CN108561175B - 煤岩巷关联的掘进巷道利用贯通钻孔进行瓦斯排放的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种煤岩巷关联的掘进巷道利用贯通钻孔进行瓦斯排放的方法，通过岩石巷道及石门对煤层局部进行瓦斯消溶或浅孔排放，然后进行石门揭煤掘进；在两个石门间的待掘煤层巷道方向打贯通钻孔，引进风流直接通过钻孔，进行瓦斯卷吸排放，且污风通过岩石巷道排放，使掘进工作面处于新鲜风流之中。采用该方法后，使原来的掘进头煤壁浅孔排放变为贯通钻孔排放，大大提高了排放效率及安全程度。

Description

煤岩巷关联的掘进巷道利用贯通钻孔进行瓦斯排放的方法

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯治理技术领域，特别是涉及一种煤岩巷关联的掘进巷道利用贯通钻孔进行瓦斯排放的方法。

背景技术

在煤矿井下开采中，对于高瓦斯煤层与突出煤层，必须采用一定的防范措施，方能进行安全开采，在该类情况的煤巷掘进中，有许多防范措施和方法，《煤矿安全规程》局部综合防突措施第215条规定：煤巷掘进工作面应当选用超前预抽瓦斯、超前钻孔排放瓦斯的防突措施或其它经试验证明有效的防突措施。可见，煤巷掘进中超前预抽瓦斯及超前钻孔排放瓦斯还是两种主要的防范手段。超前预抽瓦斯是指在巷道端头或相邻的岩巷内布置钻场，用煤矿巷道钻机施工顺煤层钻孔、垂直钻孔或斜交煤层的钻孔，再将施工好的钻孔接入煤矿瓦斯抽采管路，利用瓦斯抽放泵对煤层中的游离状瓦斯进抽采。由于该种方法需要价格昂贵的抽采设备和抽采系统及复杂的管理程序，进而使煤矿生产的成本大幅提高，因此，在许多合适的矿井条件下，采用超前钻孔排放瓦斯，不失是一种经济的手段。

超前钻孔的排放方法首先根据煤层瓦斯的渗透性进行钻孔排放半径计算，然后根据有效的排放半径和距离，在煤巷掘进端头的煤壁上打上若干个排放钻孔，钻孔深度在5米～10米左右，然后让钻孔周边的瓦斯自然向外逸散排放一段时间，使掘进头前方煤壁内一定距离的瓦斯浓度降低到合适范围，再掘进一段距离，重新在前方煤壁上打孔进行新的排放。

该种方法比瓦斯抽放方法成本要低，但明显的缺点在于：一是对于低透气性的煤层，瓦斯不宜释放，排放效果较差；二是抽放钻孔是利用瓦斯主体逸散效应进行工作的，其排放时间长，需要1天～2天左右的时间，而且排放率随钻孔深度增加而衰减，钻孔浅部的瓦斯排出较多，钻孔深部的瓦斯排出较少，影响该种方法的使用效果。

在高瓦斯或突出煤层的区段巷道掘进时，都要在煤层底板先掘进一条底板瓦斯抽放巷或岩石集中巷，作为瓦斯抽放及生产时的运输或通风巷道使用；当该巷道掘进完成以后，通常的做法是，在该岩巷内向煤层区段平巷的掘进位置，隔一定的间距打瓦斯抽放钻孔或瓦斯排放钻孔，进行整条巷道的瓦斯抽放或排放工作。前已述及，这种方法的缺点是：抽放时成本高，排放时效果差。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种煤岩巷关联的掘进巷道利用贯通钻孔进行瓦斯排放的方法，该方法成本低、施工安全，利用岩巷内无瓦斯和便于通风的优势，利用煤巷掘进中煤体便于打贯通钻孔和局部使用瓦斯消融剂的优势，从而实现无抽放设备的煤巷掘进高效瓦斯排放。

本发明为了解决上述问题所采取的技术方案是，提供了一种煤岩巷关联的掘进巷道利用贯通钻孔进行瓦斯排放的方法，包括以下施工步骤：

第一步：在矿井中厚煤层设计区段边界的一侧底板岩层中开设轨道上山、运输上山和回风上山，轨道上山和运输上山之间的距离为15米～20米，运输上山和回风上山之间的距离为15米～20米；在矿井中厚煤层的设计区段内开设有区段煤层平巷，在设计区段煤层平巷的底板岩层内开设有区段底板瓦斯抽放巷，其与煤层底板的法向距离为10米～12米。

第二步：在区段底板瓦斯抽放巷内每隔一定的距离向区段煤层平巷的方向依次开掘第一平石门开口、第二平石门开口……第N平石门开口，这里N取正整数，每个平石门开口的掘进距离为10米～15米，并使其端头与煤层底板的最短距离保持在5米岩柱以上。

第三步：在从回风上山开始的第一平石门内布置钻场，所述钻场由8个以上瓦斯钻孔组成且呈扇形分布，每个瓦斯钻孔均由平石门向煤层方向施工，所述瓦斯钻孔穿透煤层至煤层顶板。

第四步：向瓦斯钻孔内注入瓦斯消溶剂，对预定范围内的瓦斯进行充分消溶，或者采用钻孔直接排放瓦斯的石门揭煤方法，实现局部瓦斯消除。

第五步：在对煤层掘进部位的瓦斯进行局部消溶或钻孔排放后，进行防突措施效果检验，检验合格后即可进行平石门揭煤和预留巷道、预排段巷道的掘进工作，掘进直达煤层顶板，其中预排段巷道的作用是用来排放预留巷到煤层顶板之间的煤体内瓦斯。

第六步：在已掘通的预留巷道及预排段巷道内布置钻场，按照事先设计好的钻孔布置方式，向回风上山方向打若干煤层局部反向贯通钻孔，反向贯通钻孔距巷道边的距离为0.3米～0.5米，同一排相邻的反向贯通钻孔之间的间距为1.5米～2.5米，上排反向贯通钻孔和下排反向贯通钻孔之间的间距为1.5米～2.0米，反向贯通钻孔从第一平石门的预留巷道、预排段巷道一直钻至上山附近的煤层中部车场甩口及车场预排段巷道，实现反向贯通钻孔的贯通。

第七步：为了防止反向贯通钻孔两端口处在瓦斯排放时间段出现塌孔现象，在所有打透的反向贯通钻孔两端口煤壁内安装2米～5米护孔管，并用堵塞头进行临时封堵。

第八步：将风路改为全风压通风系统，逐个或全部去掉反向贯通钻孔内用于临时封堵的堵塞头，新鲜风流由煤层中部车场甩口的掘进工作面进入，通过反向贯通钻孔从预留巷道及预排段巷道流出，经过第一平石门，从底板瓦斯抽放巷至回风上山。

第九步：当反向贯通钻孔把煤壁内的瓦斯排放到允许浓度时，即可进行措施效果检验，检验合格后进行由煤层中部车场甩口至第一平石门连通的第一段预留巷之间的煤巷掘进，在掘进的同时，反向贯通钻孔的瓦斯排放工作同步进行。

第十步：在第一段煤巷掘进的同时，用同样的方法可进行第二段即第一平石门到第二平石门之间的二段贯通钻孔的贯通工作；当第二段的煤巷开始掘进时，需在第一平石门中设置风门，即可实现二段贯通钻孔第二段的全风压通风。

第十一步：用同样的方法进行第三平石门、第四平石门.........第N平石门的掘进和煤巷贯通钻孔的瓦斯排放工作，这里N取正整数。

所述第一平石门距煤层中部车场甩口的距离为50米～150米，其它相邻两个平石门之间的距离也为50米～150米。

在第六步中，也可从上山附近的煤层中部车场甩口及车场预排段巷道处，向第一平石门掘通的预留巷道及预排段巷道处打正向贯通钻孔，其正向贯通钻孔与反向贯通钻孔的有关技术参数相同。

所述反向贯通钻孔、瓦斯钻孔、二段贯通钻孔的规格参数均相同，即钻孔直径为89毫米～120毫米，所述的护孔管外径与反向贯通钻孔直径相同。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)由于实现了贯通钻孔瓦斯排放，使原来的排放钻孔逸散瓦斯变为贯通风流卷吸瓦斯，使瓦斯的排放效果大大提高；

(2)原来的瓦斯排放方法，每次打10米的排放孔，需要5米以上的安全超前距；只允许掘进5米，还得重新打孔。本发明不需要预留安全超前距，且可边掘进边进行贯通钻孔瓦斯排放，大大提高了掘进速度；

(3)原来的排放方法，生产中钻孔内的瓦斯直接排放到掘进头，使掘进头的瓦斯超限概率增加，本发明钻孔内的瓦斯经石门排放到岩石集中巷，且排放过程不耽误生产，使得掘进工作的安全程度大大提高；

(4)原来的排放方法，打10米钻孔，只能掘进5米巷道，钻孔利用率只有一半；且打孔频繁，使得掘进成本及劳动强度增加，本发明的方法可减少掘进成本及工人的劳动强度；

(5)原来的排放方法要求，每次排放后都要进行措施效果检验，合格后才能进行掘进工作，本方法只进行一次措施效果检验即可，减少了工艺环节及节约了成本。

附图说明

图1是本发明在中厚煤层开采时的系统布置平面示意图；

图2是平石门及钻孔瓦斯消溶示意图；

图3是平石门、预留巷道、预排段巷道掘进位置示意图；

图4是预留巷道、预排段巷道内钻孔布置示意图；

图5是中部车场甩口至第一平石门贯通钻孔及风路示意图；

图6是第一平石门至第二平石门贯通钻孔及风路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种煤岩巷关联的掘进巷道利用贯通钻孔进行瓦斯排放的方法，包括以下施工步骤：

第一步：如图1所示，在矿井中厚煤层的设计区段边界的一侧底板岩层中开设轨道上山1、运输上山2和回风上山3，轨道上山1和运输上山2之间的距离为15米～20米，运输上山2和回风上山3之间的距离为15米～20米；在矿井中厚煤层的设计区段内开设区段煤层平巷6，在设计区段煤层平巷的底板岩层内开设有区段底板瓦斯抽放巷4，其与煤层底板的法向距离为10米～12米。

第二步：在区段底板瓦斯抽放巷4内每隔100米向区段煤层运输平巷6的方向依次开掘第一平石门开口7、第二平石门开口8、第三平石门开口9、第四平石门开口10，每个平石门开口的掘进距离为10米～15米，并使其端头与煤层底板的最短距离保持在5米岩柱以上。

第三步：如图1、图2所示，在从回风上山开始的第一平石门7内布置钻场，所述钻场由12个瓦斯钻孔13组成且呈扇形分布，瓦斯钻孔13均由平石门向煤层方向施工，所述瓦斯钻孔13穿透煤层至煤层顶板。

第四步：向瓦斯钻孔13内注入瓦斯消溶剂，对预定范围内的瓦斯进行充分消溶，实现局部瓦斯消除。

第五步：如图3所示，在对煤层掘进部位的瓦斯进行局部消除后，进行防突措施效果检验，检验合格后即可进行第一平石门7的揭煤和预留巷道14、预排段巷道15的掘进工作，掘进直达煤层顶板。

第六步：在已掘通的预留巷道14及预排段巷道15内布置钻场，按照事先设计好的钻孔布置方式，向回风上山方向打煤层局部反向贯通钻孔12，如图4所示，反向贯通钻孔12距巷道边的距离为0.5米，同一排相邻的反向贯通钻孔12之间的间距为1.5米，上排反向贯通钻孔12和下排反向贯通钻孔12之间的间距为1.8米。如图5所示，反向贯通钻孔12从第一平石门7的预留巷道14、预排段巷道15跨过回风上山3、运输上山2、轨道上山1，反向贯通钻孔12一直钻至上山附近的煤层中部车场甩口5及车场预排段巷道16，实现反向贯通钻孔12的贯通。

第七步：为了防止反向贯通钻孔12两端口处在瓦斯排放时间段出现塌孔现象，在所有打透的反向贯通钻孔12两端口煤壁内安装5米护孔管，并用堵塞头进行临时封堵。

第八步：如图5所示，将风路改为全风压通风系统，逐个或全部去掉反向贯通钻孔12内用于临时封堵的堵塞头，新鲜风流由煤层中部车场甩口5及车场预排段巷道16进入，通过反向贯通钻孔12从预留巷道14及预排段巷道15流出，经过第一平石门7，从底板瓦斯抽放巷4至回风上山3。

第九步：当反向贯通钻孔12把煤壁内的瓦斯排放到允许浓度时，即可进行措施效果检验，检验合格后进行由煤层中部车场甩口5至第一平石门7连通的第一段预留巷之间的煤巷掘进，在掘进的同时，反向贯通钻孔12的瓦斯排放工作同步进行。

第十步：如图6所示，在第一段煤巷掘进的同时，用同样的方法可进行第二段即第一平石门7到第二平石门8之间的二段贯通钻孔17的贯通工作；当第二段煤巷开始掘进时，需在第一平石门7中设置风门11，即可实现二段贯通钻孔17的全风压通风。

第十一步：用同样的方法进行第三平石门9、第四平石门10的掘进和煤巷贯通钻孔的瓦斯排放工作。

在第六步中，在条件允许的情况下，也可从上山附近的煤层中部车场甩口5及车场预排段巷道16处，向第一平石门7掘通的预留巷道14及预排段巷道15处打正向贯通钻孔，其正向贯通钻孔与反向贯通钻孔12的有关技术参数相同。

所述反向贯通钻孔12的直径为89毫米～120毫米，所述护孔管的外径与反向贯通钻孔12直径相同。

在该实施例中反向贯通钻孔12、瓦斯钻孔13、二段贯通钻孔17的规格参数均相同，即钻孔的直径为89毫米～120毫米。

在该实施例中符号表示新鲜风流的流动方向，符号表示污浊风流的流动方向。

本专利中使用了“第一”、“第二”等词语来限定巷道位置的话句，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，上述词语并没有特殊的含义。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。

Claims (4)

1.煤岩巷关联的掘进巷道利用贯通钻孔进行瓦斯排放的方法，其特征在于：包括以下施工步骤：

第一步：在矿井中厚煤层设计区段边界的一侧底板岩层中开设轨道上山、运输上山和回风上山，轨道上山和运输上山之间的距离为15米～20米，运输上山和回风上山之间的距离为15米～20米；在矿井中厚煤层的设计区段内开设有区段煤层平巷，在设计区段煤层平巷的底板岩层内开设有区段底板瓦斯抽放巷，其与煤层底板的法向距离为10米～12米；

第二步：在区段底板瓦斯抽放巷内每隔一定的距离向区段煤层平巷的方向依次开掘第一平石门开口、第二平石门开口……第N平石门开口，这里N取正整数，每个平石门开口的掘进距离为10米～15米，并使其端头与煤层底板的最短距离保持在5米岩柱以上；

第三步：在从回风上山开始的第一平石门内布置钻场，所述钻场由8个以上瓦斯钻孔组成且呈扇形分布，每个瓦斯钻孔均由平石门向煤层方向施工，所述瓦斯钻孔穿透煤层至煤层顶板；

第四步：向瓦斯钻孔内注入瓦斯消溶剂，对预定范围内的瓦斯进行充分消溶，或者采用钻孔直接排放瓦斯的石门揭煤方法，实现局部瓦斯消除；

第五步：在对煤层掘进部位的瓦斯进行局部消溶或钻孔排放后，进行防突措施效果检验，检验合格后即可进行平石门揭煤和预留巷道、预排段巷道的掘进工作，掘进直达煤层顶板；

第六步：在已掘通的预留巷道及预排段巷道内布置钻场，按照事先设计好的钻孔布置方式，向回风上山方向打若干煤层局部反向贯通钻孔，反向贯通钻孔距巷道边的距离为0.3米～0.5米，同一排相邻的反向贯通钻孔之间的间距为1.5米～2.5米，上排反向贯通钻孔和下排反向贯通钻孔之间的间距为1.5米～2.0米，反向贯通钻孔从第一平石门的预留巷道、预排段巷道一直钻至上山附近的煤层中部车场甩口及车场预排段巷道，实现反向贯通钻孔的贯通；

第七步：为了防止反向贯通钻孔两端口处在瓦斯排放时间段出现塌孔现象，在所有打透的反向贯通钻孔两端口煤壁内安装2米～5米护孔管，并用堵塞头进行临时封堵；

第八步：将风路改为全风压通风系统，逐个或全部去掉反向贯通钻孔内用于临时封堵的堵塞头，新鲜风流由煤层中部车场甩口的掘进工作面进入，通过反向贯通钻孔从预留巷道及预排段巷道流出，经过第一平石门，从底板瓦斯抽放巷至回风上山；

第九步：当反向贯通钻孔把煤壁内的瓦斯排放到允许浓度时，即可进行措施效果检验，检验合格后进行由煤层中部车场甩口至第一平石门连通的第一段预留巷之间的煤巷掘进，在掘进的同时，反向贯通钻孔的瓦斯排放工作同步进行；

第十步：在第一段煤巷掘进的同时，用同样的方法可进行第二段即第一平石门到第二平石门之间的二段贯通钻孔的贯通工作；当第二段的煤巷开始掘进时，需在第一平石门中设置风门，即可实现二段贯通钻孔第二段的全风压通风；

第十一步：用同样的方法进行第三平石门、第四平石门.........第N平石门的掘进和煤巷贯通钻孔的瓦斯排放工作，这里N取正整数。

2.根据权利要求1所述的煤岩巷关联的掘进巷道利用贯通钻孔进行瓦斯排放的方法，其特征在于：所述第一平石门距煤层中部车场甩口的距离为50米～150米，其它相邻两个平石门之间的距离也为50米～150米。

3.根据权利要求1所述的煤岩巷关联的掘进巷道利用贯通钻孔进行瓦斯排放的方法，其特征在于：在第六步中，也可从上山附近的煤层中部车场甩口及车场预排段巷道处，向第一平石门掘通的预留巷道及预排段巷道处打正向贯通钻孔，其正向贯通钻孔与反向贯通钻孔的有关技术参数相同。

4.根据权利要求1所述的煤岩巷关联的掘进巷道利用贯通钻孔进行瓦斯排放的方法，其特征在于：所述反向贯通钻孔、瓦斯钻孔、二段贯通钻孔的规格参数均相同，即钻孔直径为89毫米～120毫米，所述的护孔管外径与反向贯通钻孔直径相同。