[發明專利]近距離薄煤層群上保護層開采鄰近層卸壓瓦斯抽采方法

在審

• 申請號: 202111049616.4
• 申請日: 2021-09-08
• 公開（公告）號: CN113586133A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 胡杰;呂貴春;馮康武;孫臣;張睿;劉志偉;鄧華易;蔣昱行;肖喬;韓恩光;李思乾
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21F17/18;E21F17/00;G06T17/05
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明屬于煤層瓦斯抽采技術領域。涉及一種近距離薄煤層群上保護層開采鄰近層卸壓瓦斯抽采方法，根據煤巖體破碎前的應力、裂隙、滲透率之間的關系，建立卸壓瓦斯三維滲流模型，并根據煤體滲透率的大小，利用卸壓瓦斯三維滲流模型將被保護層下的煤層劃分為近場、遠場及其它區域，針對不同區域采用不同的瓦斯抽采方式，以減少煤層中瓦斯涌出到上保護層工作面。本發明對近場內的煤層采用大直徑順層定向鉆孔全覆蓋抽采卸壓瓦斯，遠場內的煤層采用穿層鉆孔層間卸壓抽采卸壓瓦斯，其它區域的煤層不進行瓦斯抽采；實現了近距離薄煤層群上保護層開采過程中鄰近層瓦斯有效抽采與截流，有效控制上保護層開采過程中工作面瓦斯涌出，實現安全回采。

技術領域

本發明屬于煤層瓦斯抽采技術領域，涉及一種近距離薄煤層群上保護層開采鄰近層卸壓瓦斯抽采方法。

背景技術

保護層開采結合被保護層卸壓瓦斯抽采已成為我國煤礦優先推廣的一種區域瓦斯治災技術，但對于近距離嚴重突出煤層群開采，首采層開采過程中面臨抽采達標時間長、鄰近層瓦斯涌出量大、采掘接替緊張等難題。采用上保護層開采的近距離薄煤層群而言，由于近距離被保護層卸壓充分，卸壓瓦斯沿著煤巖體中的裂隙向保護層工作面空間內運移流動，同時由于首采薄煤層通風空間小、通風能力有限，極易導致保護層工作面瓦斯超限，并形成重大的安全隱患；另外，卸壓效果隨著距離的增大而逐漸變差，較遠距離的煤層卸壓瓦斯對工作面瓦斯涌出影響如何尚不清楚。因此，更具針對性的治理鄰近煤層群卸壓瓦斯是在薄煤層群保護層開采過程中亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于降低煤層卸壓瓦斯對工作面瓦斯涌出的影響，提出一種近距離薄煤層群上保護層開采鄰近層卸壓瓦斯抽采方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

近距離薄煤層群上保護層開采鄰近層卸壓瓦斯抽采方法，根據煤巖體破碎前的應力、裂隙、滲透率之間的關系，建立卸壓瓦斯三維滲流模型，并根據煤體滲透率的大小，利用卸壓瓦斯三維滲流模型將被保護層下的煤層進行區域劃分，針對不同區域采用不同的瓦斯抽采方式，以減少煤層中瓦斯涌出到上保護層工作面。

進一步，將監測或計算得到的煤巖體參數賦值到卸壓瓦斯三維滲流模型中，建立采場煤體滲透率分布的模型圖，并根據模型圖中煤體滲透率值分布情況，沿煤層埋深方向上劃分出三維增滲區、水平增滲區及原始滲透區的范圍；

三維增滲區為被保護層滲流區段的近場，水平增滲區為被保護層滲流區段的遠場，并根據被保護層的層位及埋深位置關系，確定出近場和遠場內的煤層；

對原始滲透區的煤層不進行瓦斯抽采，近場內的煤層采用大直徑順層定向鉆孔全覆蓋抽采卸壓瓦斯；遠場內的煤層采用穿層鉆孔層間卸壓抽采卸壓瓦斯。

進一步，卸壓瓦斯三維滲流模型建立過程如下：

裂隙的閉合或擴展受到正向應力影響，其裂隙承壓閉合尺寸與正向應力的關系為：

其中，σ為正向應力；k₀為裂隙初始剛度；δ為裂隙閉合尺寸；δ_m為裂隙破壞前的極限寬度；

定義b為裂隙寬度，則b＝δ_m-δ，根據單個裂隙滲透率k與其裂隙寬度的平方成正比，即將σ代入得：

其中，σ₀＝k₀δ_m，為初始正應力；

由于為常數，定義一個無量綱滲透率得出：