一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法，该方法主要包括在待采工作面上邻近岩层设置高抽巷，计算确定钻孔间距和顶板垮落步距，在高抽巷中每隔一段距离打两个主副孔，直接在高抽巷中循环向下打孔，钻孔终孔位置应到工作面上，平行于工作面煤壁；再用无声碎胀剂采用主孔装药、副孔不填装的方式，待无声碎胀剂装填完成后，预先在直接顶及基本顶内形成裂缝，即主孔预裂顶板，副孔抽排工作面瓦斯。本发明专利技术在高抽巷抽采采空区瓦斯，邻近层以及围岩瓦斯基础上增加悬顶裂隙率，达到预裂顶板，稀释并排出工作面瓦斯的目的，防止瓦斯超限。

【技术实现步骤摘要】
一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法
本专利技术涉及一种瓦斯抽采方法，具体涉及一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法。
技术介绍
近期我国发生的煤与瓦斯突出引发瓦斯爆炸事故,都是由于煤矿向深部开采过程中瓦斯灾害升级所致因而必须抓住瓦斯这个煤矿安全生产的关键因素，狠抓治理，只有这样才能将瓦斯事故降下来，才能使我国煤矿安全生产局面发生根本性的改变。瓦斯问题特别是低透气性煤层瓦斯治理是世界性难题，长期以来没有解决，因而导致煤矿瓦斯事故多发、生产效率低下，安全高效开采难以实现。随着矿井开采深度加大，地质条件更复杂,地应力、瓦斯含量和压力增加,瓦斯治理难度进一步增大。目前我国瓦斯治理技术有本煤层抽采、邻近层抽采、采空区抽采等。在解决工作面瓦斯超限问题方面，目前的手段主要有改进工作面通风方式、增大工作面风量、增强对煤层的瓦斯预先抽采力度等。通风系统的改变会带来通风管理工作的压力；增大通风量虽然能够带走更多的工作面瓦斯，但同时也增大了工作面与采空区之间的压力差，使得采空区的瓦斯涌出量增大；在加大瓦斯抽采力度方面，钻孔抽采具有快捷方便的优点，但其抽采效果受抽采时间、设备条件的影响较大，并且在松软煤层中塌孔率高，抽采孔易堵塞，治理效果有限。瓦斯抽采的难易程度与所处的地质条件关系密切，在煤层透气性好、裂隙发育的地质条件下，瓦斯抽采难度较低、抽采效率较高；而在坚硬的厚顶板条件下，由于煤层上覆岩层的应力挤压作用，顶板岩层致密完整、裂隙不发育，采用传统的瓦斯抽采技术，一方面成本较高，另一方面在深部地应力的作用下，钻孔逐渐趋于闭合，瓦斯抽采效果减弱。大部分矿井煤层开采后悬顶的时间较长，不易冒落，常形成较长时间周期压力，若不进行强制放顶，容易造成大面积来压，此外,即使是低瓦斯矿井，悬顶形成的三角区域是通风的死角，常常积聚大量瓦斯，潜在的危害很大。因此，在工作面煤层顶板布置高抽巷进行瓦斯抽采，成为解决工作面瓦斯超限问题的一种重要措施。为此，本专利技术提供一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法，用于解决高抽巷抽采瓦斯效果不佳的问题，在工作面推过时，高抽巷可通过上覆岩层中的裂隙将该岩层的瓦斯以及工作面瓦斯在负压的情况下抽入至巷道中，工作面瓦斯超限问题基本能够得到解决，不影响工作面的正常回采，有效防止瓦斯超限。
技术实现思路
为了提高高抽巷瓦斯抽采效率，本专利技术提供一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法，用最佳钻孔间距和最优裂隙在高抽巷上覆岩层开采前进行预裂，提高裂隙勾通率，有效防止瓦斯超限，提高高抽巷瓦斯抽采效率。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法，所述方法包括以下步骤：步骤1.在待采工作面上邻近岩层设置高抽巷；步骤2.计算确定主、副孔钻孔间距以及顶板跨落步距，确定最佳钻孔间距和确保顶板垮落步距减小并能满足及时垮落且不影响后续瓦斯抽采的顶板跨落步距；步骤3.根据确定的主、副孔钻孔最佳钻孔间距，在高抽巷中设置多个主、副孔，主孔与副孔交替设置，主、副孔的钻孔终孔位置到工作面上方且平行于工作面煤壁；步骤4.向主孔内填装无声碎胀剂、副孔不装药；步骤5.瓦斯抽采设备与副孔连接，通过副孔抽排工作面瓦斯。其中：高抽巷布置在煤层顶板以上15米层位，距轨顺水平距离20米，高抽巷断面高为2m，宽为2.2m，巷道断面4～5m2。主、副孔之间的最佳钻孔间距计算方法：制定多个主副孔的钻孔间距，对制定的多个钻孔间距，依据裂纹扩展模型确定得出相应的裂纹扩展理论半径，然后根据得出裂纹扩展理论半径进行数值模拟裂纹扩展，成缝效果最好的裂纹扩展理论半径确定为最佳孔间距。裂纹扩展半径计算方法：根据膨胀压力作用下岩石的劈裂机理建立裂纹扩展模型，视整个裂纹扩展模型处在一个无限的介质中，无限远裂纹扩展模型受裂纹面垂直的分布应力q(t)，裂纹尖端应力强度因子为：式中：—裂纹尖端应力强度因子，N/mm3/2；d—钻孔直径，mm；a—先发生裂纹产生裂纹长度，mm；q(t)—受裂纹面垂直的分布应力，Pa；当a远大于d时，裂纹扩展模型可视为在中央上下表面作用一对集中应力P的裂纹，r为任一点与钻孔中心的距离；则裂纹尖端应力强度因子又可表示为：式中：—先发生裂纹时裂纹尖端应力强度因子，N/mm3/2；—后发生裂纹时裂纹尖端应力强度因子，N/mm3/2；P—集中应力，Pa；b—后发生裂纹产生裂纹长度，mm；当裂纹尖端应力强度因子达到岩石断裂强度时，裂纹开始向外扩展，通过测得岩石的单轴抗压强度σc，获得相应岩石的断裂韧度KIC：KIC＝0.0265σc+0.0014式中：KIC—岩石的断裂韧度，N/mm3/2；σc—岩石的单轴抗压强度，Pa；一般情况下a＜b，则根据裂纹扩展最小止裂方程：得到裂纹长度计算公式：根据现场施工经验以及井下施工条件的限制引入环境因数K；考虑煤层、岩层的坚固性系数F得出裂纹扩展理论半径A：A＝KFa式中：K为环境因数，F为煤层、岩层的坚固性系数。顶板跨落步距的计算方法：根据板的简化理论，可将悬顶分成若干个伪倾斜条梁，由材料力学公式，伪倾斜条梁中任一点x的弯矩Mx为：其中，x为任一点到端点的距离；q为均布载荷；L为伪倾斜条梁长度；α为伪倾斜条梁倾角；在Mx作用下，伪倾斜条梁上任一点的弯曲应力σ1为：式中：老顶中性轴(中性轴即梁的中性层和横截面的交线)之上y取正值，反之y取负值，y—横截面高度；J—惯性矩，h—老顶的厚度；中性轴在垂直载荷qcosα和平行载荷qsinα的作用下，中性轴下表面应力σ可表示为：令当σ达到极限时即中性轴上距离端点处最先被破坏，一般情况下，伪倾斜条梁断裂点与最大下沉点是同一位置，中性轴下表面应力表示成：当伪倾斜条梁断裂时σmax＝Rt，则伪倾斜条梁的极限跨距Lmax为：式中：Rt—伪倾斜条梁断裂时的极限应力；Lmax—伪倾斜条梁的极限跨距；当α＝0时，极限跨距为：考虑煤层、岩层的坚固性系数F，顶板垮落步距C应为：式中：F—煤层、岩层的坚固性系数。本专利技术采用主孔装药、副孔不填装的方式形成的裂纹最连续稳定。即主孔采用无声碎胀剂预裂，副孔为主孔涨裂提供自由面，主孔预裂顶板，副孔抽排工作面瓦斯。有益效果：提供了一种提高高抽巷抽采效率的方法，用最佳钻孔间距和最优裂隙在高抽巷上覆岩层开采前进行预裂，提高裂隙勾通率，同时主副孔的应用也使无声碎胀剂产生的应力充分释放，使成缝效果连续稳定，防止因深部应力作用导致钻孔闭合，对提高高抽巷抽采效率，抽排工作面瓦斯以及防范工作面瓦斯超限具有重要的意义。附图说明图1为本专利技术示意图的正视图；图2位本专利技术示意图的平面图。附图标记：1、高抽巷，2、待采工作面,3、上邻近岩层,4、主孔,5、副孔。具体实施方式为了使本专利技术的目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤1、在待采工作面上邻近岩层设置高抽巷；/n步骤2、计算确定主、副孔钻孔间距以及顶板跨落步距，确定最佳钻孔间距和确保顶板垮落步距减小并能满足及时垮落且不影响后续瓦斯抽采的顶板跨落步距；/n步骤3、根据确定的主、副孔钻孔最佳钻孔间距，在高抽巷中设置多个主、副孔，主孔与副孔交替设置，主、副孔的钻孔终孔位置到工作面上方且平行于工作面煤壁；/n步骤4、向主孔内填装无声碎胀剂、副孔不装药；/n步骤5、瓦斯抽采设备与副孔连接，通过副孔抽排工作面瓦斯。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、在待采工作面上邻近岩层设置高抽巷；
步骤2、计算确定主、副孔钻孔间距以及顶板跨落步距，确定最佳钻孔间距和确保顶板垮落步距减小并能满足及时垮落且不影响后续瓦斯抽采的顶板跨落步距；
步骤3、根据确定的主、副孔钻孔最佳钻孔间距，在高抽巷中设置多个主、副孔，主孔与副孔交替设置，主、副孔的钻孔终孔位置到工作面上方且平行于工作面煤壁；
步骤4、向主孔内填装无声碎胀剂、副孔不装药；
步骤5、瓦斯抽采设备与副孔连接，通过副孔抽排工作面瓦斯。


2.根据权利要求1所述的一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，高抽巷布置在煤层顶板以上15米层位，距轨顺水平距离20米，高抽巷断面高为2m，宽为2.2m，巷道断面4～5m2。


3.根据权利要求1所述的一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，所述步骤2中，主、副孔之间的最佳钻孔间距计算方法如下：
制定多个主、副孔的钻孔间距，对制定的多个钻孔间距，依据裂纹扩展模型确定得出相应的裂纹扩展理论半径，然后根据得出裂纹扩展理论半径进行数值模拟裂纹扩展，成缝效果最好的裂纹扩展理论半径确定为最佳孔间距。


4.根据权利要求3所述的一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，裂纹扩展半径计算如下：
根据膨胀压力作用下岩石的劈裂机理建立裂纹扩展模型，视整个裂纹扩展模型处在一个无限的介质中，无限远裂纹扩展模型受裂纹面垂直的分布应力q(t)，裂纹尖端应力强度因子为：



式中：—裂纹尖端应力强度因子，N/mm3/2；d—钻孔直径，mm；a—先发生裂纹产生裂纹长度，mm；q(t)—受裂纹面垂直的分布应力，Pa；
当a远大于d时，裂纹扩展模型可视为在中央上下表面作用一对集中应力P的裂纹，r为任一点与钻孔中心的距离；
则裂纹尖端应力强度因子又可表示为：






式中：—先发生裂纹时裂纹尖端应力强度因子，N/mm3/2；—后...

【专利技术属性】
技术研发人员：严国超，柳梧泽，梁紫栋，董金发，陈炫来，相海涛，丁宏强，寇凯博，冯志忠，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14