一种孤岛突出煤层强弱耦合结构多灾害一体化防控方法技术

本发明专利技术公开了一种孤岛突出煤层强弱耦合结构多灾害一体化防控方法，先在孤岛工作面煤层下方的下覆岩层布设底板巷，并将多灾害一体化防控措施集成到底板巷中，持续疏放孤岛工作面两侧采空区的积水，完成后在邻近采空区的煤柱中打设瓦斯抽采隔断孔，截断瓦斯从采空区涌向煤巷的通道，同时向煤巷两侧注入高强度水泥浆液加强煤体强度减小煤巷变形；由于孤岛工作面巷道冲击地压现象显现严重，通过向煤层中注浆加固后，注浆加固区域与原煤构成强弱耦合结构，强结构的强抵抗作用与弱结构的消波吸能作用耦合能有效的减少煤巷变形。另外在底板巷采用瓦斯抽采定向长钻孔和瓦斯抽采穿层钻孔构建立体瓦斯抽采缝网，可以安全高效的将预掘煤巷区域的瓦斯抽采达标。巷区域的瓦斯抽采达标。巷区域的瓦斯抽采达标。

【技术实现步骤摘要】
一种孤岛突出煤层强弱耦合结构多灾害一体化防控方法


[0001]本专利技术涉及一种孤岛突出煤层强弱耦合结构多灾害一体化防控方法，尤其适用于处于矿井突水、瓦斯、火灾和冲击地压多灾害威胁下的孤岛工作面突出煤层。

技术介绍

[0002]随着煤炭资源持续性开采，浅层优质煤炭资源逐渐减少，煤炭开采逐渐向深部和多灾害协同防治方向进行，其中孤岛工作面突出煤层是一种典型的受到多灾害影响的难开采煤层。
[0003]孤岛工作面是指准备回采的工作面周围均为采空区或者工作面顺槽两侧均为采空区的工作面。采空区顶板长时间垮落后可能会导通上覆含水层，造成采空区积水。放顶煤开采方法会在采空区中留有遗煤，遗煤中的瓦斯解吸充满整个采空区。孤岛工作面冲击地压显现现象明显，煤巷支护困难，变形严重，突出煤层在冲击地压诱导下发生煤与瓦斯突出事故的可能性升高；此外，预留煤柱在动压作用下可能出现裂缝导通采空区的积水和瓦斯，造成突水和瓦斯事故。如果是自燃煤层还可能发生采空区煤炭自燃，引起瓦斯爆炸事故。孤岛工作面突出煤层在多灾害威胁下开采非常困难，所以在回采前有效防控住各种灾害对于工作面顺利回采极其重要。因此，当前亟需一种孤岛工作面突出煤层采前多灾害一体化防控方法，实现对孤岛工作面煤层在开采前多种灾害的有效控制，最终保证后续对孤岛工作面煤层开采时的安全性。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种孤岛突出煤层强弱耦合结构多灾害一体化防控方法，能对孤岛工作面煤层在开采前的多种灾害进行有效控制，最终有效提高孤岛工作面煤层的预掘进风巷和预掘回风巷在掘进过程中，以及后续孤岛工作面煤层开采时的安全性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种孤岛突出煤层强弱耦合结构多灾害一体化防控方法，具体步骤为：
[0006]A、待开采煤层潜在灾害评估：在孤岛工作面煤层开采之前，先对该工作面潜在风险进行评估，评估包括在地面使用瞬变电磁法探测确定采空区一和采空区二中积水的赋存状况，积水的赋存状况包括积水的位置和积水的水头标高；向孤岛工作面煤层完整区域打钻孔测试其瓦斯压力、含量和地应力，同时取芯进行煤岩冲击倾向性测试和煤自燃发火等级确定；
[0007]B、巷道布置：根据步骤A探测获得的采空区一和采空区二中各自积水的水头标高以及防突风险，确定预留煤柱一和预留煤柱二的宽度，进而确定孤岛工作面煤层中预掘进风巷和预掘回风巷的位置，然后在下覆岩层中分别同步掘进底板巷一和底板巷二；所述底板巷一和底板巷二分别平行布置在预掘进风巷和预掘回风巷下方，采用内错式布置，两个底板巷与各自上方的预掘进风巷和预掘回风巷的垂距范围分别为8～12m，错距范围为0～
4m；这种内错式布置，(1)可以增大积水与底板巷的距离，使得疏放水作业更加安全；(2)突出煤层煤巷掘进首先要消突，突出危险源来自于煤层内部(邻近采空区一侧已经卸压和自然解吸，突出不会从预留煤柱一侧发生)，内错式布置有利于布置穿层瓦斯抽采钻孔和定向长钻孔，如果底板巷布置在采空区下方，那么瓦斯抽采钻孔可能会打穿采空区，影响瓦斯治理效果；(3)内错式布置同样有利于打设瓦斯隔断孔和注浆钻孔；(4)内错式布置底板巷掘进可以在预掘煤巷区域形成卸压区，来降低预掘煤巷区域的弹性潜能来防治煤与瓦斯突出和冲击地压灾害；
[0008]C、疏放采空区中积水：在底板巷一和底板巷二掘进过程中，根据步骤A测定的采空区积水赋存位置，在底板巷一临近采空区一的一侧和底板巷二临近采空区二的一侧每间隔一段距离均开挖一个疏放水钻场，从底板巷一的疏放水钻场和底板巷二的疏放水钻场分别向采空区一和采空区二中积水较多的位置打设疏放水钻孔，使采空区一和采空区二内的积水分别从底板巷一和底板巷二中持续释放，疏放水钻孔全程下PVC管防止塌孔；
[0009]D、预抽预掘煤巷区域瓦斯：在分别疏放采空区一和采空区二中积水的同时，从底板巷一和底板巷二每间隔一定距离分别向孤岛工作面煤层的预掘进风巷和预掘回风巷区域打设一个瓦斯抽采穿层钻孔组，分别沿底板巷一和底板巷二每间隔一定距离在各自巷道两侧对称布置两个瓦斯抽采钻场，使用定向钻机从底板巷一的各个瓦斯抽采钻场分别向预掘进风巷及与其同一水平面的周围区域打设多个瓦斯抽采定向长钻孔，使用定向钻机从底板巷二的各个瓦斯抽采钻场分别向预掘回风巷及与其同一水平面的周围区域打设多个瓦斯抽采定向长钻孔，并采用囊袋封孔器对瓦斯抽采穿层钻孔和瓦斯抽采定向长钻孔进行封孔，然后将瓦斯抽采穿层钻孔和瓦斯抽采定向长钻孔均连接到瓦斯抽采管路中进行瓦斯抽采达标；
[0010]E、煤体注浆加固：当采空区一和采空区二中各自的积水疏放完毕并且瓦斯抽采达标后，从底板巷一每间隔一定距离分别向预掘进风巷两侧对称打设两个注浆钻孔，从底板巷二每间隔一定距离分别向预掘回风巷两侧对称打设两个注浆钻孔，分别向各个注浆钻孔注入高强度水泥浆液，对预掘进风巷和预掘回风巷各自周围区域进行注浆加固，提升煤体的强度，与原煤体组合成强弱耦合结构；
[0011]F、隔断采空区中瓦斯涌向预掘巷道：在执行完上述步骤C至E后，从底板巷一每间隔一定距离向预留煤柱一打设一个瓦斯抽采隔断孔，从底板巷二每间隔一定距离向预留煤柱二打设一个瓦斯抽采隔断孔，瓦斯抽采隔断孔用于持续抽采采空区一和采空区二分别向预掘进风巷和预掘回风巷位置扩散的瓦斯；
[0012]G、煤巷掘进：当瓦斯抽采达标并注浆加固完毕后，开始按照设定的位置同步掘进孤岛工作面煤层中的预掘进风巷和预掘回风巷，完成后开始进行孤岛工作面煤层的回采工作。
[0013]进一步，由于预掘进风巷和预掘回风巷掘进时，采空区一和采空区二中的积水已经疏放完成，因此将预留煤柱一和预留煤柱二的宽度均设为15～20m。这个距离可以有效的隔离采空区的积水和瓦斯，并有助于维持预掘煤巷的稳定性。
[0014]进一步，所述瓦斯抽采穿层钻孔组由多个呈扇形布置的瓦斯抽采穿层钻孔组成，瓦斯抽采穿层钻孔的垂直投影垂直于孤岛工作面煤层，且从底板巷一打设的瓦斯抽采穿层钻孔组能覆盖预掘进风巷靠近孤岛工作面煤层内部一侧至少20m，从底板巷二打设的瓦斯
抽采穿层钻孔组能覆盖预掘回风巷靠近孤岛工作面煤层内部一侧至少20m；在两个底板巷内相邻的瓦斯抽采穿层钻孔组之间的距离为3m；且各个瓦斯抽采穿层钻孔的终孔位置均进入上覆岩层至少0.5m。这种设置可以有效提高瓦斯抽采效率，降低预掘煤巷区域的瓦斯压力和瓦斯含量，使预掘煤巷区域瓦斯快速抽采达标，保证预掘煤巷安全掘进。
[0015]进一步，所述底板巷一和底板巷二各自的瓦斯抽采钻场相邻之间的间距为300m，所述各个瓦斯抽采定向长钻孔布置在孤岛工作面煤层中间，其轴向与孤岛工作面煤层走向平行，且相邻瓦斯抽采定向长钻孔的间距为3m。采用这种设置能进一步提升对预掘进风巷和预掘回风巷周围的瓦斯抽采效果，便于后续对孤岛工作面煤层的安全开采。
[0016]进一步，所述预掘进风巷两侧的注浆钻孔的终孔距离其巷帮为5m；预掘回风巷两侧的注浆钻孔的终孔距离其巷帮为5m。采用这种设置能提高预掘进风巷和预掘回风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种孤岛突出煤层强弱耦合结构多灾害一体化防控方法，其特征在于，具体步骤为：A、待开采煤层潜在灾害评估：在孤岛工作面煤层开采之前，先对该工作面潜在风险进行评估，评估包括在地面使用瞬变电磁法探测确定采空区一和采空区二中积水的赋存状况，积水的赋存状况包括积水的位置和积水的水头标高；向孤岛工作面煤层完整区域打钻孔测试其瓦斯压力、含量和地应力，同时取芯进行煤岩冲击倾向性测试和煤自燃发火等级确定；B、巷道布置：根据步骤A探测获得的采空区一和采空区二中各自积水的水头标高以及防突风险，确定预留煤柱一和预留煤柱二的宽度，进而确定孤岛工作面煤层中预掘进风巷和预掘回风巷的位置，然后在下覆岩层中分别同步掘进底板巷一和底板巷二；所述底板巷一和底板巷二分别平行布置在预掘进风巷和预掘回风巷下方，采用内错式布置，两个底板巷与各自上方的预掘进风巷和预掘回风巷的垂距范围分别为8～12m，错距范围为0～4m；C、疏放采空区中积水：在底板巷一和底板巷二掘进过程中，根据步骤A测定的采空区积水赋存位置，在底板巷一临近采空区一的一侧和底板巷二临近采空区二的一侧每间隔一段距离均开挖一个疏放水钻场，从底板巷一的疏放水钻场和底板巷二的疏放水钻场分别向采空区一和采空区二中积水较多的位置打设疏放水钻孔，使采空区一和采空区二内的积水分别从底板巷一和底板巷二中持续释放；D、预抽预掘煤巷区域瓦斯：在分别疏放采空区一和采空区二中积水的同时，从底板巷一和底板巷二每间隔一定距离分别向孤岛工作面煤层的预掘进风巷和预掘回风巷区域打设一个瓦斯抽采穿层钻孔组，分别沿底板巷一和底板巷二每间隔一定距离在各自巷道两侧对称布置两个瓦斯抽采钻场，使用定向钻机从底板巷一的各个瓦斯抽采钻场分别向预掘进风巷及与其同一水平面的周围区域打设多个瓦斯抽采定向长钻孔，使用定向钻机从底板巷二的各个瓦斯抽采钻场分别向预掘回风巷及与其同一水平面的周围区域打设多个瓦斯抽采定向长钻孔，并采用囊袋封孔器对瓦斯抽采穿层钻孔和瓦斯抽采定向长钻孔进行封孔，然后将瓦斯抽采穿层钻孔和瓦斯抽采定向长钻孔均连接到瓦斯抽采管路中进行瓦斯抽采达标；E、煤体注浆加固：当采空区一和采空区二中各自的积水疏放完毕并且瓦斯抽采达标后，从底板巷一每间隔一定距离分别向预掘进风巷两侧对称打设两个注浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟成，马立强，岳东，郑仰峰，霍小泉，方亚杰，黄玮，钱自卫，徐吉钊，
申请(专利权)人：陕西陕煤铜川矿业有限公司陈家山煤矿，
类型：发明
国别省市：