本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道構建及瓦斯導流抽采方法，尤其適用于煤層上方直覆堅硬頂板條件下頂板內(nèi)部網(wǎng)絡化裂隙通道的主動構建和瓦斯導流治理。

背景技術：

我國地下煤層賦存條件復雜，煤層頂?shù)装遒x存條件影響著采場應力的分布和煤巖層裂隙的演化，從而影響著采動瓦斯的運移規(guī)律和流動去向。當存在直覆厚層堅硬頂板條件時，由于頂板堅硬致密裂隙產(chǎn)生和演化困難，僅憑采動應力作用難以迅速在頂板內(nèi)形成裂隙通道，加之堅硬頂板強度較大不易破斷，采空區(qū)易形成大面積懸頂，堅硬頂板內(nèi)部的裂隙通道和離層空間難以通過采動效應自主快速構建形成，瓦斯難以沿頂板裂隙通道運移富集，采空區(qū)積聚大量瓦斯，造成瓦斯超限，同時大面積懸頂?shù)耐蝗豢迓?，使得采空區(qū)積聚的瓦斯擠壓涌入工作面，工作面生產(chǎn)安全面臨較大威脅，瓦斯治理困難；如何在直覆厚層堅硬頂板條件下煤層上方頂板內(nèi)部構建瓦斯運移通道，實現(xiàn)瓦斯的高效導流治理，成為煤層安全高效開采亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

技術問題：本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術中的不足之處，提供一種簡單主動、科學高效，能有效解決厚層堅硬頂板內(nèi)部裂隙產(chǎn)生困難、瓦斯積聚在采空區(qū)難以沿優(yōu)勢運移通道流動匯集、瓦斯難導流等問題的網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道構建及瓦斯導流抽采方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道構建及瓦斯導流抽采方法，采用深孔預裂爆破的方法施工裂隙發(fā)生孔、裂隙導向發(fā)展孔、側向破斷孔和裂隙連通孔的人工導向裂隙鉆孔，包括如下步驟：

a.根據(jù)煤層和頂板賦存情況確定工作面的應力分布特征曲線，確定超前應力變化區(qū)的長度l；

b.在主進風巷和留巷側進風巷內(nèi)相對位置，分別在距離工作面前方超前應力變化區(qū)的長度l位置處，沿迎向工作面方向的煤層上方堅硬頂板內(nèi)施工一個裂隙發(fā)生孔，對裂隙發(fā)生孔進行深孔預裂爆破，使堅硬頂板內(nèi)部的裂隙發(fā)生孔周圍爆破誘導形成大量裂隙，削弱堅硬頂板與堅硬頂板上覆巖層的聯(lián)系，誘導和加速離層裂隙的產(chǎn)生；

c.在裂隙發(fā)生孔施工位置處，沿迎向工作面方向的煤層上方堅硬頂板內(nèi)施工一個裂隙導向發(fā)展孔，對裂隙導向發(fā)展孔進行深孔預裂爆破后，在裂隙導向發(fā)展孔周圍形成大量裂隙，與裂隙發(fā)生孔形成的裂隙相互連通，導向裂隙的演化和發(fā)展；

d.在裂隙發(fā)生孔施工位置處，沿迎向工作面方向的煤層上方堅硬頂板內(nèi)施工一個側向破斷孔，弱化堅硬頂板的側向區(qū)域，控制堅硬頂板的側向破斷位置；

e.在裂隙發(fā)生孔施工位置處，沿背向工作面方向的煤層上方堅硬頂板內(nèi)施工一個裂隙連通孔，對裂隙連通孔進行深孔預裂爆破，使裂隙連通孔與裂隙發(fā)生孔、裂隙導向發(fā)展孔、側向破斷孔形成的裂隙相互連通，最終在堅硬頂板內(nèi)部超前應力變化區(qū)的長度l位置處形成了具有特定方向和形態(tài)特點的一組人工導向裂隙；

f.按常規(guī)對工作面進行回采，在回采過程中，采動應力升高達到應力峰值點，采動應力誘導煤層和堅硬頂板產(chǎn)生裂隙，煤層內(nèi)部瓦斯開始發(fā)生解吸擴散，堅硬頂板內(nèi)部已形成的一組人工導向裂隙周圍產(chǎn)生大量新生裂隙，并和采動形成的裂隙相互連通發(fā)展；

g.工作面每向前推進1/2超前應力變化區(qū)的長度l時，重復步驟b-e，施工一組人工導向裂隙孔；

h.隨著工作面的推進，采動應力從應力峰值點開始下降，圍壓的降低使得堅硬頂板內(nèi)裂隙大量發(fā)育，裂隙連通孔開始發(fā)揮組間裂隙連通作用，相鄰的人工導向裂隙開始相互耦合連通起來，在堅硬頂板內(nèi)部形成網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道，同時堅硬頂板內(nèi)部裂隙發(fā)育導致其剛度和承載性降低，堅硬頂板開始發(fā)生下沉，離層裂隙開始形成，煤體內(nèi)解吸的瓦斯開始沿網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道向上運移流動，向離層裂隙內(nèi)匯聚；

i.隨著工作面的繼續(xù)推進，在工作面的后方，堅硬頂板內(nèi)部裂隙進一步發(fā)展，網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道逐級發(fā)育成熟，同時頂板離層裂隙進一步發(fā)展，瓦斯逐漸沿網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道向頂板離層裂隙內(nèi)富集；

堅硬頂板內(nèi)部網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道的形成使得堅硬頂板的整體強度和剛度發(fā)生下降，堅硬頂板冒落破斷時間和距離縮短，在工作面后方發(fā)生破斷，在采空區(qū)上部形成破斷離層裂隙區(qū)，采空區(qū)瓦斯向上運移在破斷離層裂隙區(qū)內(nèi)形成富集；

j.根據(jù)已施工的裂隙發(fā)生孔和裂隙導向發(fā)展孔的方位和頂板的賦存特征，確定采空區(qū)上部頂板破斷離層裂隙區(qū)的位置和留巷內(nèi)瓦斯導流抽采鉆孔的方位；

k.在工作面后方的留巷內(nèi)向采空區(qū)上部破斷離層裂隙區(qū)施工瓦斯導流抽采鉆孔，對破斷離層裂隙區(qū)內(nèi)的瓦斯進行集中導流抽采。

所述裂隙發(fā)生孔的終孔高度在堅硬頂板上方2～3m處。

所述在主進風巷和留巷側進風巷內(nèi)相對施工的兩個裂隙導向發(fā)展孔的末端距離a不超過20m，兩個裂隙發(fā)生孔的末端距離b不超過工作面長度的1/3。

所述留巷內(nèi)施工的瓦斯導流抽采鉆孔為多個。

所述留巷內(nèi)施工的瓦斯導流抽采鉆孔的仰角α大于裂隙發(fā)生孔的仰角。

有益效果：本發(fā)明針對堅硬頂板條件下頂板瓦斯運移通道形成困難，瓦斯難以實現(xiàn)優(yōu)勢匯聚集中抽采等問題，在工作面超前應力變化區(qū)前主動向堅硬頂板內(nèi)施工人工導向裂隙鉆孔，在煤體內(nèi)部產(chǎn)生人工導向裂隙網(wǎng)絡，借助采動應力變化，進一步形成網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道，瓦斯沿頂板內(nèi)的網(wǎng)絡化優(yōu)勢運移通道向上流動，解決了堅硬頂板裂隙產(chǎn)生困難，導致高濃度瓦斯長時間在采空區(qū)積聚的問題；同時人工導向裂隙鉆孔在堅硬頂板內(nèi)部誘導形成網(wǎng)絡化裂隙，使堅硬頂板強度和剛度降低，縮短了頂板破斷周期，加快了采空區(qū)破斷離層裂隙區(qū)的形成，采空區(qū)瓦斯沿頂板網(wǎng)絡化裂隙通道向破斷離層裂隙區(qū)富集，為頂板瓦斯抽采鉆空的施工方位提供了參考，從而為采場瓦斯集中導流治理創(chuàng)造了良好的條件。通過超前主動施工人工導向裂隙鉆孔，在堅硬頂板內(nèi)部主動構建形成網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道，加快了頂板破斷，使得瓦斯能夠及時沿優(yōu)勢通道向頂板破斷離層裂隙區(qū)運移富集，有利于煤層采場瓦斯的集中導流治理。有效解決了堅硬頂板帶來的一系列瓦斯問題，實現(xiàn)了對采場瓦斯的主動導向流動和科學控制治理，其方法簡單，操作方便，效果好，在本技術領域內(nèi)具廣泛的實用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道構建方法的示意圖；

圖2是本發(fā)明的人工導向裂隙鉆孔和瓦斯導流抽采鉆孔平面布置示意圖；

圖3是本發(fā)明的采空區(qū)位置a-a’方向瓦斯導流抽采鉆孔布置剖面示意圖。

圖中：1-留巷側進風巷，2-主進風巷，3-側向破斷孔，4-裂隙導向發(fā)展孔，5-裂隙發(fā)生孔，6-裂隙連通孔，7-工作面，8-煤層，9-采空區(qū)，10-留巷，11-瓦斯抽采鉆孔，12-瓦斯管路，13-頂板，14-堅硬頂板，15-人工導向裂隙，16-瓦斯，17-優(yōu)勢瓦斯運移通道，18-離層裂隙，19-破斷離層裂隙區(qū)，20-堅硬頂板上覆巖層，21-應力分布特征曲線，22-堅硬頂板破斷方向，23-液壓支架，24-充填墻體。

具體實施方式

下面結合附圖中的實施例對本發(fā)明作進一步的描述：

本發(fā)明的網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道構建及瓦斯導流抽采方法，采用深孔預裂爆破的方法施工裂隙發(fā)生孔4、裂隙導向發(fā)展孔5、側向破斷孔3和裂隙連通孔6的人工導向裂隙鉆孔，具體步驟如下：

a.根據(jù)煤層8和頂板13賦存情況確定工作面的應力分布特征曲線21，確定超前應力變化區(qū)的長度l；

b.在主進風巷2和留巷側進風巷1內(nèi)相對位置，分別在距離工作面7前方超前應力變化區(qū)的長度l位置處，沿迎向工作面7方向的煤層8上方堅硬頂板14內(nèi)施工一個裂隙發(fā)生孔4，裂隙發(fā)生孔4的終孔高度在堅硬頂板14上方2～3m處。對裂隙發(fā)生孔4進行深孔預裂爆破，使堅硬頂板14內(nèi)部的裂隙發(fā)生孔4周圍爆破誘導形成大量裂隙，削弱堅硬頂板14與堅硬頂板上覆巖層20的聯(lián)系，誘導和加速離層裂隙18的產(chǎn)生；所述在主進風巷2和留巷側進風巷1內(nèi)相對施工的兩個裂隙導向發(fā)展孔5的末端距離a不超過20m，兩個裂隙發(fā)生孔4的末端距離b不超過工作面7長度的1/3；

c.在裂隙發(fā)生孔4施工位置處，沿迎向工作面7方向的煤層8上方堅硬頂板14內(nèi)施工一個裂隙導向發(fā)展孔5，對裂隙導向發(fā)展孔5進行深孔預裂爆破后，在裂隙導向發(fā)展孔5周圍形成大量裂隙，與裂隙發(fā)生孔4形成的裂隙相互連通，導向裂隙的演化和發(fā)展；

d.在裂隙發(fā)生孔4施工位置處，沿迎向工作面7方向的煤層8上方堅硬頂板14內(nèi)施工一個側向破斷孔3，弱化堅硬頂板14的側向區(qū)域，控制堅硬頂板14的側向破斷位置；

e.在裂隙發(fā)生孔4施工位置處，沿背向工作面7方向的煤層8上方堅硬頂板14內(nèi)施工一個裂隙連通孔6，對裂隙連通孔6進行深孔預裂爆破，使裂隙連通孔6與裂隙發(fā)生孔4、裂隙導向發(fā)展孔5、側向破斷孔3形成的裂隙相互連通，最終在堅硬頂板14內(nèi)部超前應力變化區(qū)的長度l位置處形成了具有特定方向和形態(tài)特點的一組人工導向裂隙15；

f.按常規(guī)對工作面7進行回采，在回采過程中，采動應力升高達到應力峰值點，采動應力誘導煤層8和堅硬頂板14產(chǎn)生裂隙，煤層8內(nèi)部瓦斯16開始發(fā)生解吸擴散，堅硬頂板14內(nèi)部已形成的一組人工導向裂隙15周圍產(chǎn)生大量新生裂隙，并和采動形成的裂隙相互連通發(fā)展；

g.工作面每向前推進1/2超前應力變化區(qū)的長度l時，重復步驟b-e，施工一組人工導向裂隙孔；

h.隨著工作面的推進，采動應力從應力峰值點開始下降，圍壓的降低使得堅硬頂板14內(nèi)裂隙大量發(fā)育，裂隙連通孔6開始發(fā)揮組間裂隙連通作用，相鄰的人工導向裂隙15開始相互耦合連通起來，在堅硬頂板14內(nèi)部形成網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道17，同時堅硬頂板14內(nèi)部裂隙發(fā)育導致其剛度和承載性降低，堅硬頂板14開始發(fā)生下沉，離層裂隙18開始形成，煤體8內(nèi)解吸的瓦斯16開始沿網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道17向上運移流動，向離層裂隙18內(nèi)匯聚；

i.隨著工作面7的繼續(xù)推進，在工作面7的后方，堅硬頂板14內(nèi)部裂隙進一步發(fā)展，網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道17逐級發(fā)育成熟，同時頂板離層裂隙18進一步發(fā)展，瓦斯16逐漸沿網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道17向頂板離層裂隙18內(nèi)富集；

堅硬頂板14內(nèi)部網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道17的形成使得堅硬頂板14的整體強度和剛度發(fā)生下降，堅硬頂板14冒落破斷時間和距離縮短，在工作面7后方發(fā)生破斷，在采空區(qū)9上部形成破斷離層裂隙區(qū)19，采空區(qū)9瓦斯16向上運移在破斷離層裂隙區(qū)19內(nèi)形成富集；

j.根據(jù)已施工的裂隙發(fā)生孔4和裂隙導向發(fā)展孔5的方位和頂板13的賦存特征，確定采空區(qū)9上部頂板破斷離層裂隙區(qū)19的位置和留巷10內(nèi)瓦斯導流抽采鉆孔11的方位；所述留巷10內(nèi)施工的瓦斯導流抽采鉆孔11為多個。所述留巷10內(nèi)施工的瓦斯導流抽采鉆孔11的仰角α大于裂隙發(fā)生孔4的仰角；

k.在工作面7后方的留巷10內(nèi)向采空區(qū)9上部破斷離層裂隙區(qū)19施工瓦斯導流抽采鉆孔11，對破斷離層裂隙區(qū)19內(nèi)的瓦斯16進行集中導流抽采。

實施例1、某煤層頂板直覆厚層堅硬頂板14，堅硬頂板厚度為17m，工作面長度為150m，網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道構建及瓦斯導流抽采方法：

如圖1所示，首先，根據(jù)煤層8和頂板13賦存情況分析工作面前方應力分布特征，由于堅硬頂板的存在使得超前應力變化區(qū)長度增加，從工作面的超前應力分布特征曲線21確定超前應力變化區(qū)的長度為50m，即為人工導向裂隙鉆孔的超前施工距離。如圖2所示，工作面7的主進風巷2和留巷側進風巷1超前工作面50m位置處，迎向工作面7方向，向煤層8上方堅硬頂板14內(nèi)施工裂隙發(fā)生孔4，裂隙發(fā)生孔4末端高度在堅硬頂板14上方2～3m處，確定其高度為20m。對裂隙發(fā)生孔4進行深孔預裂爆破，在堅硬頂板14內(nèi)部爆破誘導形成具有一定方向的裂隙，同時削弱堅硬頂板14與堅硬頂板上覆巖層20的聯(lián)系，誘導和加速離層裂隙18的產(chǎn)生。迎向工作面7向煤層8上方堅硬頂板14內(nèi)施工裂隙導向發(fā)展孔5，對裂隙導向發(fā)展孔5進行深孔預裂爆破后，在裂隙導向發(fā)展孔5周圍形成裂隙，與裂隙發(fā)生孔4形成的裂隙相互連通，導向裂隙的演化和發(fā)展。為保證人工導向裂隙鉆孔對堅硬頂板14處理效果和范圍，確定工作面7的主進風巷2和留巷側進風巷1內(nèi)裂隙導向發(fā)展孔5末端距離20m，裂隙發(fā)生孔4末端距離不超過工作面長度的1/3，距離為50m。迎向工作面7向煤層8上方堅硬頂板14內(nèi)施工側向破斷孔3，弱化堅硬頂板14的側向區(qū)域，控制堅硬頂板14側向破斷位置。背向工作面7向煤層8上方堅硬頂板14內(nèi)施工裂隙連通孔6，對裂隙連通孔6進行深孔預裂爆破，裂隙連通孔6與裂隙發(fā)生孔4、裂隙導向發(fā)展孔5、側向破斷孔3形成的裂隙相互連通，最終在堅硬頂板14內(nèi)部超前工作面50位置形成了具有特定方向和形態(tài)特點的人工導向裂隙15。隨著工作面7向前推進，采動應力先升高達到應力峰值點，此過程中采動應力誘導煤層8和堅硬頂板14產(chǎn)生裂隙，煤層8內(nèi)部瓦斯16開始發(fā)生解吸擴散，堅硬頂板14內(nèi)部已形成的人工導向裂隙15周圍產(chǎn)生大量新生裂隙，并和采動形成的裂隙相互連通發(fā)展。采動應力達到應力峰值點后發(fā)生下降，圍壓的降低使得堅硬頂板14內(nèi)裂隙大量發(fā)育，裂隙連通孔6開始發(fā)揮組間裂隙連通作用，相鄰的人工導向裂隙15開始相互耦合連通起來，在堅硬頂板14內(nèi)部形成網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道17，同時堅硬頂板14內(nèi)部裂隙發(fā)育導致其剛度和承載性降低，堅硬頂板14開始發(fā)生下沉，離層裂隙18開始形成，煤體8內(nèi)解吸的瓦斯16開始沿網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道17向上運移流動，向離層裂隙18內(nèi)匯聚。隨著工作面7的繼續(xù)推進，在工作面7后方，堅硬頂板14內(nèi)部裂隙進一步發(fā)展，網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道17逐級發(fā)育成熟，同時頂板離層裂隙18進一步發(fā)展，瓦斯16逐漸沿網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道17向頂板離層裂隙18內(nèi)富集。堅硬頂板14內(nèi)部網(wǎng)絡化優(yōu)勢瓦斯運移通道17的形成使得堅硬頂板14的整體強度和剛度發(fā)生下降，堅硬頂板14冒落破斷時間和距離縮短，在工作面7后方一定距離發(fā)生破斷，在采空區(qū)9上部形成破斷離層裂隙區(qū)19，采空區(qū)9瓦斯16向上運移在破斷離層裂隙區(qū)19內(nèi)形成富集。根據(jù)已施工人工導向裂隙鉆孔的方位和頂板13賦存特征，確定采空區(qū)9上部頂板破斷離層裂隙區(qū)19的位置和留巷10瓦斯導流鉆孔11的方位，要求留巷10內(nèi)施工的瓦斯導流抽采鉆孔11的仰角α大于裂隙發(fā)生孔4的仰角，根據(jù)裂隙發(fā)生孔4的高度和寬度求得裂隙發(fā)生孔4的仰角為22°，根據(jù)巖層破斷特征，確定瓦斯導流抽采鉆孔11的仰角α為25～30°，如圖3所示，在工作面7后方留巷10內(nèi)向采空區(qū)9上部破斷離層裂隙區(qū)19，施工瓦斯導流抽采鉆孔11，對破斷離層裂隙區(qū)19內(nèi)的瓦斯16進行集中導流抽采治理。