本發(fā)明涉及煤礦卸壓消突技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種往復(fù)式線切割微解放層的煤礦消突方法與煤層氣開采系統(tǒng)及方法，尤其適用于厚度較大的單一煤儲層的瓦斯治理。

背景技術(shù)：

作為我國能源發(fā)展戰(zhàn)略之一，煤層氣已被列入接替煤炭和天然氣資源、推動能源生產(chǎn)和消費(fèi)改革的重要載體。而煤層氣是在煤化作用過程中生成，以吸附形式儲存于煤層中，當(dāng)煤儲層中的煤層氣受到巷道掘進(jìn)或煤礦開采作業(yè)的影響時，可在極短的時間內(nèi)從巷道掘進(jìn)工作面或回采工作面突然沖出而引起設(shè)備或人員損傷事故，同時煤儲層中廣泛發(fā)育垂向、成組型裂縫，但裂縫的連通性較差，極大地增加了煤層氣開采難度。此外，我國大部分礦區(qū)構(gòu)造煤比較發(fā)育，其區(qū)域的煤層具有煤質(zhì)松軟、煤層透氣性差、高瓦斯含量等特征，單一較厚煤儲層的瓦斯治理和煤層氣開采成為公認(rèn)的世界性難題。目前我國瓦斯治理和煤層氣開采針對不同煤儲層形成了不同的開采技術(shù)。對于原生結(jié)構(gòu)煤，滲透率較高時，主要采用地面抽采方式；而針對多煤層，多采用開采保護(hù)層卸壓后井下抽采的方式；對于煤層厚度較小的單一構(gòu)造煤，常采用井下壓裂后抽采或者井下鉆孔直接抽采等方式；對于煤層厚度較大的單一“三軟”煤層，多采用底抽巷沖孔卸壓后抽采。

總之，當(dāng)前瓦斯治理與煤層氣開采技術(shù)主要包括以下兩種手段：一是降低儲層壓力，致使瓦斯解吸，在壓差的作用下滲流產(chǎn)出，如地面鉆井排水降壓采氣工藝和井下鉆孔負(fù)壓抽放瓦斯技術(shù)，但傳統(tǒng)從地面抽采瓦斯的直井和水平井在煤層煤質(zhì)松軟、低滲和高瓦斯的區(qū)域不能有效大面積卸壓增透；另一個是通過擾動原始承壓煤層，制造應(yīng)力釋放空間，使煤中孔裂隙大規(guī)模增加，降低吸附瓦斯承壓，擴(kuò)大瓦斯?jié)B流產(chǎn)出通道，促進(jìn)瓦斯快速解吸，如保護(hù)層開采技術(shù)和水力疏松等層內(nèi)卸壓防突措施。保護(hù)層開采技術(shù)是最有效的區(qū)域防突技術(shù)之一，但其受地質(zhì)條件的限制，一般應(yīng)用于煤層群開采的礦井，而對單一煤層和層間距較大的煤層不適合。對單一煤層和層間距較大的煤層，在本煤層中進(jìn)行的水力疏松雖是一種層內(nèi)卸壓增透的防突措施，在低滲透煤體中起到了一定效果，但在執(zhí)行過程中，往往存在著瓦斯超限頻繁、易造成人為誘導(dǎo)突出等問題，不能進(jìn)行區(qū)域性卸壓；在圍巖中掘進(jìn)巷道，通過穿層鉆孔水力沖刷煤粉進(jìn)行的泄壓消突，消突效果比較良好，但存在工程量浩大，成本高，工期長的問題。

特別針對厚度較大的單一構(gòu)造煤儲層，目前的煤儲層卸壓消突技術(shù)和煤層氣開采技術(shù)均未取得良好的效果，同時隨著煤層埋藏深度的增加，針對瓦斯治理和煤層氣開采的技術(shù)難度越來越大，煤層氣開采企業(yè)的噸煤治理成本持續(xù)增加，亟需尋找低成本、可規(guī)?；⒆詣踊耐咚怪卫砼c煤層氣開采方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種往復(fù)式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開采系統(tǒng)及方法，通過線性切割齒條在煤儲層中切割微解放層，達(dá)到煤儲層卸壓消突以解決煤礦瓦斯突出的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種往復(fù)式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開采系統(tǒng)，包括兩套動力調(diào)速驅(qū)動裝置、齒軌、動力裝置、往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)和線性切割齒條，兩套動力調(diào)速驅(qū)動裝置分別通過齒輪與安裝于上順槽與下順槽中的齒軌嚙合，往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)由動力裝置驅(qū)動且固定于上順槽中的動力調(diào)速驅(qū)動裝置頂部，線性切割齒條的一端與往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)連接，另一端與下順槽中的動力調(diào)速驅(qū)動裝置連接。

作為優(yōu)選的，兩套動力調(diào)速驅(qū)動裝置均安裝有同步驅(qū)動裝置，保證動力調(diào)速驅(qū)動裝置在運(yùn)動過程中始終同步。

作為優(yōu)選的，線性切割齒條一側(cè)具有鋸齒狀的切割齒。

所述的一種往復(fù)式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開采方法，主要包括以下步驟：

步驟1：從煤礦主巷道沿煤儲層縱向方向在其左右兩側(cè)施工上順槽和下順槽，上順槽和下順槽的末端施工切眼將兩者連通，并在上順槽和下順槽中鋪設(shè)齒軌和安裝煤炭輸送裝置；

步驟2：上順槽、下順槽和主巷道之間分別設(shè)置安裝防突風(fēng)門，上順槽與下順槽靠近防突風(fēng)門合適位置處施工鉆孔并加注固化物以增強(qiáng)內(nèi)壁強(qiáng)度，同時在上順槽與下順槽中布置若干瓦斯傳感器，瓦斯傳感器與安裝于主巷道中的瓦斯抽放系統(tǒng)連接，瓦斯抽放系統(tǒng)通過抽放管路分別與上順槽和下順槽連通；

步驟3：將兩套動力調(diào)速驅(qū)動裝置分別安裝于上順槽和下順槽的齒軌中且靠近切眼處，將線性切割齒條兩端分別與往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)和下順槽中的動力調(diào)速驅(qū)動裝置連接；

步驟4：上順槽和下順槽中的動力調(diào)速驅(qū)動裝置沿齒軌同步緩慢移動，由動力裝置驅(qū)動往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)并帶動線性切割齒條往復(fù)運(yùn)動，從而在煤儲層中切割微解放層，同時由切割作業(yè)產(chǎn)生的煤粉通過煤炭輸送裝置輸送至指定地點(diǎn)，通過瓦斯傳感器隨時監(jiān)測上順槽和下順槽中瓦斯含量，由瓦斯抽放系統(tǒng)收集由煤儲層中逸出的瓦斯氣體，直至完成一個微解放層的切割作業(yè)；

步驟5：根據(jù)煤儲層厚度和煤體屬性等特征確定煤儲層中需切割微解放層的數(shù)量，重復(fù)步驟3～4，直至煤儲層中所有微解放層的切割作業(yè)完成為止。

作為優(yōu)選的，動力調(diào)速驅(qū)動裝置的移動速度由煤體屬性和煤層氣含量決定，由動力調(diào)速驅(qū)動裝置控制移動速度，盡可能降低煤儲層中煤層氣含量和壓力。

作為優(yōu)選的，相鄰兩個微解放層之間的距離由煤儲層的煤體屬性決定，最大限度地減少煤層氣卸壓消突盲區(qū)。

本發(fā)明的有益效果如下：

與以往煤儲層卸壓消突和煤層氣開采方法對比，采用此系統(tǒng)及方法具有以下特征與優(yōu)勢：

（1）使用該煤儲層卸壓消突和煤層氣開采方法，通過線性切割齒條切割微解放層的方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、組裝方便、操作便捷，并且能夠適應(yīng)大部分煤儲層工作面的切割要求，具有廣泛的應(yīng)用價值；

（2）使用該煤儲層卸壓消突和煤層氣開采方法，采用切割微解放層的方式防止煤礦井下開采過程中瓦斯突出的危險，作業(yè)周期短、工作量小，并且解決了與以往防突方法的所存在的問題，大大降低了施工成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種往復(fù)式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開采方法的整體布局示意圖；

圖2為本發(fā)明的往復(fù)式線切割微解放層的系統(tǒng)示意圖；

圖中標(biāo)記為：1：煤儲層；2：上順槽；3：齒軌；4：動力調(diào)速驅(qū)動裝置；5：切眼；6：線性切割齒條； 7：下順槽；8：防突風(fēng)門；9：主巷道；10：瓦斯抽放系統(tǒng)；11：動力裝置；12：往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)；13：齒輪。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖1和附圖2，對本發(fā)明的一個實(shí)施例作進(jìn)一步描述：

所述的一種往復(fù)式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開采系統(tǒng)，包括兩套動力調(diào)速驅(qū)動裝置4、齒軌3、動力裝置11、往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)12和線性切割齒條6，其中兩套動力調(diào)速驅(qū)動裝置4分別通過齒輪13與安裝于上順槽2與下順槽7中的齒軌3嚙合，往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)12由動力裝置11驅(qū)動且固定于上順槽2中的動力調(diào)速驅(qū)動裝置4頂部，線性切割齒條6的一端與往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)12連接，另一端與下順槽7中的動力調(diào)速驅(qū)動裝置4連接。

作為優(yōu)選的，兩套動力調(diào)速驅(qū)動裝置4均安裝有同步驅(qū)動裝置，保證動力調(diào)速驅(qū)動裝置4在運(yùn)動過程中始終同步。

作為優(yōu)選的，線性切割齒條6一側(cè)具有鋸齒狀的切割齒。

以上述系統(tǒng)為基礎(chǔ)，本發(fā)明提供的一種往復(fù)式線切割微解放層的煤礦卸壓消突與煤層氣開采方法，包括以下步驟：

（1）從煤礦主巷道9沿煤儲層1縱向方向在其左右兩側(cè)施工上順槽2和下順槽7，上順槽2和下順槽7的末端施工切眼5將兩者連通，并在上順槽2和下順槽7中鋪設(shè)齒軌3；

（2）上順槽2與下順槽7和主巷道9之間分別設(shè)置安裝防突風(fēng)門8，上順槽2與下順槽7靠近防突風(fēng)門8合適位置處施工鉆孔并加注固化物以增強(qiáng)內(nèi)壁強(qiáng)度，同時在上順槽2與下順槽7中布置若干瓦斯傳感器，瓦斯傳感器與安裝于主巷道9中的瓦斯抽放系統(tǒng)10連接，瓦斯抽放系統(tǒng)10通過抽放管路分別于上順槽2與下順槽7連通；

（3）將兩套動力調(diào)速驅(qū)動裝置4分別安裝于上順槽2和下順槽7的齒軌3中且靠近切眼5處，將線性切割齒條6兩端分別與往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)12和下順槽7中的動力調(diào)速驅(qū)動裝置4連接；

（4）上順槽2和下順槽7中的動力調(diào)速驅(qū)動裝置4沿齒軌3同步緩慢移動，由動力裝置11驅(qū)動往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)12并帶動線性切割齒條6往復(fù)運(yùn)動，從而在煤儲層1中切割微解放層，同時由切割作業(yè)產(chǎn)生的煤粉通過上順槽2和下順槽7進(jìn)入煤倉中進(jìn)行集中處理，通過瓦斯傳感器隨時監(jiān)測左下順槽7中瓦斯含量，由瓦斯抽放系統(tǒng)10收集由煤儲層1中逸出的瓦斯氣體，直至完成一個微解放層的切割作業(yè)；

（5）根據(jù)煤儲層1厚度和煤體屬性等特征確定煤儲層1中需切割微解放層的數(shù)量，重復(fù)步驟（3）～（4），直至煤儲層1中所有微解放層的切割作業(yè)完成為止；

作為優(yōu)選的，動力調(diào)速驅(qū)動裝置的移動速度由煤體屬性和煤層氣含量決定，由動力調(diào)速驅(qū)動裝置4控制移動速度，盡可能降低煤儲層1中煤層氣含量和壓力。

作為優(yōu)選的，相鄰兩個微解放層之間的距離由煤儲層1的煤體屬性決定，最大限度地減少煤層氣卸壓消突盲區(qū)。