CN105351000A - 采空区顶板高位定向钻孔抽采工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及瓦斯抽采技术，具体为一种采空区顶板高位定向钻孔抽采工艺。解决采空区抽采瓦斯中存在抽采成本高以及掘进效率低等问题，方案是在采空区上方采动压力场利用千米定向钻机施工高位钻孔，高位钻孔上中下各一条，采空区内分为煤柱段和采空区段，煤柱段为实体煤，采空区高位钻孔在煤柱段内可以施工在冒落带和裂隙带内，出煤柱后到采空段后钻孔抬高至裂隙带中，抬高高度不少于35米。本发明所述的方案是通过研究采煤工作面矿山压力规律，确定采空区“三带”高度和瓦斯富集区位置，利用定向钻机的长距离定位能力，向采空区上覆岩层瓦斯富集区域施工定向钻孔，抽采采空区瓦斯，达到治理采空区瓦斯的目的。

Description

采空区顶板高位定向钻孔抽采工艺

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术，具体为一种采空区顶板高位定向钻孔抽采工艺。

背景技术

采空区瓦斯是采煤工作面瓦斯涌出的主要来源，是矿井瓦斯治理的重点和难点，治理采空区瓦斯的最主要手段为采空区抽采。目前，我国煤矿井下采空区抽采主要为顶板高抽岩巷和常规钻孔抽采。顶板高抽岩巷抽采是在煤层顶板以上开掘一条岩巷作为专用排瓦斯巷使用，成本高，掘进效率低，瓦斯管理困难，影响煤矿采掘衔接；另外，由于我国采空区钻孔抽采技术与装备相对比较单一，钻进以常规钻进为主，钻孔距离较短，在长距离采空区顶板高位钻孔抽采方面没有实质性的突破。

发明内容

本发明为了解决采空区抽采瓦斯中存在抽采成本高以及掘进效率低等问题，提供了一种采空区顶板高位定向钻孔抽采工艺。

本发明的技术方案是，一种采空区顶板高位定向钻孔抽采工艺，随着工作面回采，在其周围形成一个采动压力场，采动压力场及其影响范围在垂直方向上从下到上形成三个带，即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，在采空区上方采动压力场利用千米定向钻机施工高位钻孔，高位钻孔上中下各一条，采空区内分为煤柱段和采空区段，煤柱段为实体煤，采空区高位钻孔在煤柱段内可以施工在冒落带和裂隙带内，出煤柱后到采空段后钻孔抬高至裂隙带中，抬高高度不少于35米。

本发明所述的方案是通过研究采煤工作面矿山压力规律，确定采空区“三带”高度和瓦斯富集区位置，利用定向钻机的长距离定位能力，向采空区上覆岩层瓦斯富集区域施工定向钻孔，抽采采空区瓦斯，达到治理采空区瓦斯的目的。

在采动压力场中形成的裂隙空间，便成为瓦斯流动通道，采空区留煤解析出来的瓦斯通过流动通道进入裂隙带，形成瓦斯富集区。通过钻孔内的负压，加速了瓦斯的流动，使高位钻孔能够抽出瓦斯。

千米定向钻机高压水通过钻杆输送至孔内马达，孔内马达内部转子在高压水的冲击作用下转动，通过前端轴承带动钻头旋转，达到破煤的目的。在钻进过程中，钻杆本身不转，只作钻头的旋转运动，从而有效地降低了钻机的负载。孔内马达的弯接头和钻杆之间有一定的夹角，由于弯接头的作用，钻孔的轨迹将成为一条偏向弯接头方向的空间曲线，实现定向钻进的目的。配套的测量系统是保证深孔定向钻进按预定的轨迹进行钻进的关键部件，该测量系统在孔内主要的测量参数为方位角、倾角和弯接头方向，根据测量出的孔内参数可用三角函数计算出每一个测量点的坐标，即可描绘出该空间曲线在水平和垂直平面上的投影图，并与设计的轨迹进行对比，根据偏差情况及时调整弯接头方向，使钻进轨迹最大限度的符合设计要求。

因采空区高位钻孔是在工作面回采前施工的，当工作面推过后顶板垮落，会造成钻孔切断或堵塞，影响钻孔抽采效果，所以维护钻孔通道便成为采空区高位钻孔抽采的关键。采空区高位钻孔分煤柱段和采空区段，煤柱段为实体煤，受采动影响小，钻孔通道易维护，而采空区段顶板垮落，钻孔通道易被切断，特别是冒落带，这就要求高位钻孔出煤柱后应至少抬高至裂隙带才能保证钻孔的畅通。

通过上述操作工艺，可以使工作面吨煤瓦斯涌出量逐步下降，当高位定向钻孔抽采量提升时，吨煤瓦斯涌出量便对应的降低；沿空留巷煤袋墙前瓦斯浓度降低，大大提高了作业环境的安全系数。采空区高位定向钻孔抽采的为高浓度瓦斯，可带入瓦斯利用系统，使瓦斯得到收集利用，增加经济效益。

附图说明

图1为长距离采空区顶板高位钻孔抽采钻孔布置图

图2为钻孔深度与上下位移坐标图（纵向面）

图3为钻孔深度与水平位移坐标图（水平面）

图4为吨煤瓦斯涌出量与高位钻孔抽采量变化曲线。

具体实施方式

一种采空区顶板高位定向钻孔抽采工艺，随着工作面回采，在其周围形成一个采动压力场，采动压力场及其影响范围在垂直方向上从下到上形成三个带，即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，在采空区上方采动压力场利用千米定向钻机施工高位钻孔，高位钻孔上中下各一条，

如图1所示意，采空区内分为煤柱段和采空区段，煤柱段为实体煤（43182-43183巷之间），采空区高位钻孔在煤柱段内可以施工在冒落带和裂隙带内，出煤柱后到采空段后钻孔抬高至裂隙带中，抬高高度不少于35米。

根据采空区上覆岩层“三带”特征的模拟结果，4318工作面采空区高位定向钻孔设计参数如下：终孔层位40-60m，距43183巷30-60m，过43182-43183巷煤柱抬高高度不小于35m。如图2所示意，随着钻孔的向前延伸，钻孔高度逐渐升高，下孔终孔不低于60米，如图3所示意，钻孔从43182向43183巷道另一侧钻孔，并且不超过40m距离范围内。

实施效果：4318工作面高位定向钻孔投运后工作面吨煤瓦斯涌出量逐步下降，当高位定向钻孔抽采量提升时，吨煤瓦斯涌出量便对应的降低，由最初3.5m3/min降低至2m3/min左右，下降幅度达42.8%，如图4所示。在采空区高位定向钻孔投运后，沿空留巷煤袋墙前瓦斯浓度由原来的2%下降到1%以下，大大提高了作业环境的安全系数。采空区高位定向钻孔抽采的为高浓度瓦斯，一般在30%以上，这样便可带入瓦斯利用系统，一定程度上可以提高成庄矿的瓦斯抽采量，以单孔0.6m3/min的抽采量计算，同时开启10个钻孔1天可增加抽采量8640m3/min。

Claims (2)

1.一种采空区顶板高位定向钻孔抽采工艺，其特征是随着工作面回采，在其周围形成一个采动压力场，采动压力场及其影响范围在垂直方向上从下到上形成三个带，即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，在采空区上方采动压力场利用千米定向钻机施工高位钻孔，高位钻孔上中下各一条，采空区内分为煤柱段和采空区段，煤柱段为实体煤，采空区高位钻孔在煤柱段内可以施工在冒落带和裂隙带内，出煤柱后到采空段后钻孔抬高至裂隙带中，抬高高度不少于35米。

2.根据权利要求1所述的采空区顶板高位定向钻孔抽采工艺，其特征是随着钻孔的向前延伸，钻孔高度逐渐升高，下孔终孔不低于60米，钻孔从43182向43183巷道另一侧钻孔，并且不超过40m距离范围内。