CN108757009B - 一种利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，包括以下步骤：设计钻孔位置：根据钻孔泄压范围的大小、钻孔泄压范围可以联成片来确定钻孔间距；钻孔；在通到煤层之前垂直向下钻进，通到煤层后可穿过煤层或沿煤层定向钻进；强震装置泄压；封孔：用水泥封闭钻孔。本发明利用地面钻孔定向直达煤与瓦斯突出煤层，人员远离煤与瓦斯突出的煤层，且位于地面，充分保证人员的安全；采取强震措施诱发煤与瓦斯突出，使其卸压，达到消除煤与瓦斯突出的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种消除煤与瓦斯突出的方法，尤其是一种利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法。
背景技术
瓦斯是赋存在地下煤层气中的气体，其主要成分是以液体薄膜状态赋存在煤层微孔隙表面的可燃性烃类气体，该烃类气体的主要成分是甲烷。瓦斯既是天然气清洁能源，又是导致煤矿瓦斯突出和爆炸的主要原因。很多煤矿是高瓦斯矿井或者是煤与瓦斯突出矿井，在煤与瓦斯突出矿井的井下采掘过程中，煤与煤矸石常常一瞬间被从煤体中抛出，并伴随喷出大量瓦斯，该种现象称为煤与瓦斯突出。由于突出矿井煤层瓦斯压力大（≥0.74Mpa），当煤与瓦斯突出时会造成几百立方甚至上千立方煤炭突出，堵塞井下巷道，使井下狭小的工作空间瞬间塞满，掩埋人员与设备，造成人员伤亡事故和财产损失，因此瓦斯防治任务非常重要。目前，煤矿开采煤与瓦斯突出煤层的方法，主要是开采解放层和本煤层抽放瓦斯，以降低煤层瓦斯压力，防止煤与瓦斯突出。开采解放层是指：在多煤层矿井中，首先开采无瓦斯突出的煤层或突出危险性较小的煤层，释放瓦斯含量较高、突出危险性较大临近煤层中的瓦斯，借此消除临近煤层瓦斯突出的危险。其中，首先开采的危险性较小的煤层称为保护层或解放层；后开采的煤层为被保护层或被解放层。一般情况下，通过采空区及岩层裂隙释放突出煤层瓦斯压力、使瓦斯压力降低至0.74Mpa以下，便于安全开采；本煤层抽放瓦斯是指：通过井下巷道向煤与瓦斯突出煤层钻孔抽放瓦斯，降低煤层瓦斯压力以达到消除煤与瓦斯突出的目的。
传统方法存在以下缺点：（1）开采解放层是开采煤与瓦斯突出煤层的临近层，需要开掘大量巷道和进行煤层开采，井巷工程量大，投资多，且解放层开采时间长，岩巷与煤层间距不易控制；井下本煤层瓦斯抽放需要开掘大量岩石巷道，岩石工程量大、投资多、费用高；巷道穿过煤层或接近煤层，还需消除煤与瓦斯突出，消突措施费工费力；（2）传统上消除煤与瓦斯突出的方法均存在煤与瓦斯有可能沿薄弱点突出的安全风险，易造成人员的伤亡；（3）随着矿井开采深度的增加，井下开采范围已经脱离了矿井先期开采地段范围，往往钻孔密度较小，勘探程度低，一般情况下大都不再进行地面补充勘探，仅依据井下实见情况整理矿井地质报告或储量核实报告，使得对未来开采地段地质情况认识不够详尽。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提出一种利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，利用地面钻孔定向直达煤与瓦斯突出煤层，人员远离煤与瓦斯突出的煤层，且位于地面，充分保证人员的安全；采取强震措施诱发煤与瓦斯突出，使其卸压，达到消除煤与瓦斯突出的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，包括以下步骤：
a、设计钻孔位置：根据钻孔泄压范围的大小、泄压范围可以联成片来确定钻孔的间距，第一个孔确定在有煤与瓦斯突出煤层的采区中部，采取强振措施泄压后，测定瓦斯泄压范围，根据可泄压范围再确定第二个钻孔、第三钻孔及更多钻孔的位置及间距；
b、钻孔：确定孔径，钻孔，不取芯，采用钻井液泥浆护壁；
c、孔向的确定：钻孔在通到煤层之前垂直向下钻进，通到煤层后可穿过煤层或沿煤层定向钻进；
d、强震装置泄压：钻孔内设置有强震装置，诱发煤与瓦斯通过钻孔向地面喷出，泄掉煤与瓦斯的压力，消除煤与瓦斯突出；
e、封孔：通过强震装置消除煤层煤与瓦斯突出之后，用水泥封闭钻孔，防止含水层的水进入井下。
上述利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，所述步骤b中，所述孔径为89mm-500mm。
上述利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，所述步骤c中，孔向的确定，钻孔在通到煤层之前，先是垂直向下钻进，然后在接近煤层之前以1.2°-1.5°倾斜角缓慢转向煤层。
上述利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，所述强震装置包括空气炮、防水炸药或机械强震装置。
上述利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，所述空气炮设置在地面，高压空气通过管道通入钻孔终孔位置，启动空气炮，由空气炮产生的强烈震动诱发煤层煤与瓦斯突出，进行泄压。
上述利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，所述防水炸药为煤矿矿用防水炸药药卷或者炸药包，所述药卷直径为35mm，药卷每卷长150-250mm，炸药的多少取决于采用震动力的大小。采用钻具将所述防水炸药放置与钻孔终孔位置，利用电雷管起爆，诱发煤层煤与瓦斯突出，进行泄压。
上述利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，所述机械强震装置为加装有强震机械头的钻具，利用钻具撞击煤层，诱发煤与瓦斯突出，进行泄压。
本发明利用地面钻孔定向直达煤与瓦斯突出煤层，人员远离煤与瓦斯突出的煤层，且位于地面，充分保证人员的安全；随着开采深度的增加，根据瓦斯梯度指示，矿井瓦斯涌出量逐渐增大，当钻孔通到煤层后可以直接测量煤层瓦斯的含量、压力；采取强震装置诱发煤与瓦斯突出，扩大钻孔周围煤层的泄压范围，达到消除煤与瓦斯突出的目的；地面钻孔还可以作为地面瓦斯抽放孔，降低开采煤层的瓦斯浓度，一孔多用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
设计钻孔位置：根据钻孔泄压范围的大小、泄压范围可以联成片来确定钻孔的间距，第一个孔确定在有煤与瓦斯突出煤层的采区中部，采取强振措施泄压后，测定瓦斯泄压范围，根据可泄压范围再确定第二个钻孔、第三钻孔及更多钻孔的位置及间距；钻孔：确定孔径为89mm-500mm，钻孔，不取芯，采用钻井液泥浆护壁，钻井液泥浆是很好的钻井润滑护壁泥浆，可防坍塌，有泥浆护壁近千米钻孔不塌孔；孔向的确定：钻孔在通到煤层之前垂直向下钻进，通到煤层后可穿过煤层或沿煤层定向钻进；另一种孔向为钻孔在通到煤层之前，先是垂直向下钻进，然后在接近煤层之前以1.2°-1.5°倾斜角缓慢转向煤层，提前进行转向钻进，可以使得后期采用空气炮泄压的高压空气通入管道的位置更长，增大泄压范围；空气炮泄压：空气炮设置在地面，高压空气通过管道通入钻孔终孔位置，启动空气炮后，由空气炮产生的强烈震动诱发煤层煤与瓦斯通过钻孔向地面喷出，泄掉煤与瓦斯的压力，消除煤与瓦斯突出；封孔：通过强震装置消除煤层煤与瓦斯突出之后，用水泥封闭钻孔，防止含水层的水进入井下。
实施例2
设计钻孔位置：根据钻孔泄压范围的大小、泄压范围可以联成片来确定钻孔的间距，第一个孔确定在有煤与瓦斯突出煤层的采区中部，采取强振措施泄压后，测定瓦斯泄压范围，根据可泄压范围再确定第二个钻孔、第三钻孔及更多钻孔的位置及间距；钻孔：确定孔径为89mm-500mm，钻孔，不取芯，采用钻井液泥浆护壁，钻井液泥浆是很好的钻井润滑护壁泥浆，可防坍塌，有泥浆护壁近千米钻孔不塌孔；孔向的确定：钻孔在通到煤层之前垂直向下钻进，通到煤层后可穿过煤层或沿煤层定向钻进；另一种孔向为钻孔在通到煤层之前，先是垂直向下钻进，然后在接近煤层之前以1.2°-1.5°倾斜角缓慢转向煤层，提前进行转向钻进，可以使得后期放置炸药的位置点更多，增大泄压范围；防水炸药泄压：所述防水炸药为煤矿矿用防水炸药药卷或者炸药包，所述药卷直径为35mm，药卷每卷长150-250mm，炸药的多少取决于采用震动力的大小。采用钻具将所述防水炸药放置与钻孔终孔位置，利用电雷管起爆产生强烈震动，诱发煤层煤与瓦斯通过钻孔向地面喷出，泄掉煤与瓦斯的压力，消除煤与瓦斯突出；封孔：通过强震装置消除煤层煤与瓦斯突出之后，用水泥封闭钻孔，防止含水层的水进入井下。
实施例3
设计钻孔位置：根据钻孔泄压范围的大小、泄压范围可以联成片来确定钻孔的间距，第一个孔确定在有煤与瓦斯突出煤层的采区中部，采取强振措施泄压后，测定瓦斯泄压范围，根据可泄压范围再确定第二个钻孔、第三钻孔及更多钻孔的位置及间距；钻孔：确定孔径为89mm-500mm，钻孔，不取芯，采用钻井液泥浆护壁，钻井液泥浆是很好的钻井润滑护壁泥浆，可防坍塌，有泥浆护壁近千米钻孔不塌孔；孔向的确定：钻孔在通到煤层之前垂直向下钻进，通到煤层后可穿过煤层或沿煤层定向钻进；另一种孔向为钻孔在通到煤层之前，先是垂直向下钻进，然后在接近煤层之前以1.2°-1.5°倾斜角缓慢转向煤层；机械强震装置泄压：所述机械强震装置为加装有强震机械头的钻具，利用钻具撞击煤层，诱发煤层煤与瓦斯通过钻孔向地面喷出，泄掉煤与瓦斯的压力，消除煤与瓦斯突出；封孔：通过强震装置消除煤层煤与瓦斯突出之后，用水泥封闭钻孔，防止含水层的水进入井下。
Claims (5)
1.一种利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，其特征是，利用地面钻孔定向直达煤与瓦斯突出煤层，包括以下步骤：
a、设计钻孔位置：根据钻孔泄压范围的大小、泄压范围可以联成片来确定钻孔的间距，第一个孔确定在有煤与瓦斯突出煤层的采区中部，采取强振措施泄压后，测定瓦斯泄压范围，根据可泄压范围再确定第二个钻孔、第三钻孔及更多钻孔的位置及间距；
b、钻孔：确定孔径，钻孔，不取芯，采用钻井液泥浆护壁；
c、孔向的确定：钻孔在通到煤层之前垂直向下钻进，通到煤层后可穿过煤层或沿煤层定向钻进；钻孔在通到煤层之前，先是垂直向下钻进，然后在接近煤层之前以与垂直方向夹角为1.2°-1.5°的倾斜角缓慢转向煤层；
d、强震装置泄压：钻孔内设置有强震装置，诱发煤与瓦斯通过钻孔向地面喷出，泄掉煤与瓦斯的压力，消除煤与瓦斯突出；
e、封孔：通过强震装置消除煤层煤与瓦斯突出之后，用水泥封闭钻孔，防止含水层的水进入井下；
所述步骤b中，所述孔径为89mm-500mm。
2.根据权利要求1所述的利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，其特征是，所述强震装置包括空气炮、防水炸药或机械强震装置。
3.根据权利要求2所述的利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，其特征是，所述空气炮设置在地面，高压空气通过管道通入钻孔终孔位置，启动空气炮，由空气炮产生的强烈震动诱发煤层煤与瓦斯突出，进行泄压。
4.根据权利要求2所述的利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，其特征是，所述防水炸药为煤矿矿用防水炸药药卷或者炸药包，所述药卷直径为35mm，药卷每卷长150-250mm，炸药的多少取决于采用震动力的大小，采用钻具将所述防水炸药放置于钻孔终孔位置，利用电雷管起爆，诱发煤层煤与瓦斯突出，进行泄压。
5.根据权利要求2所述的利用地面钻孔消除煤与瓦斯突出的方法，其特征是，所述机械强震装置为加装有强震机械头的钻具，利用钻具撞击煤层，诱发煤与瓦斯突出，进行泄压。
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