一种高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法技术

本申请公开了一种高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法，包括以下步骤：在设定位置布设用以实现巷道表面位移监测、巷道顶板离层监测、巷道围岩深部多点位移监测、锚杆和/或锚索受力监测的监测装置；在掘进面处布置压裂孔，在所述掘进面两帮布置瓦斯钻场，在所述钻场处布置预抽孔，对所述压裂孔进行CO2预裂，从所述预抽孔处抽取瓦斯；在掘进工作面进行小导管超前注浆；进行致裂前后的瓦斯抽采效果分析和掘进工作面永久支护效果分析，结合所述监测装置获取的监测数据，判断相关设计参数的合理性。

【技术实现步骤摘要】
一种高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法
本公开一般涉及煤巷开采
，具体涉及一种高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法。
技术介绍
目前我国的很多煤矿为高瓦斯矿井，随着煤炭需求总量的不断增加，开采已持续向深部推进，深部煤层中瓦斯赋存含量大幅度增加。针对深部低透气性高瓦斯煤层，常规的瓦斯抽放方法如预抽、本煤层抽采等方法，难以有效地使得煤层的瓦斯大量游离出来，造成煤层中瓦斯压力极大。主要存在的问题有：钻孔有效影响范围小，施工工作量大，抽放效率低，需要采取卸压增透、扩大钻孔有效影响范围、提高钻孔密封效果等有效技术措施，以达到提高瓦斯抽放效率的目的。在煤层巷道掘进期间，瓦斯超限情况频频发生，降低了巷道掘进速度，影响正常接替工作，严重影响到掘进面的安全正常生产。如何有效解决煤层掘进高瓦斯的影响，已刻不容缓。针对煤层高瓦斯的赋存特征，已有的煤层掘进面进行了一些有效的尝试工作，即采用CO2预裂增透技术。在煤层巷道高瓦斯地段利用CO2预裂技术，扩大了煤层的透气性，使得瓦斯抽采浓度大大增加。但预裂也使得煤体裂隙分布范围较之以往，扩展幅度更大，煤层巷道顶板的破碎程度更为严重。就瓦斯抽采效果而言，预裂范围较大时，抽采效果越好。但是若预裂过度，极易引起掘进面冒顶事故。现有技术中，并没有很好的方法能保证实际施工中的相关设计可以有效的控制预裂范围。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法。第一方面，本申请实施例提供了一种高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法，包括以下步骤：在设定位置布设用以实现巷道表面位移监测、巷道顶板离层监测、巷道围岩深部多点位移监测、锚杆和/或锚索受力监测的监测装置；在掘进面处布置压裂孔，在所述掘进面两帮布置瓦斯钻场，在所述钻场处布置预抽孔，对所述压裂孔进行CO2预裂，从所述预抽孔处抽取瓦斯；在掘进工作面进行小导管超前注浆；进行致裂前后的瓦斯抽采效果分析和掘进工作面永久支护效果分析，结合所述监测装置获取的监测数据，判断相关设计参数的合理性。所述巷道表面位移监测内容包括：顶底板下沉量、底鼓量和两帮移近量，可以全面了解在该施工设计方案中煤体裂隙的分布范围，从而实现后续施工中预裂范围的有效控制。所述预抽孔的钻孔倾角与煤层走向大体一致，倾角根据实际情况调整，可以进一步增大致裂后的煤层透气性，从而加大瓦斯的抽采。所述钻产采用迈步布置，同侧间隔110-130m，异侧间隔55-65m。在同一个钻场处设有多个所述预抽孔，同排钻孔间距0.55-0.65m，相邻两排同一列钻孔间距0.15-0.25m。所述压裂孔的设计深度与所述钻场的异侧间隔距离大致相同，所述压裂孔在掘进面中部沿煤体自然倾角布置，可以提高煤层的裂隙扩展，减少煤层巷道顶部的破碎程度。所述压裂孔为定向压裂孔，即在所述压裂孔的水平方向的两侧布设楔形开槽，可以实现定向压裂，在扩大煤层横向的裂隙扩展区域的同时，减少顶部的的裂隙范围，可以大大减少掘进面冒顶事故。待CO2预裂完成后，在所述掘进面处布置瓦斯释放钻孔，从所述瓦斯释放钻孔处抽采瓦斯，可以在确保安全的同时，进一步提高瓦斯的抽采效果。所述致裂前后的瓦斯抽采效果分析的内容包括：致裂前后的钻孔瓦斯流量、煤层透气性系数、瓦斯抽采浓度、瓦斯涌出均匀性和瓦斯涌出不均衡性系数的变化规律。对上述内容的分析，可以得到瓦斯抽采效果的全面分析，并为裂隙分布范围的分析提供辅助支持。在判断所述相关设计参数的合理性时，还包括对致裂前后巷道掘进速度和百米瓦斯预警次数的变化规律的分析，可以了解该施工设计方案的整体施工效率。本申请实施例提供的高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法，为了解决高瓦斯的潜在危害，在掘进面两帮布置瓦斯钻场，预抽＋CO2高压气体致裂技术相结合，增大煤层透气性，从而加大掘进面瓦斯的抽采，消除瓦斯突出的危险。使得瓦斯抽采效果较好，同时不至于发生冒顶事故。由于掘进面CO2致裂会导致掘进面一定范围内煤体裂隙率加大，围岩稳定性下降，冒顶发生的可能性加大，从而影响到掘进面的正常推进。因此，必须研究高瓦斯大断面松软煤层掘进面冒顶控制机理，对胶带下山掘进面的冒顶提出具体的防治措施。其中包括临时支护的优化，在该种条件下，改变传统的金属梁临时支护，因为金属梁属于被动支护，承载能力有限，不能有效地保证掘进面的稳定性。本申请采用小导管超前注浆技术，强化掘进面临时支护的效果；在临时支护的基础上，对胶带下山掘进面进行永久支护设计，主要是利用锚杆锚索及组合构件系统实现胶带下山永久支护。在现场掘进面进行工业性试验方法，观测其在CO2预裂条件下的煤体裂隙分布、瓦斯抽采的效果及冒顶控制的效果。通过现场试验的监测，可以获取顶煤的裂隙分布范围、和裂隙的贯通程度、掘进面顶部完整性、和瓦斯抽采含量在致裂前后的变化情况，能保证相关设计可以有效的控制预裂范围的同时，满足瓦斯抽采含量的需要。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出了本申请实施例中巷道表面位移监测断面示意图；图2示出了本申请实施例中顶板离层指示仪的安设图；图3示出了本申请实施例中掘进面深部位移测点布置图；图4示出了本申请实施例中气相压裂施工技术参数图；图5示出了本申请实施例中23采区胶带下山钻场预抽钻孔剖面图；图6示出了本申请实施例中23采区胶带下山迎头钻孔施工参数图；图7示出了本申请实施例中23采区胶带下山1钻场预抽钻孔正视图；图8示出了本申请实施例中预抽致裂补打钻孔布置俯视图；图9示出了本申请实施例中预抽致裂补打钻孔布置正视图；图10示出了本申请实施例中预抽致裂补打钻孔布置侧视图；图11示出了本申请实施例中自然瓦斯流量汇总表；图12示出了本申请实施例中预裂前后钻孔自然瓦斯流量图；图13示出了本申请实施例中二氧化碳爆破前后瓦斯抽采浓度变化趋势；图14示出了本申请实施例中二氧化碳压裂前后效果对比表；图15示出了本申请实施例中胶带下山掘进面回风流瓦斯浓度变化曲线图；图16示出了本申请实施例中胶带下山掘进面回风流瓦斯浓度变化曲线图；图17示出了本申请实施例中胶带下山掘进面瓦斯涌出不均衡系数变化图；图18示出了本申请实施例中胶带下山掘进面月掘进情况统计表；图19示出了本申请实施例中胶带下山掘进月平均日进尺及掘进速度变化曲线图；图20示出了本申请实施例中百米瓦斯预警次数对比分析图；图21示出了本申请实施例中注浆前的位移云图；图22示出了本申请实施例中注浆前的监测点位移历史图；图23示出了本申请实施例中注浆后的位移云图；图24示出了本申请实施例中注浆前的监测点位移历史图；图25示出了本申请实施例中23采区胶带下山监测断面围岩位移最大值；图26示出了本申请实施例中胶带下山围岩监测断面1的位移随时间变化关系曲线；图27示出了本申请实施例中观测期间掘进面顶板下沉量最大值汇总表；图28示出了本申请实施例中胶带下山掘进面顶板下沉与观测时间关系曲线；图29示出了本申请实施例中掘进面顶板离层量随时间变化曲线；图30示出了本申请实施例中掘进面锚索受力随时间的变化曲线；图31示出了本申请实施例中掘进面超前支承压力分布规律；图32示出了本申请实施例中掘进面超前支承压力分布特征；具体实施方式为使本专利技术实施例的目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：在设定位置布设用以实现巷道表面位移监测、巷道顶板离层监测、巷道围岩深部多点位移监测、锚杆和/或锚索受力监测的监测装置；在掘进面处布置压裂孔，在所述掘进面两帮布置瓦斯钻场，在所述钻场处布置预抽孔，对所述压裂孔进行CO2预裂，从所述预抽孔处抽取瓦斯；在掘进工作面进行小导管超前注浆；进行致裂前后的瓦斯抽采效果分析和掘进工作面永久支护效果分析，结合所述监测装置获取的监测数据，判断相关设计参数的合理性。

【技术特征摘要】
1.一种高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：在设定位置布设用以实现巷道表面位移监测、巷道顶板离层监测、巷道围岩深部多点位移监测、锚杆和/或锚索受力监测的监测装置；在掘进面处布置压裂孔，在所述掘进面两帮布置瓦斯钻场，在所述钻场处布置预抽孔，对所述压裂孔进行CO2预裂，从所述预抽孔处抽取瓦斯；在掘进工作面进行小导管超前注浆；进行致裂前后的瓦斯抽采效果分析和掘进工作面永久支护效果分析，结合所述监测装置获取的监测数据，判断相关设计参数的合理性。2.根据权利要求1所述的高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法，其特征在于，所述巷道表面位移监测内容包括：顶底板下沉量、底鼓量和两帮移近量。3.根据权利要求1所述的高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法，其特征在于，所述预抽孔的钻孔倾角与煤层走向大体一致，倾角根据实际情况调整。4.根据权利要求1所述的高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法，其特征在于，所述钻产采用迈步布置，同侧间隔110-130m，异侧间隔55-65m。5.根据权利要求4所述的高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法，其特征在于，在同一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭超，芦志刚，张立新，张大明，李刚，刘光伟，郜富平，王振华，李洪涛，秦勇，邢萌，邱高伟，范宸，韩世勇，杨超，
申请(专利权)人：山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿，辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：山西,14