CN106321143A - 立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法 - Google Patents

立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法，包括以下步骤：沿井筒掘进工作面轮廓线设计多圈排放钻孔；将排放钻孔划分为多个九冲、九注单元；对每个九冲、九注单元进行钻孔施工；对钻孔进行耐压试验；依次完成九冲、九注单元9个钻孔的冲煤施工；在完成冲煤施工的九冲、九注单元区域内施工瓦斯检查孔，测定瓦斯含量；对完成瓦斯含量测定的九冲、九注单元的9个钻孔进行水泥加固；依次对所有九冲、九注单元进行冲煤施工和水泥加固。本发明避免了冲孔后应力变化造成井壁开裂等问题，且加固了煤体，在保证安全的前提下，加大了单孔排放量，实现了特厚松软突出煤层的快速卸压瓦斯排放。

Description

立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法
技术领域
本发明涉及井下立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法，适用于立井井筒工作面狭小的特厚松软突出煤层消突排放瓦斯。
背景技术
目前《防治煤与瓦斯突出规定》中第第四十九条第(四)款规定：穿层钻孔预抽石门(含立、斜井等)揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施应当在揭煤工作面距煤层的最小法向距离7m以前实施(在构造破坏带应适当加大距离)。钻孔的最小控制范围是：石门和立井、斜井揭煤处巷道轮廓线外12m(急倾斜煤层底部或下帮6m)，同时还应当保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线(包括预计前方揭煤段巷道的轮廓线)的最小距离不小于5m，且当钻孔不能一次穿透煤层全厚时，应当保持煤孔最小超前距15m。
按照以上规定,钻孔需要控制到立井井筒轮廓线至见煤点12m位置，特厚煤层由于煤层厚度较大，所以按照规定，设计钻孔穿过煤体后，需要排放瓦斯的范围十分巨大。同时，对于松软煤层来说，透气性差，下向钻孔容易受水封影响，造成瓦斯排放困难，单孔控制范围较小。基于以上因素，采用传统的瓦斯排放方法，钻孔数量巨大，狭小的井筒工作面，无法进行施工。为增加排放量，减少钻孔数量，需要采用水力化措施进行钻孔卸压增透，但冲孔后，冲煤量越大，应力变化越剧烈，对井壁影响越明显，严重时造成井壁开裂。所以，快速卸压排放瓦斯，达到消突效果，且不对立井井筒产生影响，成为揭穿特厚松软突出煤层的主要问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是要克服已有技术中存在的上述问题，提供一种可靠的立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法，包括以下步骤：
第一步，在井筒掘进至距离煤层7m位置，沿井筒掘进工作面轮廓线由外至内设计多圈排放钻孔，排放钻孔的孔底间距为3m；
第二步，将设计好的排放钻孔按照6m×6m间距划分为多个九冲、九注单元，每个九冲、九注单元包含9个钻孔，并计算单孔最小冲煤量；
第三步，由外向内对每个九冲、九注单元进行钻孔施工，以133mm钻头钻进3m，然后送入3m长的D108×5mm无缝钢管；
第四步，向无缝钢管中注入水泥浆，等待水泥浆凝固；
第五步，在无缝钢管中钻进3.5m，对钻孔进行耐压试验，耐压合格后，进行第六步，若耐压不合格，则返回步骤第四步；
第六步，完成九冲、九注单元内1个钻孔的冲煤施工，冲煤施工步骤如下：
继续钻进至煤层，打开井筒静水压力水开关，缓慢钻进，在0.5m范围内反复进退20min，然后继续缓慢钻进0.5m，反复进退20min，如此循环直至钻孔穿过煤层，钻孔穿入煤层后记录冲孔总出煤质量，当出煤量达到单孔最小冲煤量并穿透煤层后，停止钻进，否则继续往返钻进，直至出煤量达到单孔最小冲煤量，从而完成单个钻孔的冲煤施工；
第七步，按照第六步，依次完成九冲、九注单元其它8个钻孔的冲煤施工，从而完成一个九冲、九注单元的冲煤施工；
第八步，在完成冲煤施工的九冲、九注单元区域内施工一个瓦斯检查孔，测定瓦斯含量，如果瓦斯含量小于能够消突的最高瓦斯含量，进行第九步，如果瓦斯含量大于等于能够能够消突的最高瓦斯含量，则返回第六步；
第九步，对完成瓦斯含量测定的九冲、九注单元的9个钻孔进行水泥加固；
第十步，重复以上第七步至第九步，由外至内依次对所有九冲、九注单元进行冲煤施工和水泥加固，完成立井井筒揭煤区域的卸压瓦斯排放及煤体加固。
进一步的，第二步中，冲煤量按照钻孔总控制煤体内煤质量的3‰和20倍煤厚质量分别计算，取大值作为总最小冲煤量，以总最小冲煤量除以总钻孔数量，得到单孔最小冲煤量，其中，煤厚质量是通过取煤层厚度数值得到的经验冲煤质量，单位为t，煤层厚度在揭煤地质钻孔中已探明，按照井筒揭煤钻孔总控制范围、煤层倾角、厚度计算出钻孔控制范围内煤体体积，然后钻孔控制范围内煤体体积乘以煤的视相对密度得到钻孔总控制煤体内煤质量，井筒揭煤钻孔总控制范围为所有钻孔围成的最大范围。
进一步的，第五步中，耐压试验步骤如下：
1)使用注浆泵向钻孔缓慢注入清水，一边注浆一边观察；
2)待注水压力上升至6MPa并且钻孔孔口不漏水时，停止注水；
5)利用秒表计时，如果在5min内压力不下降，则耐压试验合格。
进一步的，第八步中，瓦斯检查孔施工在九冲、九注单元的9个钻孔中相互间距最大位置，能够消突的最高瓦斯量等于九冲、九注单元控制范围内煤体原始瓦斯含量的70％且小于8m3/t，其中九冲、九注单元控制范围为9个钻孔围成的最大范围。
进一步的，第九步中，水泥加固步骤为：向九冲、九注单元的9个钻孔注入水灰比为1:1的水泥浆，注浆压力不小于6MPa，当注浆初期不能达到6MPa时，可先将9个钻孔注满水泥浆，30min后再次注入一遍，如此反复直至注浆压力达到压力要求。
有益效果：应用本发明提供的立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法，能对钻孔控制范围内的煤体实现水力冲孔，冲出煤体后，煤体卸压膨胀变形，透气性显著增加，加快瓦斯排放；本发明在冲孔时以9个钻孔为一单元，冲完注入加固水泥浆，避免了冲孔后应力变化造成井壁开裂等问题，且加固了煤体，同时，在施工时由外向内，完成最外圈所有单元后，形成保护帷幕，截断了瓦斯向控制范围内渗透的通道，在保证安全的前提下，加大了单孔排放量，实现了特厚松软突出煤层的快速卸压瓦斯排放。
附图说明
图1为排放钻孔的布置示意图。
图中：1-井筒掘进工作面轮廓线，2-九冲、九注单元，3-瓦斯检查孔。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
本发明的一种立井井筒揭穿特厚松软突出煤层九冲九注快速卸压排放瓦斯方法包括以下步骤：
第一步，在井筒掘进至距离煤层7m位置，沿井筒掘进工作面轮廓线由外至内设计多圈排放钻孔，排放钻孔的孔底间距为3m；
第二步，如图所示，将设计好的排放钻孔按照6m×6m间距划分为多个九冲、九注单元，每个九冲、九注单元包含9个钻孔，并计算单孔最小冲煤量；
第三步，由外向内对每个九冲、九注单元进行钻孔施工，以133mm钻头钻进3m，然后送入3m长的D108×5mm无缝钢管；
第四步，向无缝钢管中注入水泥浆，等待水泥浆凝固；
第五步，在无缝钢管中钻进3.5m，对钻孔进行耐压试验，耐压合格后，进行第六步，若耐压不合格，则返回步骤第四步；
第六步，完成九冲、九注单元内1个钻孔的冲煤施工，冲煤施工步骤如下：
继续钻进至煤层，打开井筒静水压力水开关，缓慢钻进，在0.5m范围内反复进退20min，然后继续缓慢钻进0.5m，反复进退20min，如此循环直至钻孔穿过煤层，钻孔穿入煤层后记录冲孔总出煤质量，当出煤量达到单孔最小冲煤量并穿透煤层后，停止钻进，否则继续往返钻进，直至出煤量达到单孔最小冲煤量，从而完成单个钻孔的冲煤施工；
第七步，按照第六步，依次完成九冲、九注单元其它8个钻孔的冲煤施工，从而完成一个九冲、九注单元的冲煤施工；
第八步，在完成冲煤施工的九冲、九注单元区域内施工一个瓦斯检查孔，测定瓦斯含量，如果瓦斯含量小于能够消突的最高瓦斯含量，进行第九步，如果瓦斯含量大于等于能够能够消突的最高瓦斯含量，则返回第六步；
第九步，对完成瓦斯含量测定的九冲、九注单元的9个钻孔进行水泥加固；
第十步，重复以上第七步至第九步，由外至内依次对所有九冲、九注单元进行冲煤施工和水泥加固，完成立井井筒揭煤区域的卸压瓦斯排放及煤体加固。
第二步中，冲煤量按照钻孔总控制煤体内煤质量的3‰和20倍煤厚质量分别计算，取大值作为总最小冲煤量，以总最小冲煤量除以总钻孔数量，得到单孔最小冲煤量，其中，煤厚质量是通过取煤层厚度数值得到的经验冲煤质量，单位为t，煤层厚度在揭煤地质钻孔中已探明，按照井筒揭煤钻孔总控制范围、煤层倾角、厚度计算出钻孔控制范围内煤体体积，然后钻孔控制范围内煤体体积乘以煤的视相对密度得到钻孔总控制煤体内煤质量，井筒揭煤钻孔总控制范围为所有钻孔围成的最大范围。
第五步中，耐压试验步骤如下：
1)使用注浆泵向钻孔缓慢注入清水，一边注浆一边观察；
2)待注水压力上升至6MPa并且钻孔孔口不漏水时，停止注水；
5)利用秒表计时，如果在5min内压力不下降，则耐压试验合格。
第八步中，瓦斯检查孔施工在九冲、九注单元的9个钻孔中相互间距最大位置，能够消突的最高瓦斯量等于九冲、九注单元控制范围内煤体原始瓦斯含量的70％且小于8m3/t，其中九冲、九注单元控制范围为9个钻孔围成的最大范围。
第九步中，水泥加固步骤为：向九冲、九注单元的9个钻孔注入水灰比为1:1的水泥浆，注浆压力不小于6MPa，当注浆初期不能达到6MPa时，可先将9个钻孔注满水泥浆，30min后再次注入一遍，如此反复直至注浆压力达到压力要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在井筒掘进至距离煤层7m位置，沿井筒掘进工作面轮廓线由外至内设计多圈排放钻孔，排放钻孔的孔底间距为3m；
第二步，将设计好的排放钻孔按照6m×6m间距划分为多个九冲、九注单元，每个九冲、九注单元包含9个钻孔，并计算单孔最小冲煤量；
第三步，由外向内对每个九冲、九注单元进行钻孔施工，以133mm钻头钻进3m，然后送入3m长的D108×5mm无缝钢管；
第四步，向无缝钢管中注入水泥浆，等待水泥浆凝固；
第五步，在无缝钢管中钻进3.5m，对钻孔进行耐压试验，耐压合格后，进行第六步，若耐压不合格，则返回步骤第四步；
第六步，完成九冲、九注单元内1个钻孔的冲煤施工，冲煤施工步骤如下：
继续钻进至煤层，打开井筒静水压力水开关，缓慢钻进，在0.5m范围内反复进退20min，然后继续缓慢钻进0.5m，反复进退20min，如此循环直至钻孔穿过煤层，钻孔穿入煤层后记录冲孔总出煤质量，当出煤量达到单孔最小冲煤量并穿透煤层后，停止钻进，否则继续往返钻进，直至出煤量达到单孔最小冲煤量，从而完成单个钻孔的冲煤施工；
第七步，按照第六步，依次完成九冲、九注单元其它8个钻孔的冲煤施工，从而完成一个九冲、九注单元的冲煤施工；
第八步，在完成冲煤施工的九冲、九注单元区域内施工一个瓦斯检查孔，测定瓦斯含量，如果瓦斯含量小于能够消突的最高瓦斯含量，进行第九步，如果瓦斯含量大于等于能够能够消突的最高瓦斯含量，则返回第六步；
第九步，对完成瓦斯含量测定的九冲、九注单元的9个钻孔进行水泥加固；
第十步，重复以上第七步至第九步，由外至内依次对所有九冲、九注单元进行冲煤施工和水泥加固，完成立井井筒揭煤区域的卸压瓦斯排放及煤体加固。
2.根据权利要求1所述的一种立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法，其特征在于：
第二步中，冲煤量按照钻孔总控制煤体内煤质量的3‰和20倍煤厚质量分别计算，取大值作为总最小冲煤量，以总最小冲煤量除以总钻孔数量，得到单孔最小冲煤量，其中，煤厚质量是通过取煤层厚度数值得到的经验冲煤质量，单位为t，煤层厚度在揭煤地质钻孔中已探明，按照井筒揭煤钻孔总控制范围、煤层倾角、厚度计算出钻孔控制范围内煤体体积，然后钻孔控制范围内煤体体积乘以煤的视相对密度得到钻孔总控制煤体内煤质量，井筒揭煤钻孔总控制范围为所有钻孔围成的最大范围。
3.根据权利要求1所述的一种立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法，其特征在于：第五步中，耐压试验步骤如下：
1)使用注浆泵向钻孔缓慢注入清水，一边注浆一边观察；
2)待注水压力上升至6MPa并且钻孔孔口不漏水时，停止注水；
5)利用秒表计时，如果在5min内压力不下降，则耐压试验合格。
4.根据权利要求1所述的一种立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法，其特征在于：第八步中，瓦斯检查孔施工在九冲、九注单元的9个钻孔中相互间距最大位置，能够消突的最高瓦斯量等于九冲、九注单元控制范围内煤体原始瓦斯含量的70％且小于8m3/t，其中九冲、九注单元控制范围为9个钻孔围成的最大范围。
5.根据权利要求1所述的一种立井井筒揭穿特厚松软突出煤层的快速卸压排放瓦斯方法，其特征在于：第九步中，水泥加固步骤为：向九冲、九注单元的9个钻孔注入水灰比为1:1的水泥浆，注浆压力不小于6MPa，当注浆初期不能达到6MPa时，可先将9个钻孔注满水泥浆，30min后再次注入一遍，如此反复直至注浆压力达到压力要求。
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