CN105257334A - 地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法 - Google Patents

Abstract

一种地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法，适用于建筑物下抽采和充填使用。在采煤工作面开采前，在工作面中部上方的地表布置多个注浆钻孔，在边界上方的地表布置多个瓦斯抽采钻孔，在采煤工作面开采过程中，利用注浆钻孔实施覆岩注浆充填，利用瓦斯抽采钻孔抽采上邻近煤层卸压瓦斯，利用最上一层上邻煤层的阻隔作用隔离瓦斯抽采通道与浆液流动通道，实现注浆与抽采的同步，直至完成整个采煤工作面内所有钻孔的注浆充填与瓦斯抽采。其实现了卸压瓦斯抽采与覆岩注浆充填的同步实施，克服了充填浆液与瓦斯流动干扰的难题，能够同时解决瓦斯抽采和地表沉陷控制问题。

Description

地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法

技术领域

本发明涉及一种地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法，尤其适用于建筑物下抽采和充填使用的地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法。

背景技术

煤矿开采中，采煤将导致上覆岩层移动与瓦斯运移，当它们发展到一定程度时将形成采动灾害，如地表沉（塌）陷、瓦斯涌（突）出。因此，控制岩层移动与抽采卸压瓦斯成为采矿科技工作者需要解决的2大问题。控制岩层移动与抽采卸压瓦斯本身是相逆的2个过程，即前者需要阻止岩层弯曲变形，而后者则要求岩层得到充分卸压并产生采动裂隙后方可有效实施。故在传统的采矿工程中，这2个问题常常被分开进行处理，比如，通过实施覆岩隔离注浆充填减少岩层移动从而控制地表下沉，通过开采非突出煤层以卸压上邻近煤层，进而利用地面钻孔抽采上邻煤层卸压瓦斯。但是，在工程实践中，许多采区与工作面常常存在上邻煤层卸压瓦斯抽采与地表沉陷控制的共同需求，如被地面建筑物（如村庄）压覆的高瓦斯煤层群。此时，已不能将卸压瓦斯抽采与覆岩隔离注浆充填作为2个独立的工程开展，而应该考虑在同一工程中实现二者兼顾，即在抽采瓦斯的过程中同步实施覆岩注浆充填，特别是当地表沉陷控制要求较高时。然而，已有技术中尚不具备这样的手段与方法，要么是仅能利用地面钻孔抽采上邻煤层卸压瓦斯而放弃了覆岩隔离注浆充填，如专利CN200510040410.X公开了一种地面钻井抽采采动区、采空区卸压瓦斯方法，专利CN2014100893001公开了一种上堵下渗抽采采动区瓦斯的方法；要么是仅能实施覆岩隔离注浆充填而不能抽采卸压瓦斯，如专利ZL201210164929.9公开了一种采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法。显然，这2类已有技术均只能实现单一工程目的，而不能在采煤工作面开采过程中利用地面钻孔同步实现卸压瓦斯抽采和覆岩注浆充填。现有的覆岩注浆充填技术要求注浆钻孔终孔处形成1个封闭的离层空间，且该空间不能与采煤工作面开采中形成的覆岩竖向裂隙相沟通，否则将造成注浆充填失败，而若要同步利用地面瓦斯抽采钻孔抽采上邻近煤层的卸压瓦斯，则要求地面瓦斯抽采钻孔中安装相当长度的花管以沟通上邻近煤层中的采动裂隙、形成抽采通道，同时要求瓦斯抽采钻孔直接通达煤层，这将导致充填浆液沿花管进入瓦斯钻孔中，并进一步溃入工作面，不仅导致注浆充填失败，而且将阻止卸压瓦斯被抽采至地面。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种克服充填浆液与瓦斯流动干扰难题、合理配合注浆充填与瓦斯抽采时机，可以在开采过程中同步实现卸压瓦斯抽采与覆岩注浆充填的地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法，包括如下步骤：

一种地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法，包括如下步骤：

a.根据需要在采煤工作面煤层上方的垂直地表上布置多组垂直向下的钻孔组，所述钻孔组包括瓦斯抽采钻孔和注浆钻孔，其中注浆钻孔位于采煤工作面倾向中部，瓦斯抽采钻孔沿走向方向超前注浆钻孔；所述注浆钻孔为3开成孔，第1开为松散层固井段，松散层固井段内安装第1开实心套管，第2开孔底位于主关键层底界面以上，并安装第2开实心套管护孔，第3开为裸孔，裸孔终孔位于最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层上方10m；所述瓦斯抽采钻孔由4开成孔，第1开为松散层固井段，松散层固井段内安装第1开实心套管，第2开孔底位于最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层下方20m，并安装第2开实心套管护孔，第3开孔内安装花管护孔，花管顶端位于第2开实心套管底端以上10m，第4开为裸孔，裸孔终孔位于开采煤层底板；

b.采煤工作面推进中，当开采至距注浆钻孔30～50m时，利用注浆钻孔开始覆岩注浆充填，直至主关键层与注浆钻孔终孔之间形成主注浆充填层位；

c.当采煤工作面开采推进至距瓦斯抽采钻孔50～80m时，通过瓦斯抽采钻孔对开采煤层的上邻近煤层中的卸压瓦斯进行抽采；瓦斯抽采钻孔中的第2开孔实心套管与最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层共同起到了对浆液的阻隔作用，从而避免了注浆钻孔中的浆液进入到瓦斯抽采钻孔内；

d.重复步骤b、c，直至完成整个采煤工作面内所有注浆钻孔的覆岩注浆充填和瓦斯抽采钻孔的卸压瓦斯抽采。

相邻的钻孔组中的注浆钻孔之间的距离为100～150m；钻孔组中的瓦斯抽采钻孔布置在采煤工作面上方距边界20～50m处；每个钻孔组中的瓦斯抽采钻孔沿走向方向超前本组的注浆钻孔50～80m。

有益效果：本发明利用地面钻孔同步实施卸压瓦斯抽采和覆岩注浆充填，解决了传统技术无法在地面瓦斯抽采钻孔抽采条件下实现覆岩注浆充填的不足，克服了充填浆液与瓦斯流动干扰难题。由于实现了覆岩注浆充填并形成了主注浆充填层位，因而能够有效阻止岩层移动与地表下沉，同时由于同步抽采了上邻近煤层中的卸压瓦斯，因而能够在解决地面建筑物保护问题的同时解决高瓦斯煤层群条件下的上邻近煤层瓦斯问题，防止了采煤工作面开采过程中上邻近煤层中卸压瓦斯涌入采煤工作面、造成瓦斯超限等危害，其方法简单，效率高，是有效的煤矿绿色开采技术。

附图说明

图1是本发明的采煤工作面上方瓦斯抽采钻孔与注浆钻孔平面布置示意图；

图2是本发明的采煤工作面上瓦斯抽采钻孔与注浆钻孔的A-A剖面示意图。

图中：1－采煤工作面；2－注浆钻孔；3－瓦斯抽采钻孔；4－切眼；5－地表；6－第1开实心套管第2开实心套管；7－第1开实心套管；8－主关键层；9－主注浆充填层位；10－上邻近煤层；11－开采煤层；12－第2开实心套管；13－花管；14－裸孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的1个实施例作进一步的描述：

如图1和图2所示，本发明的地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法，包括如下步骤：

a.根据需要在采煤工作面1煤层上方的垂直地表5上布置多组垂直向下的钻孔组，所述钻孔组包括瓦斯抽采钻孔3和注浆钻孔2，其中注浆钻孔2位于采煤工作面1倾向中部，瓦斯抽采钻孔3沿走向方向超前注浆钻孔2；所述注浆钻孔2由3开成孔，第1开为松散层固井段，松散层固井段内安装第1开实心套管7，第2开孔底位于主关键层8底界面以上，并安装第2开实心套管15护孔，第3开为裸孔14，裸孔14终孔位于最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层10上方10m；所述瓦斯抽采钻孔3由4开成孔，第1开为松散层固井段，松散层固井段内安装第1开实心套管6，第2开孔底位于最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层10下方20m，并安装第2开实心套管12护孔，第3开孔内安装花管13护孔，花管顶端位于第2开实心套管12底端以上10m，第4开为裸孔14，裸孔14终孔位于开采煤层11底板；

b.采煤工作面1推进中，当开采至距注浆钻孔2在30～50m时，利用注浆钻孔2开始覆岩注浆充填，直至主关键层8与注浆钻孔2终孔之间形成主注浆充填层位9；

c.当采煤工作面1开采推进至距瓦斯抽采钻孔3在50～80m时，通过瓦斯抽采钻孔3对开采煤层11的上邻近煤层10中的卸压瓦斯进行抽采；瓦斯抽采钻孔3中的第2开孔实心套管12与最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层10共同起到了对浆液的阻隔作用，从而避免了注浆钻孔2中的浆液进入到瓦斯抽采钻孔3内；

d.重复步骤b、c，直至完成整个采煤工作面1内所有注浆钻孔2的覆岩注浆充填和瓦斯抽采钻孔3的卸压瓦斯抽采。

相邻的钻孔组中的注浆钻孔2之间的距离为100～150m。

钻孔组中的瓦斯抽采钻孔3布置在采煤工作面1上方距边界20～50m处。

每个钻孔组中的瓦斯抽采钻孔3沿走向方向超前本组的注浆钻孔2在50～80m。

结合工作面实例作具体说明：

在采煤工作面1上方布置注浆钻孔2和瓦斯抽采钻孔3。采煤工作面1倾向宽度180m，走向长度800m，在采煤工作面1开采前，在采煤工作面1上方的地表5布置5组垂直向下的注浆钻孔2，每组包括1个钻孔，注浆钻孔2位于采煤工作面1倾向中部，组与组之间的距离为150m，第1个注浆钻孔2距切眼80m，每个注浆钻孔2由3开成孔，第1开为松散层固井段，下第1开实心套管7，根据采煤工作面1地质信息，确定出主关键层8在覆岩中的位置，并将第2开孔底设定于主关键层8底界面以上40m，下第2开实心套管护孔15，第3开为裸孔14，终孔设定于最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层10上方10m，在采煤工作面1开采前，在采煤工作面1上方的地表5布置5组垂直向下的瓦斯抽采钻孔3，每组包括1个钻孔，各瓦斯抽采钻孔3与采煤工作面1下边界的距离为30m，瓦斯抽采钻孔3沿走向方向超前注浆钻孔275m，瓦斯抽采钻孔3由4开成孔，第1开为松散层固井段，下第1开实心套管6，第2开孔底设定于最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层10下方20m，并下第2开实心套管护孔12，第3开孔内下入花管13护孔，花管顶端位于第2开实心套管12底端以上10m，第4开为裸孔14，终孔设定于开采煤层11底板。

按常规采煤工艺开采采煤工作面1，当采煤工作面1开采至距注浆钻孔230m时，开始利用注浆钻孔2实施覆岩注浆充填，保持采煤工作面1开采与覆岩注浆充填，由于高压注浆作用，在主关键层8与注浆钻孔2终孔之间将形成1个主注浆充填层位9；

当采煤工作面1开采至距瓦斯抽采钻孔3在80m时，开始利用瓦斯抽采钻孔3对开采煤层11的上邻近煤层10中的卸压瓦斯进行抽采，保持采煤工作面1开采与瓦斯抽采，由于瓦斯抽采钻孔3的第2开实心套管12与最上一层上邻近煤层10共同起到了对浆液的阻隔作用，从而避免了注浆钻孔2中的浆液进入到瓦斯抽采钻孔3内，实现了注浆充填与瓦斯抽采的同步实施；

如此循环，直至完成采煤工作面1内所有注浆钻孔2的覆岩注浆充填和瓦斯抽采钻孔3的卸压瓦斯抽采。

Claims (4)

1.一种地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法，其特征在于包括如下步骤：

a.根据需要在采煤工作面（1）煤层上方的垂直地表（5）上布置多组垂直向下的钻孔组，所述钻孔组包括瓦斯抽采钻孔（3）和注浆钻孔（2），其中注浆钻孔（2）位于采煤工作面（1）倾向中部，瓦斯抽采钻孔（3）沿走向方向超前注浆钻孔（2）；所述注浆钻孔（2）由3开成孔，第1开为松散层固井段，松散层固井段内安装第1开实心套管（7），第2开孔底位于主关键层（8）底界面以上，并安装第2开实心套管（15）护孔，第3开为裸孔（14），裸孔（14）终孔位于最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层（10）上方10m；所述瓦斯抽采钻孔（3）由4开成孔，第1开为松散层固井段，松散层固井段内安装第1开实心套管（6），第2开孔底位于最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层（10）下方20m，并安装第2开实心套管（12）护孔，第3开孔内安装花管（13）护孔，花管顶端位于第2开实心套管（12）底端以上10m，第4开为裸孔（14），裸孔（14）终孔位于开采煤层（11）底板；

b.采煤工作面（1）推进中，当开采至距注浆钻孔（2）30～50m时，利用注浆钻孔（2）开始覆岩注浆充填，直至主关键层（8）与注浆钻孔（2）终孔之间形成主注浆充填层位（9）；

c.当采煤工作面（1）开采推进至距瓦斯抽采钻孔（3）50～80m时，通过瓦斯抽采钻孔（3）对开采煤层（11）的上邻近煤层（10）中的卸压瓦斯进行抽采；瓦斯抽采钻孔（3）中的第2开孔实心套管（12）与最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层（10）共同起到了对浆液的阻隔作用，从而避免了注浆钻孔（2）中的浆液进入到瓦斯抽采钻孔（3）内；

d.重复步骤b、c，直至完成整个采煤工作面（1）内所有注浆钻孔（2）的覆岩注浆充填和瓦斯抽采钻孔（3）的卸压瓦斯抽采。

2.根据权利要求1所述的地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法，其特征在于：相邻的钻孔组中的注浆钻孔（2）之间的距离为100～150m。

3.根据权利要求1所述的地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法，其特征在于：钻孔组中的瓦斯抽采钻孔（3）布置在采煤工作面（1）上方距边界20～50m处。

4.根据权利要求1所述的地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩隔离注浆充填同步实施方法，其特征在于：每个钻孔组中的瓦斯抽采钻孔（3）沿走向方向超前本组的注浆钻孔（2）50～80m。