述密闭墙10采用料石砌筑，施工2道墙、间距2m，两墙之间用混凝土及水泥浆注实。实施应用时，将密闭墙外抽采管路11与抽采装置连接，进行瓦斯抽采；将密闭墙外排水管路与排水装置连接，进行排水。所述抽采装置、排水装置均为现有技术。
84.工作原理：
85.保护层工作面高抽巷用于抽采保护层工作面开采过程中被保护层卸压瓦斯及保护层工作面采空区瓦斯。常规情况下，高抽巷布置位置在垂直方向上位于工作面采空区裂隙带内、在水平方向上靠近回风顺槽附近的采动裂隙“o”形圈内，该区域煤岩体卸压充分、裂隙发育，瓦斯浓度高、瓦斯抽采效果好。
86.近距离下保护层工作面开采，在被保护层顶板位置布置的高抽巷在垂直方向只能布置在弯曲下沉带或弯曲下沉带与裂隙带过渡区域，不能稳定布置于保护层工作面采空区裂隙带内，是高位高抽巷；直接采用高位高抽巷治理保护层工作面瓦斯效果不佳，在高位高抽巷内施工下向钻孔，通过增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区的裂隙，提高高位高抽巷抽采效果。为缓解高位高抽巷内下向钻孔受到剪切破坏，高位高抽巷水平方向上内错保护层工作面轨顺50m布置，位于工作面回风顺槽附近的采动裂隙“o”形圈边缘；下向钻孔在垂直方向上施工至工作面采空区冒落带内，工作面回采至钻孔位置后，钻孔与保护层工作面采空区沟通，解决了下向钻孔易被水、煤岩粉堵塞影响钻孔抽采效果的问题。根据高位高抽巷抽采瓦斯规律及被保护层卸压瓦斯涌出规律，下向钻孔在水平方向上每组分别施工10个钻孔至采空区回风顺槽侧裂缝发育带内(距回风顺槽投影平距25-50m处)、4个钻孔至采空区胶带机顺槽侧裂缝发育带内(距胶带机顺槽投影平距5-20m处)、补充2个钻孔至被保护层内。
87.高位高抽巷内所有下向钻孔在保护层工作面开采前施工完毕，保护层工作面回采前从高位高抽巷外口永久密闭，密闭墙埋压抽采管路至高抽巷内，通过抽采管路的抽采负压直接抽采被保护层卸压瓦斯及保护层工作面采空区瓦斯。
88.本发明中的高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构在实际应用时，通过在高位高抽巷内施工三类不同位置下向钻孔，增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区的裂隙，下向钻孔在垂直方向上施工至工作面采空区冒落带内解决下向钻孔易被水、煤岩粉堵塞影响钻孔抽采效果的问题，通过以上结构有效提高了高位高抽巷及下向钻孔抽采效果，保障了保护层工作面开采过程中瓦斯安全，安全社会效益好。
89.保护层工作面回采期间，通过埋压在高位高抽巷6密闭墙10内的抽采管路11直接抽采被保护层卸压瓦斯及保护层工作面采空区瓦斯，抽采工艺简单，抽采效果好。高位高抽巷6为上山施工时，密闭墙附近可能有积水，通过排水管路能够有效将水排出。
90.第一钻孔7主要目的是增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区回风顺槽附近的采动裂隙“o”形圈内的裂隙，抽采保护层工作面采空区瓦斯及被保护层卸压瓦斯。
91.第二钻孔8的主要目的是抽采被保护层卸压瓦斯。
92.第三钻孔9主要目的是增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区胶带机顺槽附近的采动裂隙“o”形圈内的裂隙，抽采保护层工作面采空区瓦斯及被保护层卸压瓦斯。
93.将高位高抽巷6施工于被保护层2顶板以上15m位置，可保证高位高抽巷6施工防突安全，减小突出煤层对高位高抽巷6施工影响。
94.高位高抽巷6位置的设置能够缓解高位高抽巷6内下向钻孔受到剪切破坏。
95.实施例二：
96.本发明还公开了一种施工上述的高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构的工艺，包括如下步骤：
97.s1、施工巷道
98.施工保护层工作面切眼3、回风顺槽4、胶带机顺槽5、高位高抽巷6；
99.为实现保护层工作面开采，需要提前设计保护层工作面切眼3、回风顺槽4、胶带机顺槽5、高位高抽巷6等巷道，提前施工高位高抽巷6等巷道。本实施例中，实施地点保护层工作面采用倾斜条带布置，保护层工作面面长200m，保护层开采厚度4m，保护层与被保护层间距35m，且保护层与被保护层间有2层厚度0.5-1.3m的薄煤层，2层薄煤层均为突出煤层。
100.s2、钻孔
101.从高位高抽巷6施工下向钻孔，从保护层工作面切眼3沿工作面推进方向5m处对应的高位高抽巷6位置开始施工第1组钻孔，此后，沿工作面推进方向每隔20m从高位高抽巷6施工1组钻孔；
102.每组钻孔分3类，包括：
103.第一钻孔7，能够抽采保护层1工作面采空区回风顺槽4附近的采动裂隙“o”形圈内瓦斯；
104.第二钻孔8，能够抽采被保护层2卸压瓦斯；
105.第三钻孔9，能够抽采保护层1工作面采空区胶带机顺槽5附近的采动裂隙“o”形圈内瓦斯；
106.所述第一钻孔7、第二钻孔8、第三钻孔9均施工至开采的保护层1工作面冒落带内；，保证被保护层2内钻孔孔底间距不超过40m；
107.s3、封孔
108.钻孔孔口均采用dn90聚氯乙烯套管封孔，套管长12m，封孔深度10m，套管高出孔口0.2m；
109.s4、施工密闭墙
110.保护层工作面回采前，从高位高抽巷6外口施工密闭墙对高位高抽巷6密闭，密闭墙施工前，巷道内所有钻孔均敞开，无需连接抽采管路，密闭墙中埋压抽采管路11、排水管路；
111.s5、抽采瓦斯、排水
112.将密闭墙外抽采管路11与抽采装置连接，进行瓦斯抽采；
113.将密闭墙外排水管路与排水装置连接，进行排水。
114.施工高位高抽巷及下向钻孔抽采下保护层瓦斯结构的工艺在实际应用时，通过在高位高抽巷内施工三类不同位置下向钻孔，增加高位高抽巷贯通保护层工作面采空区的裂隙，下向钻孔在垂直方向上施工至工作面采空区冒落带内解决下向钻孔易被水、煤岩粉堵塞影响钻孔抽采效果的问题，通过以上工艺有效提高了高位高抽巷及下向钻孔抽采效果，保障了保护层工作面开采过程中瓦斯安全，安全社会效益好。保护层工作面回采期间，通过
埋压在高位高抽巷6密闭墙10内的抽采管路11直接抽采被保护层卸压瓦斯及保护层工作面采空区瓦斯，抽采工艺简单，抽采效果好。高位高抽巷6为上山施工时，密闭墙附近可能有积水，通过排水管路能够有效将水排出。
115.以上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精神和范围。