本发明涉及特厚煤层放顶煤开采过程中工作面超前煤岩体破裂区、工作面和工作面采空区，以及邻近工作面采空区不同区域瓦斯源的抽采方法，具体为一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法。发明所述低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法具以下优点：1）通过布置的连续的瓦斯抽采钻孔、瓦斯抽采巷道和走向抽采钻孔，可对本工作面超前煤岩体破裂区、本工作面、本工作面采空区不同区域内的瓦斯进行抽采，最大程度降低了本工作面瓦斯浓度；2）该发明可随时对本工作面深部采空区瓦斯进行抽采，克服了传统抽采方式无法抽采本工作面深部采空区瓦斯的不足。
1.一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在本工作面（1）开采前沿本工作面（1）推进方向自地表垂直向下布置一排连续的第一瓦斯抽采钻孔（2-1）至本工作面煤层（3）底部，根据本工作面（1）推进位置，至少保证三个第一瓦斯抽采钻孔（2-1）同时工作，对本工作面（1）超前煤岩体破裂区域、本工作面（1）和本工作面采空区（4）内靠近本工作面（1）区域这三个区域中的至少本工作面（1）超前煤岩体破裂区域和本工作面采空区（4）内靠近本工作面（1）区域这两个区域的瓦斯进行抽采；
b.针对邻近本工作面采空区（5）瓦斯源，首先自邻近本工作面采空区（5）地表垂直向下布置若干第二瓦斯抽采钻孔（2-2），第二瓦斯抽采钻孔（2-2）底部至邻近本工作面采空区（5）位置，开启第二瓦斯抽采钻孔（2）至抽采状态，同时自本工作面（1）的回风巷（9）布置钻孔注氮管路（6）至邻近本工作面采空区（5）内，通过钻孔注氮管路（6）向邻近本工作面采空区（5）进行注氮，实现邻近本工作面采空区（5）的气体置换和遗留瓦斯抽采，本工作面（1）及其周边区域和邻近本工作面采空区（5）瓦斯的抽采在水平方向实现了不同区域瓦斯的分源分区抽采，所述周边区域为本工作面（1）超前煤岩体破裂区域和本工作面采空区（4）内靠近本工作面（1）区域；
c.在本工作面（1）顶板冒落带范围内，平行于本工作面（1）推进方向布置瓦斯抽采巷道（7），对本工作面（1）冒落带范围内的瓦斯进行抽采；
d.在本工作面（1）顶板裂隙带范围内，平行于本工作面（1）推进方向布置走向瓦斯抽采钻孔（8），对本工作面（1）裂隙带范围内的瓦斯进行抽采，冒落带和裂隙带瓦斯的抽采在垂直方向实现了不同富集区域瓦斯的分源分区治理，与水平方向瓦斯抽采布置共同形成了立体瓦斯分源分区治理体系；
e.开采过程中若发现本工作面（1）以及其周边区域内瓦斯浓度较高时，开启更多的瓦斯抽采钻孔，同时加大钻孔注氮管路（6）的注氮量；
f.采用此抽采方法直到本工作面（1）回采结束，下一邻近工作面开采时，采用同样的治理方法对下一邻近工作面不同区域的瓦斯源进行抽采，对于本工作面采空区（4）遗留瓦斯源，同样通过采用井下注氮，第二瓦斯抽采钻孔（2-2）抽采的方法进行治理。
2.根据权利要求1所述的一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法，其特征在于，相邻第一瓦斯抽采钻孔（2-1）的距离为40 80m。
3.根据权利要求1所述的一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法，其特征在于，第一瓦斯抽采钻孔（2-1）布置的平面位置靠近工作面（1）回风巷（9），与回风巷（9）距离为工作面（1）长度的1/4。
4.根据权利要求1所述的一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法，其特征在于，瓦斯抽采巷道（7）与回风巷（9）的水平距离为15 25m。
5.根据权利要求1所述的一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法，其特征在于，走向抽采钻孔（8）与回风巷（9）的水平距离为30 50m。
6.根据权利要求5所述的一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法，其特征在于，走向抽采钻孔（8）布置为井下顺层走向钻孔或地面L型钻孔。
一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法
技术领域
[0001] 本发明涉及特厚煤层放顶煤开采过程中工作面超前煤岩体破裂区、工作面和工作面采空区，以及邻近工作面采空区不同区域瓦斯源的抽采方法，具体为一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法。
背景技术
[0002] 瓦斯是煤矿第一杀手，虽然近年来煤矿瓦斯事故逐年大幅下降，但其所占的比重依然较大，重特大瓦斯事故时有发生，严重制约了资源高效开发。目前对于瓦斯的治理主要是以采前预抽为主，该治理技术手段可提前有效降低煤层瓦斯含量，减少工作面煤层开采后的瓦斯超限频次，目前该技术是煤矿治理瓦斯的主要技术手段。而我国部分地区煤层虽瓦斯赋存含量低，但煤层开采强度大、工作面产量高，此时采用超前预抽的技术手段抽采效果差，这就导致当煤层高强度开采过程中煤层内瓦斯大面积解析释放，工作面瓦斯超限问题突出，对矿井安全生产造成了极大的隐患。
[0003] 以我国大同矿区塔山煤矿为例，塔山矿为典型特厚煤层低瓦斯赋存条件，主采煤层平均厚度15.47m，瓦斯含量2.0m3/t（远远小于国家瓦斯抽放后的标准），采用综采放顶煤开采，综放开采工作面日产量达4～5万吨。煤层开采引起煤岩大范围移动，在采动和煤体瓦斯压力综合影响下，采动裂隙场与原生裂隙场叠加，瓦斯出现无序集聚、涌出，导致低瓦斯煤层在开采过程大面积瓦斯涌出，瓦斯涌出高达50m3/min。由于瓦斯赋存浓度低，预抽难度大，但受采动影响后解析快，涌出量高，造成“低瓦斯赋存、高瓦斯涌出”的治理异常困难。
[0004] 因此，对于该类条件下的瓦斯治理需要进行深入研究和控制，这对工作面的安全高效生产具有重要的意义。本发明针对煤层高强度开采带来的瓦斯“低赋存、高涌出”难题，提供一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法，通过自地面垂直向下布置连续的瓦斯抽采钻孔，在工作面顶板布置瓦斯抽采巷道、走向抽采钻孔来抽采工作面超前煤岩体破裂区、工作面、采空区以及垂直方向不同富集区的瓦斯源，并自邻近工作面地表布置垂直瓦斯抽采钻孔进行抽采瓦斯，同时井下向邻近采空区进行注氮，达到对邻近采空区瓦斯源的抽采。该分源分区瓦斯抽采技术体系可最大程度降低瓦斯浓度，达到控制效果。
发明内容
[0005] 本发明为了解决特厚煤层放顶煤开采中的瓦斯“低赋存、高涌出”难题，提供一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法，有利于保证煤矿的安全开采。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法，包括如下步骤：
[0007] a.在本工作面开采前沿本工作面推进方向自地表垂直向下布置一排连续的第一瓦斯抽采钻孔至本工作面煤层底部，根据本工作面推进位置，至少保证三个第一瓦斯抽采钻孔同时工作，分别对本工作面超前煤岩体破裂区域、本工作面和本工作面采空区内靠近本工作面区域这三个区域中的，至少本工作面超前煤岩体破裂区域和本工作面采空区内靠近本工作面区域这两个区域的瓦斯进行抽采；
[0008] b.针对邻近本工作面采空区瓦斯源，首先自邻近本工作面采空区地表垂直向下布置若干第二瓦斯抽采钻孔，第二瓦斯抽采钻孔底部至邻近本工作面采空区位置，开启第二瓦斯抽采钻孔至抽采状态，同时自本工作面的回风巷布置钻孔注氮管路至邻近本工作面采空区内，通过钻孔注氮管路向邻近本工作面采空区进行注氮，实现邻近本工作面采空区的气体置换和遗留瓦斯抽采，本工作面及其周边区域和邻近本工作面采空区瓦斯的抽采在水平方向实现了不同区域瓦斯的分源分区抽采；
[0009] c.在本工作面顶板冒落带范围内，平行于本工作面推进方向布置瓦斯抽采巷道，对本工作面冒落带范围内的瓦斯进行抽采；
[0010] d.在本工作面顶板裂隙带范围内，平行于本工作面推进方向布置走向瓦斯抽采钻孔，对本工作面裂隙带范围内的瓦斯进行抽采，冒落带和裂隙带瓦斯的抽采在垂直方向实现了不同富集区域瓦斯的分源分区治理，与水平方向瓦斯抽采布置共同形成了立体瓦斯分源分区治理体系；
[0011] e.开采过程中若发现本工作面以及其周边区域内瓦斯浓度较高时，开启更多、甚至所有的瓦斯抽采钻孔，同时加大钻孔注氮管路的注氮量；
[0012] f.采用此抽采方法直到本工作面回采结束，下一邻近工作面开采时，采用同样的治理方法对下一邻近工作面不同区域的瓦斯源进行抽采，对于本工作面采空区遗留瓦斯源，同样通过采用井下注氮，第二瓦斯抽采钻孔抽采的方法进行治理。
[0013] 本发明所述低赋存、高涌出的瓦斯分源分区立体治理方法具以下优点：1）通过布置的连续的瓦斯抽采钻孔、瓦斯抽采巷道和走向抽采钻孔，可对本工作面超前煤岩体破裂区、本工作面、本工作面采空区不同区域内的瓦斯进行抽采，最大程度降低了本工作面瓦斯浓度；2）该发明可随时对本工作面深部采空区瓦斯进行抽采，克服了传统抽采方式无法抽采本工作面深部采空区瓦斯的不足；3）煤层开采后覆岩裂隙发育，当布置的垂直钻孔与邻近本工作面采空区覆岩裂隙沟通后，本工作面抽采钻孔同时可对邻近工作面采空区瓦斯进行抽采，加之邻近本工作面采空区布置的瓦斯抽采钻孔等，大大提高了邻近本工作面采空区瓦斯抽采效果，减少了邻近本工作面采空区瓦斯源对本工作面的影响；4）连续布置的垂直抽采钻孔、瓦斯抽采巷道和走向抽采钻孔可根据瓦斯涌出情况随时进行调控，应用便捷，抽采效率高，保证了工作面的安全高效开采，应用前景广阔。
附图说明
[0014] 图1为本发明所述治理方法的布置示意图。
[0015] 图2为图1的A-A剖视图。
[0016] 图中：1-本工作面，2-1第一瓦斯抽采钻孔，2-2第二瓦斯抽采钻孔，3-本工作面煤层，4-本工作面采空区，5-邻近本工作面采空区，6-钻孔注氮管路，7-瓦斯抽采巷道，8-走向抽采钻孔，9-回风巷，10-进风巷。
具体实施方式
[0017] 下面以大同矿区特厚煤层开采的瓦斯抽采为例，结合附图对本发明作进一步的描述：
[0018] 首先在本工作面1开采前沿本工作面1推进方向自地表垂直向下间隔50m布置一排连续的第一瓦斯抽采钻孔2-1至本工作面煤层3底部，本工作面1长度200m，本工作面煤层3厚度20m，第一瓦斯抽采钻孔2-1与回风巷9距离为50m，根据本工作面1推进位置，至少保证三个第一瓦斯抽采钻孔2-1同时工作，分别对本工作面1超前煤岩体破裂区域、本工作面1和本工作面采空区4内靠近本工作面1区域这三个区域中的，至少本工作面1超前煤岩体破裂区域和本工作面采空区4内靠近本工作面1区域这两个区域的瓦斯进行抽采。
[0019] 本发明中所谓的“分别对本工作面1超前煤岩体破裂区域、本工作面1和本工作面采空区4内靠近本工作面1区域这三个区域中的，至少本工作面1超前煤岩体破裂区域和本工作面采空区4内靠近本工作面1区域这两个区域的瓦斯进行抽采”指的是，由于本工作面1的区域宽度可能低于第一瓦斯抽采钻孔2-1的间距（如图1所示），为了最大程度降低了本工作面1瓦斯浓度，本工作面1超前煤岩体破裂区域和本工作面采空区4内靠近本工作面1区域分别有至少一个第一瓦斯抽采钻孔2-1为工作状态；如果本工作面1内若恰好有第一瓦斯抽采钻孔2-1，则开启该第一瓦斯抽采钻孔2-1；如果工作面1内若恰好没有第一瓦斯抽采钻孔2-1，那么可根据瓦斯源浓度增加另外两个区域内第一瓦斯抽采钻孔2-1的工作数量。
[0020] 针对相邻本工作面采空区5瓦斯源，首先自邻近本工作面采空区5地表垂直向下布置第二瓦斯抽采钻孔2-2，第二瓦斯抽采钻孔2-2底部至相邻本工作面采空区5位置，开启第二瓦斯抽采钻孔2-2至抽采状态，同时自本工作面1的回风巷9布置钻孔注氮管路6至邻近本工作面采空区5内，通过钻孔注氮管路6向邻近本工作面采空区5进行注氮，实现邻近采空区5的气体置换和遗留瓦斯抽采，本工作面1及其周边区域（包括本工作面1超前煤岩体破裂区域和本工作面采空区4内靠近本工作面1区域这两个区域）和邻近本工作面采空区5瓦斯的抽采在水平方向实现了不同区域瓦斯的分源分区抽采。
[0021] 在本工作面1顶板冒落带范围内，平行于本工作面1推进方向布置瓦斯抽采巷道7，对本工作面1冒落带范围内的瓦斯进行抽采，瓦斯抽采巷道7与回风巷9的水平距离为20m；在本工作面1顶板裂隙带范围内，平行于本工作面1推进方向布置走向瓦斯抽采钻孔8，对本工作面1裂隙带范围内的瓦斯进行抽采，走向抽采钻孔8与回风巷9的水平距离为40m，走向抽采钻孔8采用井下顺层走向钻孔布置，冒落带和裂隙带瓦斯的抽采在垂直方向实现了不同富集区域瓦斯的分源分区治理，与水平方向瓦斯抽采布置共同形成了立体瓦斯分源分区治理体系。
[0022] 开采过程中若发现本工作面1以及其周边区域内瓦斯浓度较高时，开启更多、甚至所有的瓦斯抽采钻孔，同时加大钻孔注氮管路6的注氮量。
[0023] 采用此抽采方法直到本工作面1回采结束，下一邻近工作面开采时，采用同样的治理方法对下一邻近工作面不同区域的瓦斯源进行抽采（此时下一邻近工作面变成本工作面1），对于本工作面采空区4遗留瓦斯源（此时本工作面采空区4变成相邻本工作面采空区5），同样通过采用井下注氮，第二瓦斯抽采钻孔2-2抽采的方法进行治理。
[0024] 上述技术方案所针对的是大同矿区特厚煤层开采的瓦斯抽采，但本发明所述的技术方案绝不仅仅只适用于该煤层开采。本领域技术人员可依据具体的煤层厚度及煤层瓦斯赋存含量等因素，调整上述参数（例如距离或数量等）的设置。
[0025] 具体的，相邻第一瓦斯抽采钻孔2-1的距离与煤层厚度及煤层瓦斯赋存含量有关，一般取40 80m；当然，若瓦斯赋存含量高，距离短；若瓦斯赋存含量地，距离长。~
[0026] 具体应用时，第一瓦斯抽采钻孔2-1布置的平面位置靠近工作面1回风巷9，与回风巷9距离为工作面1长度的1/4。
[0027] 进一步的，瓦斯抽采巷道7与回风巷9的水平距离为15 25m，位于工作面1覆岩冒落~带范围。
[0028] 进一步的，走向抽采钻孔8与回风巷9的水平距离一般为30 50m，位于工作面1覆岩~裂隙带范围，走向抽采钻孔8可布置井下顺层走向钻孔或地面L型钻孔。
[0029] 本发明具体实施时，瓦斯抽采巷道7和走向抽采钻孔8通过回风系统输出至地表。
[0030] 在本发明中，所述的本工作面深部采空区指的是远离本工作面1的本工作面采空区4区域。具体实施时，可随时对本工作面深部采空区瓦斯进行抽采，克服了传统抽采方式无法抽采本工作面深部采空区瓦斯的不足。
[0031] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
