CN110259377B - 一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法，包括：控制钻机在掘进巷道的迎头前方依次施工第一钻孔和第二钻孔；向钻杆内投入一枚钢球以堵住钻头的出水孔，并将与钻机配套的高压水泵调至预设切割压力，以使射流器开始旋转并通过射流器上的射流孔喷射液体对第二钻孔进行切割；当第一钻孔有液体流出时，控制钻杆按照预设后退速度从第二钻孔中向外退出直至钻杆完全退出第二钻孔。本申请通过预先在掘进迎头前方施工卸压钻孔并对钻孔进行水力扩孔掏槽的手段，极大的提高卸压孔的卸压空间，能够显著降低甚至消除由于地应力或瓦斯应力造成的冲击地压或煤与瓦斯事故的发生，保证井下作业人员的生命与财产安全。

Description

一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法

技术领域

本申请涉及煤矿开采技术领域，尤其是涉及到一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法。

背景技术

掘进巷道迎头前方是冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害发生的重点区域之一，由于掘进巷道作业人员密集、作业空间狭窄，一旦发生事故，极易造成群死群伤，危害极大。

为了防止掘进巷道煤岩动力灾害的发生，目前常用的办法是朝掘进迎头前方施工大直径煤层钻孔或爆破钻孔。大直径钻孔卸压空间小，若大量实施，所需工程量大，时间长，将严重影响掘进速度；如果采用爆破卸压，不仅工艺复杂，且需要一定的躲炮时间和距离，进而影响正常掘进，同时放炮还存在瞎炮、残爆以及诱发冲击或瓦斯爆炸的安全隐患，不利于安全管理。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法，通过预先在掘进迎头前方施工卸压钻孔并对钻孔进行水力扩孔掏槽的手段，极大的提高卸压孔的卸压空间，能够显著降低甚至消除由于地应力或瓦斯应力造成的冲击地压或煤与瓦斯事故的发生，保证井下作业人员的生命与财产安全。

根据本申请的一个方面，提供了一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法，包括：

控制钻机在掘进巷道的迎头前方依次施工第一钻孔和第二钻孔，其中，所述第二钻孔位于所述第一钻孔的上方，所述钻机为水钻钻机，所述钻机的钻头后方安装有射流器；

向所述钻杆内投入一枚钢球以堵住所述钻头的出水孔，并将与所述钻机配套的高压水泵调至预设切割压力，以使所述射流器开始旋转并通过射流器上的射流孔喷射液体对所述第二钻孔进行切割；

当所述第一钻孔有液体流出时，控制所述钻杆按照预设后退速度从所述第二钻孔中向外退出直至所述钻杆完全退出所述第二钻孔。

具体地，所述第一钻孔以及所述第二钻孔的钻孔长度相同，所述第一钻孔与所述第二钻孔的钻孔倾角相同，所述钻孔倾角为沿水平方向竖直向上倾斜1°至10°。

具体地，所述第一钻孔与所述掘进巷道的底板之间的距离为1米至2米。

具体地，所述预设后退速度为0.02米/分钟至0.2米/分钟。

具体地，所述预设切割压力P>2σ，其中，σ为煤体的单轴抗压强度。

具体地，所述第一钻孔与所述第二钻孔之间的距离为0.5D至1.0D，其中，D为预设切割半径。

具体地，所述射流孔包括多个，多个所述射流孔均匀分布在所述钻杆的同一横截面的圆周上。

具体地，多个所述射流孔的孔口朝向与所述第二钻孔的轴线方向呈70°至85°夹角。

借由上述技术方案，本申请提供的一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法，通过预先在掘进迎头前方施工卸压钻孔并对钻孔进行水力扩孔掏槽的手段，成倍提高卸压孔的卸压空间，能够显著降低掘进迎头前方地应力和瓦斯应力，从根本上改善掘进巷道迎头内前方内应力环境，使发生动力灾害的风险显著降低甚至完全消除，且能大大减小防治工程量，降低防治成本。本申请对煤矿冲击地压等煤岩动力灾害防治技术及理念的进步具有重要意义，社会经济效益显著。

本方法也同样适用于煤层巷道两帮的钻孔掏槽卸压。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法的流程示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种煤矿掘进巷道的掘进工作面的俯视示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种煤矿掘进巷道的掘进工作面的剖面示意图；

图4示出了本申请实施例提供的一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法的施工作业示意图；

图5示出了本申请实施例提供的另一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法的施工作业示意图。

附图标记：

1-迎头；2-煤层；3-钻机；4-第一钻孔；5-第二钻孔；6-钻孔长度；7-钻杆；8-射流器；9-高压水泵；10-高压胶管；11-钻头；12-切割后的腔体。

具体实施方式

为克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。

在本实施例中提供了一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101，控制钻机在掘进巷道的迎头前方施工第一钻孔和第二钻孔，其中，第二钻孔位于第一钻孔的上方，钻机为水钻钻机，钻机的钻头后方安装有射流器；

步骤102，向钻杆内投入一枚钢球以堵住钻头的出水孔，并将与钻机配套的高压水泵调至预设切割压力，以使射流器开始旋转并通过射流器上的射流孔喷射液体对第二钻孔进行切割；

步骤103，当第一钻孔有液体流出时，控制钻杆按照预设后退速度从第二钻孔中向外退出直至钻杆完全退出第二钻孔。

如图2和图3所示，掘进巷道位于煤层2中，掘进巷道当前挖煤的位置为的掘进迎头1处，挖煤机械3往箭头方向向前挖煤，挖出的煤由安装在迎头1后方巷道中的皮带运输机运出。

在上述实施例中，为了实现对掘进巷道煤岩动力灾害的防治，提高掘进安全，如图4和图5所示，首先，采用矿用钻机3在掘进巷道迎头1朝向掘进的方向施工一个卸压钻孔即第一钻孔4，其中，本申请实施例采用矿用钻机3、高压水泵9、安装有射流器的配套密封钻杆7以及钻头11进行施工，利用矿用钻机3带动高压密封钻杆7和钻头11进行钻孔，在施工第一钻孔4时，钻头11前方的出水孔是开启的，打钻过程的水从钻头11前方的孔排出，钻杆内水压较小，无法开启射流器8中的射流孔，第一钻孔4用于扩孔掏槽期间的排渣和排水；其次，在第一钻孔4的上方采用相同的施工方式再施工一个各项参数与第一钻孔4一致的另一个卸压钻孔即第二钻孔5，第二钻孔5施工完毕后将高压水泵9关闭，第二钻孔5用于扩孔掏槽；然后，往钻杆内投入一合适尺寸的钢球，重新开启高压水泵9，使钢球堵住前方出水孔后，逐渐调至预设切割压力，钻杆内的水压开始升高，射流器8开始高速旋转并从射流孔中喷出高压射流液体对第二钻孔5的孔壁进行切割，实现对第二钻孔5的扩孔操作，并时刻观察第一钻孔4的出水情况；接着，当第一钻孔4出水时，开始按照预设后退速度将钻杆7缓慢退出第二钻孔5中，持续一边扩孔一边退杆的操作，直至完成整个第二钻孔5的扩孔，得到切割后的腔体12。

通过应用本实施例的技术方案，通过预先在掘进迎头前方施工卸压钻孔并对钻孔进行水力扩孔掏槽的手段，成倍提高卸压孔的卸压空间，能够显著降低掘进迎头前方地应力和瓦斯应力，从根本上改善掘进巷道迎头前方内应力环境，使发生动力灾害的风险显著降低甚至完全消除，且能大大减小防治工程量，降低防治成本。本申请对煤矿冲击地压等煤岩动力灾害防治技术及理念的进步具有重要意义，社会经济效益显著。

在本申请的上述实施例中，具体地，当第一钻孔有液体流出时，控制钻杆按照预设后退速度从第二钻孔中向外退出直至钻杆完全退出第二钻孔之后，该方法还包括：

在上述实施例中，通过在钻杆7内投入一枚大小合适的钢球，然后重新开启高压水泵9，并逐步提高高压水泵9的工作压力，使钢球把钻头11前方的出水口堵住。堵住前方出水孔后，钻杆内的水压开始升高，同时射流器开始旋转并从侧向的射流孔中喷出高压液体，钻杆内压力越大，喷出液体的速度越快。

在本申请的上述实施例中，具体地，第一钻孔4和第二钻孔5的钻孔长度大致相等，可根据经验确定，为了保证液体和煤渣能够顺利从第一钻孔4中流出，钻孔需要具备一定的倾斜角度，在进行钻孔时，钻杆7沿水平方向竖直方向向上倾斜1°至10°左右。

在本申请的上述实施例中，具体地，第一钻孔4与掘进巷道的底板之间的距离为1米至2米。

在上述实施例中，第一钻孔4与掘进巷道的底板之间有一定距离，这个距离主要由掘进巷道的实际高度确定，本申请实施例中设置的距离在1米至2米之间。

在本申请的上述实施例中，具体地，预设后退速度为0.02米/分钟至0.2米/分钟。

在上述实施例中，当第一钻孔4开始出水时，按照预设后退速度缓慢将钻杆7从第二钻孔5内退出，预设后退速度可由实验室或现场测试获得，一般为0.02米/分钟至0.2米/分钟。

在本申请的上述实施例中，具体地，预设切割压力P>2σ，其中，σ为煤体的单轴抗压强度。

在上述实施例中，预设切割压力大于两倍的煤体单轴抗压强度，以保证高压液体顺利实现对第二钻孔5的扩孔切割。

在本申请的上述实施例中，具体地，第一钻孔4与第二钻孔5之间的距离为0.5D至1.0D，其中，D为预设切割半径。

在上述实施例中，根据预设切割半径D确定第一钻孔4与第二钻孔5之间的距离，预设切割半径为在现场或实验室测试获得的对钻孔进行切割扩孔后得到的半径，第一钻孔4与第二钻孔5之间的孔间距L＝(0.5-1.0)D，比如D＝0.5米，L＝0.25米或0.5米等。

在本申请的上述实施例中，具体地，射流孔包括多个，多个射流孔均匀分布在钻杆7的同一横截面的圆周上。

在上述实施例中，射流器8包括多个射流孔，且为了保证对第二钻孔4的均匀扩孔，多个射流孔均匀的分布在钻杆7的同一横截面的圆周上，例如设置3个锥形射流孔，相邻的两两射流孔之间距离相等。

在本申请的上述实施例中，具体地，多个射流孔的孔口朝向与第二钻孔5的轴线方向呈70°至85°夹角。

在上述实施例中，射流器8的射流孔空口朝向钻头方向，且与第二钻孔5轴线呈70°至85°夹角，可以使高压水对孔壁切割位置位于钻头11前方，有利于提高扩孔效率，而且能避免由于切割下来的大块煤卡死钻头11的现象发生。

通过本申请实施例的技术方案，采用上述的施工方式进行钻孔、扩孔以及掘进，直至整个钻孔长度范围内的煤体被挖出，可以实现整条巷道掘进期间先卸压后掘进，从根本上消除了掘进迎头前方发生冲击地压、煤与瓦斯突出的隐患。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种煤矿掘进巷道煤岩动力灾害的防治方法，其特征在于，包括：

控制钻机在掘进巷道的迎头前方依次施工第一钻孔和第二钻孔，其中，所述第二钻孔位于所述第一钻孔的上方，所述第一钻孔以及所述第二钻孔的钻孔长度相同，所述第一钻孔与所述第二钻孔的钻孔倾角相同，所述钻孔倾角为沿水平方向竖直向上倾斜1°至10°，所述钻机为水钻钻机，所述钻机的钻头后方安装有射流器，所述第一钻孔与所述第二钻孔之间的距离为0.5D至1.0D，其中，D为预设切割半径；

向钻杆内投入一枚钢球以堵住所述钻头的出水孔，并将与所述钻机配套的高压水泵调至预设切割压力，以使所述射流器开始旋转并通过射流器上的射流孔喷射液体对所述第二钻孔进行切割，所述射流孔包括多个锥形射流孔，多个所述射流孔均匀分布在所述钻杆的同一横截面的圆周上，多个所述射流孔的孔口朝向与所述第二钻孔的轴线方向呈70°至85°夹角，所述预设切割压力P>2σ，其中，σ为煤体的单轴抗压强度；

当所述第一钻孔有液体流出时，控制所述钻杆按照预设后退速度从所述第二钻孔中向外退出，持续一边扩孔一边退杆的操作直至所述钻杆完全退出所述第二钻孔完成整个第二钻孔的扩孔。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一钻孔与所述掘进巷道的底板之间的距离为1米至2米。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设后退速度为0.02米/分钟至0.2米/分钟。

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