CN108301866A - 近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法。本发明以上部煤层为首采层，上部煤层开采时，上层底板定向钻孔阻截抽采中部煤层卸压瓦斯；中部煤层开采时，上层底板定向钻孔阻截抽采上部煤层采空区瓦斯和中部煤层采动卸压瓦斯，下层底板定向钻孔阻截抽采下部煤层卸压瓦斯；下部煤层开采时，下层底板定向钻孔阻截抽采中部煤层采空区瓦斯和下部煤层采动卸压瓦斯。该方法解决了近距离煤层群开采过程中，邻近层卸压瓦斯互相涌入，导致采煤工作面和采空区瓦斯易超限、管理困难等问题，具有有效孔段长、一孔多用、抽采效率高、治理成本低等优点，实现了近距离煤层群安全高效开采。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿井下瓦斯抽采方法，属于煤矿开采技术领域，具体是涉及一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法。
背景技术
我国煤层地质赋存条件复杂，近距离煤层群发育广泛，形成了先开采上保护层、再开采下邻近层的近距离煤层群卸压瓦斯抽采技术理论体系。
但是在近距离煤层群上保护层开采过程中，底板破坏深度往往大于邻近煤层之间的层间距，下邻近层受采动影响导致煤岩层透气性成倍增加，大量吸附态瓦斯快速解吸释放，并通过穿层裂隙直接涌入上保护层回采工作面或采空区；而下邻近层开采时，上保护层采空区瓦斯也易涌入下邻近层回采工作面，造成近距离煤层群回采工作面和采空区瓦斯易超限，存在重大安全隐患，严重制约了近距离煤层群安全高效开采。
针对近距离煤层群开采过程中邻近层卸压瓦斯治理问题，主要采用下邻近层瓦斯超前预抽法进行解决，即在下邻近煤层底板设置专门底抽巷，然后在底抽巷内每隔一定距离向上施工穿层钻孔预抽下邻近煤层瓦斯，但在实践过程中底抽巷施工成本高、周期长、瓦斯预抽效率低。随着沿空留巷技术的发展，部分学者及技术人员提出在保护层沿空留巷内施工向下的底板穿层钻孔，深入到下邻近煤层中进行瓦斯抽采，降低下邻近层的瓦斯含量，但常规的下斜钻孔轨迹不可控、有效影响范围小，容易存在抽采盲区。同时，以上两种方法施工的钻孔均需要进入煤层，而近距离煤层群煤体通常松软破碎，成孔困难，且后期抽采过程中易受采动影响塌孔堵塞瓦斯抽采通道，无法有效解决邻近层卸压瓦斯抽采问题。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，针对近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯抽采方法存在的不足，研究设计出一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对近距离煤层群开采时，邻近层卸压瓦斯互相涌入，导致采煤工作面和采空区瓦斯易超限、管理困难；顶板穿层钻孔和底板穿层钻孔抽采成本高、周期长、效果差等不足，提供一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法，所述煤层至少包括上中下三层，包括：
上部煤层抽采步骤，开采上部煤层，利用上层底板定向钻孔以负压抽采的方式对中部煤层卸压瓦斯进行拦截抽采；所述上层底板定向钻孔在上部煤层底板卸压裂隙区内长距离延伸；
中部煤层抽采步骤，开采中部煤层，利用上层底板定向钻孔阻截抽采上部煤层采空区内瓦斯和抽采中部煤层采动卸压瓦斯；利用下层底板定向钻孔负压拦截抽采下部煤层卸压瓦斯；所述下层底板定向钻孔在中部煤层底板卸压裂隙区内长距离延伸；
下部煤层抽采步骤，开采下部煤层，利用下层底板定向钻孔阻截抽采中部煤层采空区内瓦斯和抽采下部煤层采动卸压瓦斯。
在本发明的至少一个实施例中，当所述煤层为三层以上时，重复所述中部煤层抽采步骤以及所述下部煤层抽采步骤，进行底板定向钻孔施工和卸压瓦斯阻截抽采。
在本发明的至少一个实施例中，所述上部煤层抽采步骤中，选择上部煤层作为首采层，在工作面回风巷道一侧设置多个钻场，在钻场内向上部煤层底板预先施工多组上层底板定向钻孔。
在本发明的至少一个实施例中，所述中部煤层抽采步骤中，在中部煤层工作面回风巷道一侧设置多个钻场，在钻场内向中部煤层底板预先施工多组下层底板定向钻孔。
在本发明的至少一个实施例中，所述的中部煤层位于上部煤层采动卸压范围内，下部煤层位于中部煤层采动卸压范围内。
在本发明的至少一个实施例中，所述的上层底板定向钻孔和/或下层底板定向钻孔开孔倾角均为负角度，水平孔段距离回风巷道30～80m，主孔间距7～15m，钻孔长度≥500m，每组钻孔≥3个；各组钻孔水平孔段压茬搭接，覆盖整个待采煤层工作面。
在本发明的至少一个实施例中，所述的上层底板定向钻孔和下层底板定向钻孔施工时，先采用异形钻杆配套无线随钻测量系统进行定向钻进；然后大直径扩孔成孔，确保钻孔内排渣顺畅、清洁干净后，提出孔内钻具；再下入专用排水钻具，抽出钻孔内积水，确保后期瓦斯抽采通道通畅；最后下入大直径筛管完孔，避免采动影响导致孔壁失稳坍塌堵塞瓦斯抽采通道。
因此，本发明开发了近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法，利用提前预置的定向钻孔进行邻近层卸压瓦斯抽采，利用提前排水和筛管完孔确保瓦斯抽采通道通畅，避免了各煤层卸压瓦斯和采空区瓦斯互相涌入，实现了近距离煤层群安全高效开采，具有以下显著优点：
1、有效孔段长。定向钻孔可随钻进行轨迹测控，能保证钻孔轨迹在底板裂隙发育区延伸，与底板穿层钻孔和顶板穿层钻孔相比，有效孔段长、覆盖范围大；
2、一孔多用。既可拦截抽采下邻近层卸压瓦斯，又可拦截抽采采空区瓦斯，还可作为高位定向钻孔抽采下邻近层采动瓦斯。
3、抽采效率高。底板定向钻孔全面覆盖底板裂隙发育区，可边煤层开采边瓦斯治理，不需要提前对邻近层瓦斯进行抽采，抽采效率高，治理周期短。
4、治理成本低。减少了岩石巷道的施工量和钻孔施工数量，降低了施工成本、缩短了施工周期
附图说明
图1是发明方法原理示意图；
图2是发明方法上部煤层抽采步骤瓦斯流向示意图；
图3是发明方法中部煤层抽采步骤瓦斯流向示意图；
图4是发明方法下部煤层抽采步骤瓦斯流向示意图；
图5是发明方法平面示意图。
图中，上部煤层1、中部煤层2、下部煤层3、上层顶板定向钻孔4、下部底板定向钻孔5、钻场6、底板卸压裂隙区7、采空区8、回风巷道9、工作面10。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
参见图1，一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法，包括以下步骤：
步骤一：上层底板定向钻孔4施工。选择上部煤层1作为首采层，在工作面9回风巷道8一侧设置多个钻场6，在钻场6内向上部煤层1底板预先施工多组上层底板定向钻孔4。
步骤二：上部煤层1开采卸压瓦斯阻截抽采。开采上部煤层1，中部煤层2和上部煤层1底板移动破坏，造成中部煤层2卸压膨胀，大量吸附态瓦斯解吸后向上部煤层1回采工作面9运移扩散；利用上层底板定向钻孔4以负压抽采的方式对中部煤层2卸压瓦斯进行拦截抽采，避免中部煤层2卸压瓦斯涌入上部煤层1回采工作面9，如图2所示。
步骤三：下层底板定向钻孔5施工。当上部煤层1回采结束后，在中部煤层2工作面9回风巷道8一侧设置多个钻场6，在钻场6内向中部煤层2底板预先施工多组下层底板定向钻孔5。
步骤四：中部煤层2开采卸压瓦斯阻截抽采。开采中部煤层2，利用上层底板定向钻孔4阻截抽采上部煤层1采空区8内瓦斯，避免其涌入中部煤层2回采工作面9；同时利用上层底板定向钻孔4抽采中部煤层2采动卸压瓦斯，避免中部煤层2卸压瓦斯涌入上部煤层1采空区8；下层底板定向钻孔5以负压抽采方式对下部煤层3卸压瓦斯进行拦截抽采，避免下部煤层3卸压瓦斯涌入中部煤层2回采工作面9，如图3所示。
步骤五：下部煤层3开采卸压瓦斯阻截抽采。开采下部煤层3，利用下层底板定向钻孔5阻截抽采中部煤层2采空区8内瓦斯，避免其涌入下部煤层3回采工作面9；同时利用下层底板定向钻孔5抽采下部煤层3采动卸压瓦斯，避免下部煤层3卸压瓦斯涌入中部煤层2和上部煤层1采空区8，完成煤层群开采，如图4所示。
当近距离煤层群数量大于3层时，可重复步骤三和步骤四，进行底板定向钻孔施工和卸压瓦斯阻截抽采。
所述的中部煤层2位于上部煤层1采动卸压范围内，下部煤层3位于中部煤层2采动卸压范围内。
如图1和图5所示，上层底板定向钻孔4在上部煤层1底板卸压裂隙区7内长距离延伸，所述的下层底板定向钻孔5在中部煤层2底板卸压裂隙区7内长距离延伸，且开孔倾角均为负角度，水平孔段距离回风巷道830～80m，主孔间距7～15m，钻孔长度≥500m，每组钻孔≥3个；各组钻孔水平孔段压茬搭接，覆盖整个待采煤层工作面9。上层底板定向钻孔4和下层底板定向钻孔5施工时，先采用异形钻杆配套无线随钻测量系统进行定向钻进；然后大直径扩孔成孔，确保钻孔内排渣顺畅、清洁干净后，提出孔内钻具；再下入专用排水钻具，抽出钻孔内积水，确保后期瓦斯抽采通道通畅；最后下入大直径筛管完孔，避免采动影响导致孔壁失稳坍塌堵塞瓦斯抽采通道。
尽管本文较多地使用了上部煤层1、中部煤层2、下部煤层3、上层顶板定向钻孔4、下层底板定向钻孔5、钻场6、底板卸压裂隙区7、采空区8、回风巷道9、工作面10等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法，所述煤层至少包括上中下三层，其特征在于，包括：
上部煤层抽采步骤，开采上部煤层，利用上层底板定向钻孔(4)以负压抽采的方式对中部煤层(2)卸压瓦斯进行拦截抽采；所述上层底板定向钻孔(4)在上部煤层(1)底板卸压裂隙区(7)内长距离延伸；
中部煤层抽采步骤，开采中部煤层，利用上层底板定向钻孔(4)阻截抽采上部煤层(1)采空区(8)内瓦斯和抽采中部煤层(2)采动卸压瓦斯；利用下层底板定向钻孔(5)负压拦截抽采下部煤层(3)卸压瓦斯；所述下层底板定向钻孔(5)在中部煤层(2)底板卸压裂隙区(7)内长距离延伸；
下部煤层抽采步骤，开采下部煤层，利用下层底板定向钻孔(5)阻截抽采中部煤层(2)采空区(8)内瓦斯和抽采下部煤层(3)采动卸压瓦斯。
2.根据权利要求1所述的一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法，其特征在于，当所述煤层为三层以上时，重复所述中部煤层抽采步骤以及所述下部煤层抽采步骤，进行底板定向钻孔施工和卸压瓦斯阻截抽采。
3.根据权利要求1所述的一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法，其特征在于，所述上部煤层抽采步骤中，选择上部煤层(1)作为首采层，在工作面(10)回风巷道(9)一侧设置多个钻场(6)，在钻场(6)内向上部煤层(1)底板预先施工多组上层底板定向钻孔(4)。
4.根据权利要求1所述的一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法，其特征在于，所述中部煤层抽采步骤中，在中部煤层(2)工作面(10)回风巷道(9)一侧设置多个钻场(6)，在钻场(6)内向中部煤层(2)底板预先施工多组下层底板定向钻孔(5)。
5.根据权利要求1所述的一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法，其特征在于，所述的中部煤层(2)位于上部煤层(1)采动卸压范围内，下部煤层(3)位于中部煤层(2)采动卸压范围内。
6.根据权利要求1所述的一种近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法，其特征在于，所述的上层底板定向钻孔(4)和/或下层底板定向钻孔(5)开孔倾角均为负角度，水平孔段距离回风巷道(9)30～80m，主孔间距7～15m，钻孔长度≥500m，每组钻孔≥3个；各组钻孔水平孔段压茬搭接，覆盖整个待采煤层工作面(10)。
7.根据权利要求1所述的近距离煤层群开采邻近层卸压瓦斯定向钻孔阻截抽采方法，其特征在于，所述的上层底板定向钻孔(4)和下层底板定向钻孔(5)施工时，先采用异形钻杆配套无线随钻测量系统进行定向钻进；然后大直径扩孔成孔，确保钻孔内排渣顺畅、清洁干净后，提出孔内钻具；再下入专用排水钻具，抽出钻孔内积水，确保后期瓦斯抽采通道通畅；最后下入大直径筛管完孔，避免采动影响导致孔壁失稳坍塌堵塞瓦斯抽采通道。
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