本发明属于煤矿瓦斯防治技术领域，特别是涉及一种底抽巷一巷三用煤与瓦斯共采的方法。
背景技术：
目前，我国煤与瓦斯共采方法主要分为巷道法、钻孔法、地面钻井及钻孔法。根据煤层赋存状况及开采技术条件，在合理位置布置专用瓦斯抽采巷道，在巷道内布置钻孔抽采煤层瓦斯。
巷道法煤与瓦斯共采是高瓦斯低透气性煤层群安全高效开采的典型模式，既可以降低首采层工作面回采过程中的瓦斯涌出，实现首采层工作面的安全回采，又可以降低卸压层的瓦斯压力和含量，变高瓦斯突出危险煤层为低瓦斯无突出危险煤层，实现卸压层煤和瓦斯资源的安全高效开采。
但是，大多数煤矿采用巷道法煤与瓦斯共采时，存在巷道布置方式单一问题，其仅仅服务于一至两个回采工作面，导致该巷道利用率偏低。尽管巷道法煤与瓦斯共采可以解决煤层开采时瓦斯治理问题，但也带来了采掘衔接困难、巷道维护成本高等问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种底抽巷一巷三用煤与瓦斯共采的方法，根据矿井地质条件和瓦斯赋存情况，在下邻近煤层布置巷道作为底抽巷，不但可以用作下邻近煤层回采顺槽，还可以具有探巷作用，用于掌握下邻近煤层地质条件；通过在底抽巷内布置顺层钻孔，可以预抽下邻近煤层瓦斯；通过在底抽巷内布置高位钻孔，可以截抽本煤层高位裂隙带瓦斯；通过在底抽巷内布置联络巷，可以抽采现采空区瓦斯；不但实现了底抽巷的一巷三用，而且达到了煤与瓦斯共采的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种底抽巷一巷三用煤与瓦斯共采的方法，包括如下步骤：
步骤一：根据近距离煤层群地质赋存条件，在本煤层工作面回风巷向上邻近煤层施工顶板钻孔，并向下邻近煤层施工底板钻孔，再分别探测上邻近煤层和下邻近煤层与本煤层的间距；同时，取煤样，并测试分析各煤岩层物理力学参数；
步骤二：根据获取的煤层间距和物理力学参数，确定底抽巷在下邻近煤层中的施工位置；
步骤三：①、当需要预抽下邻近煤层瓦斯时，根据下邻近煤层的煤层厚度和倾角，在底抽巷内施工顺层钻孔，然后封孔并接入高负压抽采系统，即可实现预抽下邻近煤层瓦斯的目的；②、当需要截抽高位裂隙带内瓦斯时，根据上覆煤岩体物理力学参数，在底抽巷内施工高位钻孔，并且高位钻孔的终孔位置落在本煤层的裂隙带内，然后封孔并接入高负压抽采系统，即可实现截抽高位裂隙带内瓦斯的目的；③、当需要抽采现采空区瓦斯时，根据本煤层与下邻近煤层的煤层间距以及根据底抽巷与本煤层工作面回风巷的空间位置关系，在底抽巷内向本煤层工作面回风巷施工联络巷，然后砌筑密闭墙，并将抽采管路插入密闭墙，最后将抽采管路接入高负压抽采系统，即可实现抽采现采空区瓦斯的目的。
在步骤一中，需要测试分析的各煤岩层物理力学参数包括岩性、抗压强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角及容重。
在步骤二中，确定底抽巷在下邻近煤层中的施工位置时，还需要数值模拟出底抽巷受采动力影响下巷道顶底板及两帮的位移量，使底抽巷避开采动应力集中区域。
在步骤三中，①、当需要预抽下邻近煤层瓦斯时，还需要根据煤层原始瓦斯含量、百米钻孔初始瓦斯流量、钻孔瓦斯流量衰减系数、钻孔抽采有效系数、抽采时间、钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率、钻孔实际有效长度、工作面长度、煤层平均厚度、钻孔抽采影响范围、煤的视密度，用以确定顺层钻孔的长度、数量及孔间距；②、当需要截抽高位裂隙带内瓦斯时，还需要利用经验公式计算裂隙带高度范围，用以确定高位钻孔的终孔位置；③、当需要抽采现采空区瓦斯时，还需要根据采空区瓦斯涌出量数据，用以确定联络巷的数量和间距，同时需要根据底抽巷与回风巷的空间位置，用以确定联络巷的尺寸参数。
本发明的有益效果：
本发明的底抽巷一巷三用煤与瓦斯共采的方法，根据矿井地质条件和瓦斯赋存情况，在下邻近煤层布置巷道作为底抽巷，不但可以用作下邻近煤层回采顺槽，还可以具有探巷作用，用于掌握下邻近煤层地质条件；通过在底抽巷内布置顺层钻孔，可以预抽下邻近煤层瓦斯；通过在底抽巷内布置高位钻孔，可以截抽本煤层高位裂隙带瓦斯；通过在底抽巷内布置联络巷，可以抽采现采空区瓦斯；不但实现了底抽巷的一巷三用，而且达到了煤与瓦斯共采的目的。
附图说明
图1为煤层群开采底抽巷与进风巷及回风巷的空间位置关系示意图；
图2为底抽巷布置顺层钻孔的平面示意图；
图3为底抽巷布置高位钻孔的剖面示意图；
图4为底抽巷布置联络巷且插管抽采现采空区瓦斯的剖面示意图；
图中，1—回风巷，2—底抽巷，3—联络巷，4—抽采管路，5—顺层钻孔，6—高位钻孔，7—采空区，8—下邻近煤层，9—进风巷。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种底抽巷一巷三用煤与瓦斯共采的方法，包括如下步骤：
步骤一：根据近距离煤层群地质赋存条件，在本煤层工作面回风巷1向上邻近煤层施工顶板钻孔，并向下邻近煤层施工底板钻孔，再分别探测上邻近煤层和下邻近煤层与本煤层的间距；同时，取煤样，并测试分析各煤岩层物理力学参数；其中，需要测试分析的各煤岩层物理力学参数包括岩性、抗压强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角及容重；再有，煤样岩芯需要送到有相关资质单位实验室，用以测试分析煤样岩芯的物理力学参数；
步骤二：根据获取的煤层间距和物理力学参数，确定底抽巷2在下邻近煤层中的施工位置，具体如图1所示；其中，确定底抽巷2在下邻近煤层中的施工位置时，先根据获取的煤层间距和物理力学参数建立数学模型，并设定模型边界条件，再利用数值模拟软件，用以确定底抽巷2受采动力影响下巷道顶底板及两帮的位移量，使底抽巷2避开采动应力集中区域；
步骤三：①、当需要预抽下邻近煤层瓦斯时，根据下邻近煤层的煤层厚度和倾角，如图2所示，在底抽巷2内施工顺层钻孔5，然后封孔并接入高负压抽采系统，即可实现预抽下邻近煤层瓦斯的目的；其中，当需要预抽下邻近煤层瓦斯时，还需要根据煤层原始瓦斯含量、百米钻孔初始瓦斯流量、钻孔瓦斯流量衰减系数、钻孔抽采有效系数、抽采时间、钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率、钻孔实际有效长度、工作面长度、煤层平均厚度、钻孔抽采影响范围(直径)、煤的视密度，用以确定顺层钻孔5的长度、数量及孔间距；本实施例中，顺层钻孔5的孔径为φ113mm，顺层钻孔5采用囊带式带压注浆封孔方式，封孔管为φ75mm的具有阻燃和抗静电特性的pvc管；封孔长度为8m，顺层钻孔5通过软管连接到抽采管路上；
②、当需要截抽高位裂隙带内瓦斯时，根据上覆煤岩体物理力学参数，如图3所示，在底抽巷2内施工高位钻孔6，并且高位钻孔6的终孔位置落在本煤层的裂隙带内，然后封孔并接入高负压抽采系统，即可实现截抽高位裂隙带内瓦斯的目的；其中，当需要截抽高位裂隙带内瓦斯时，还需要利用经验公式计算裂隙带高度范围，用以确定高位钻孔6的终孔位置；本实施例中，经验公式如表1所示；再有，需要根据上邻近煤层瓦斯涌出量数据，用以确定高位钻孔6的孔间距；另外，高位钻孔6的孔径和封孔工艺与顺层钻孔5相同；
③、当需要抽采现采空区7瓦斯时，根据本煤层与下邻近煤层的煤层间距以及根据底抽巷2与本煤层工作面回风巷1的空间位置关系，如图4所示，在底抽巷2内向本煤层工作面回风巷1施工联络巷3，然后砌筑密闭墙，并将抽采管路4插入密闭墙，最后将抽采管路4接入高负压抽采系统，即可实现抽采现采空区瓦斯的目的；其中，当需要抽采现采空区瓦斯时，还需要根据采空区瓦斯涌出量数据，用以确定联络巷3的数量和间距，同时需要根据底抽巷2与回风巷1的空间位置，用以确定联络巷3的尺寸参数；本实施例中，为了便于施工和安装抽采管路，联络巷3的倾角宜小于20°，根据回风巷1与底抽巷2的投影间距，确定联络巷3的长度；为了工作面保护煤柱宽度，联络巷3的间距具体设为30mm；再有，密闭墙两端采用料石或普通建筑用砖砌筑而成，分为里外围墙且厚度不小于0.3m，而密闭墙总厚度为2.5m；为保证密闭性，将巷道四周墙壁挖出深约0.4m的槽沟，然后将料石镶嵌到槽沟中，并且中间留出不小于1.9m的空间用黄土充填夯实，最后将瓦斯抽采管放在密闭墙的上部，在瓦斯抽采管的外管口安装阀门，未抽采前阀门关闭，以免向外泄漏瓦斯；另外，在靠近煤层顶部的位置还设置有用于检验煤矿密闭性的插管，使插管尽量处于瓦斯浓度较高的地点，插管的外端管口位于联络巷3的中间位置，且管口用2cm×2cm的铁丝网包裹。
表1导水裂隙带最大高度的经验公式
注：①、此表引自煤炭工业部制定的“矿井水文地质规程”(试行)。
②、表中，m为累计采厚，n为煤分层层数，h为冒落带最大高度，hf为导水裂隙带最大高度。
③、对于缓倾斜煤层和倾斜煤层来说，冒落带最大高度和导水裂隙带最大高度，系指从煤层顶面算起的法向高度；对于急倾斜煤层来说，冒落带最大高度和导水裂隙带最大高度，系指从开采上限算起的垂向高度。
④、岩石抗压强度为饱和单轴极限强度。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
1.一种底抽巷一巷三用煤与瓦斯共采的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：根据近距离煤层群地质赋存条件，在本煤层工作面回风巷向上邻近煤层施工顶板钻孔，并向下邻近煤层施工底板钻孔，再分别探测上邻近煤层和下邻近煤层与本煤层的间距；同时，取煤样，并测试分析各煤岩层物理力学参数；
步骤二：根据获取的煤层间距和物理力学参数，确定底抽巷在下邻近煤层中的施工位置；
步骤三：①、当需要预抽下邻近煤层瓦斯时，根据下邻近煤层的煤层厚度和倾角，在底抽巷内施工顺层钻孔，然后封孔并接入高负压抽采系统，即可实现预抽下邻近煤层瓦斯的目的；②、当需要截抽高位裂隙带内瓦斯时，根据上覆煤岩体物理力学参数，在底抽巷内施工高位钻孔，并且高位钻孔的终孔位置落在本煤层的裂隙带内，然后封孔并接入高负压抽采系统，即可实现截抽高位裂隙带内瓦斯的目的；③、当需要抽采现采空区瓦斯时，根据本煤层与下邻近煤层的煤层间距以及根据底抽巷与本煤层工作面回风巷的空间位置关系，在底抽巷内向本煤层工作面回风巷施工联络巷，然后砌筑密闭墙，并将抽采管路插入密闭墙，最后将抽采管路接入高负压抽采系统，即可实现抽采现采空区瓦斯的目的。
2.根据权利要求1所述的一种底抽巷一巷三用煤与瓦斯共采的方法，其特征在于：在步骤一中，需要测试分析的各煤岩层物理力学参数包括岩性、抗压强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角及容重。
3.根据权利要求1所述的一种底抽巷一巷三用煤与瓦斯共采的方法，其特征在于：在步骤二中，确定底抽巷在下邻近煤层中的施工位置时，还需要数值模拟出底抽巷受采动力影响下巷道顶底板及两帮的位移量，使底抽巷避开采动应力集中区域。
4.根据权利要求1所述的一种底抽巷一巷三用煤与瓦斯共采的方法，其特征在于：在步骤三中，①、当需要预抽下邻近煤层瓦斯时，还需要根据煤层原始瓦斯含量、百米钻孔初始瓦斯流量、钻孔瓦斯流量衰减系数、钻孔抽采有效系数、抽采时间、钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率、钻孔实际有效长度、工作面长度、煤层平均厚度、钻孔抽采影响范围、煤的视密度，用以确定顺层钻孔的长度、数量及孔间距；②、当需要截抽高位裂隙带内瓦斯时，还需要利用经验公式计算裂隙带高度范围，用以确定高位钻孔的终孔位置；③、当需要抽采现采空区瓦斯时，还需要根据采空区瓦斯涌出量数据，用以确定联络巷的数量和间距，同时需要根据底抽巷与回风巷的空间位置，用以确定联络巷的尺寸参数。
技术总结