CN111237006A - 高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法，包括在煤矿井下回采工作面巷道的掘进过程中，沿工作面中部布置工艺巷，使之与工作面的上、下顺槽形成“U+L”形的通风系统，该种通风系统，更加简单、稳定、可靠；工艺巷内施工顶板超前深孔预裂爆破孔，上顺槽靠上帮、下顺槽靠下帮施工工作面上、下两个端头超前预裂孔对煤层和煤层顶板实施预裂爆破，防治工作面冲击地压灾害的发生，预裂爆破使得煤层的顶板产生大量的次生裂隙，进而为工作面回采期间在工艺巷和上顺槽内施工的长距离、短距离高位钻孔抽采卸压瓦斯提供了良好的通道，可大幅度降低回采期间工作面回风隅角瓦斯涌出强度，切实保障工作面的安全、高效开采。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿井下冲击地压与瓦斯共生灾害的防治技术，具体为一种高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法。
背景技术
我国是世界上最大的煤炭生产与消费国，煤炭储量占世界的45.7%，居世界第一位，煤炭产量约占世界总产量的38.2%。煤炭在我国的能源结构中占有重要地位，约占60%左右，对我国经济发展具有重要意义。但是，我国又是世界上煤矿事故最严重的国家，尤其是瓦斯灾害事故，约占煤矿事故总数的35%以上。瓦斯灾害事故的发生，造成了大量的人员伤亡和财产损失，严重制约了矿井安全生产。近年来，随着我国煤矿由浅部水平逐渐转入深部水平开采，深部区域煤岩动力灾害越来越严重，同时深部开采使得矿井采场地应力增大，煤岩动力灾害逐渐凸显，由此导致影响瓦斯灾害发生的因素变得更为复杂，逐渐呈现瓦斯灾害与其他灾害耦合发生的趋势。尤其是煤层上方存在坚硬顶板的情况下，冲击地压的发生造成的矿压显现与瓦斯异常涌出，给工作面安全开采造成严重威胁。
目前，现有技术存在以下问题：
（1）传统的具有冲击地压的高瓦斯矿井回采工作面的通风系统普遍采用“U+工艺巷”的巷道布置方式，易造成工作面采掘串联通风，且影响工作面上隅角瓦斯治理。
（2）工艺巷施工期间如遇局部通风机停止运转等情况，需对工艺巷内气体进行排放，影响工作面综采生产；工艺巷超前预裂爆破顶板时采用集中爆破方式，爆破产生的有毒有害气体浓度高，对工作面安全生产造成影响，所以爆破期间需停止工作面作业，人员撤离至安全地点。
（3）工艺巷超前预裂爆破后，造成煤体大量破碎，长时间供风容易造成煤体氧化升温，采取保护性封闭措施后， 待工作面回采至工艺巷处，需提前进行启封，造成材料和人力投入成本增加并影响正常生产作业。
（4）具有冲击地压灾害的矿井工作面顶板普遍坚硬，“U+工艺巷”通风方式下的工艺巷爆破效果不佳，工作面上端头顶板垮落不及时，甚至工作面采空区大面积悬顶，造成瓦斯涌出量比以往都大。
有鉴于此，本发明提供了一种高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法，解决了煤矿井下冲击地压与瓦斯涌出联动防控的问题，具有通风系统简单、稳定、可靠，且钻孔工程量小的优点。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种工作面通风系统简单、稳定、可靠，且钻孔工程量小的工艺巷长距离高位钻孔协同回风巷短距离高位钻孔的高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法。
技术方案：本发明的高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法，包括以下步骤：
步骤a）在工作面中部施工工艺巷，使之与工作面的上顺槽、下顺槽以及开切巷形成“U+L”形的通风系统，避免风流短路；
步骤b）工作面回采前，在上顺槽下帮、下顺槽上帮及工艺巷两帮施工顶板超前深孔预裂爆破孔，排距为10m，炮眼布置垂直于巷道中心线，确保预爆破超前工作面100m完成，并超前工作面50m完成爆破；在工艺巷两帮，每间隔5m施工工艺巷煤层松动爆破孔，炮眼布置垂直于工艺巷巷道中心线；
步骤c）分别在上顺槽、下顺槽靠靠近施工工作面上、下两个端头施工顺槽切顶孔，每组顺槽切顶孔施工2～3个钻孔，孔深25m～38m，沿上顺槽、下顺槽的长度设置多组；顺槽切顶孔超前工作面100m完成施工，超前工作面50m完成爆破；
步骤d）为保证工作面初次放顶能够做到一次性拉槽处理顶板，开切巷内布置两排初放孔，初放孔垂直于开切巷的底面设置，每排初放孔呈 “一”字型分布，两排孔交错布置，于每个初放孔位置同侧布置一个顶煤爆破孔作为辅助拉槽孔，顶煤爆破孔与初放孔之间形成一定夹角；开切巷上、下端头每组施工3个钻孔，共施工3组；初次放顶结束后，对工作面超前50m进行爆破放顶；
步骤e）工作面上顺槽、工艺巷顶板超前至少50m进行预裂爆破，爆破后煤层和顶板应力重新分布，随后煤层、顶板重新踏实，向采空区施工瓦斯抽采钻孔；工作面上隅角前方10m内以及工艺巷距工作面50m内均具备短距离、长距离高位钻孔的施工条件；
步骤f）上顺槽距离工作面切顶线10m范围内每隔6m左右，向上隅角采空区施工短距离抽放钻孔，短距离抽放钻孔连接到隅角插管三通进行瓦斯抽采；工艺巷每隔50m施工一组长距离抽放钻孔，每组三个孔，钻孔倾角24°~26°，钻孔长度80~100m，间距为1m，分别施工至工作面回风隅角上部区域，长距离抽放钻孔连接到工艺巷高压管路进行瓦斯抽采。
进一步的，步骤a）中，所述施工顶板超前深孔预裂爆破孔采用φ60的药卷进行装药，所施工的工艺巷煤层松动爆破孔采用φ90的药卷进行装药。
进一步的，步骤b）中，工艺巷超前开切眼15m处起施工第一组顶板超前深孔预裂爆破孔；
进一步的，步骤c）中，每组顺槽切顶孔的间距为5m，孔的远端方向指向工作面5.
进一步的，步骤d）中，所述初放孔的单排孔孔间距为5m，炮眼直径φ75mm，初放孔孔深均为35m，顶煤爆破孔深均为8.5m。
进一步的，步骤d）中，顶煤爆破孔与初放孔之间的夹角为25度。
进一步的，步骤d）中，短距离抽放钻孔长30m，钻孔倾角50°。
有益效果：由于采用了上述技术方案，可对煤矿实施冲击地压与瓦斯共生灾害的协同防控。该方法具有工作面通风系统简单、可靠，且钻孔工程量小等优点。特别是，工作面中部布置的工艺巷内施工的预裂爆破钻孔对煤层和煤层顶板实施预裂爆破，可有效防治矿井冲击地压灾害的发生。同时，预裂爆破使得煤层的顶板产生大量的次生裂隙，进而为工作面回采期间在工艺巷和上顺槽内施工的长距离、短距离高位钻孔抽采卸压瓦斯提供了良好的通道，可大幅度降低回采期间工作面回风隅角瓦斯涌出强度，切实保障工作面的安全、高效开采。
附图说明
图1为工艺巷煤层松动爆破孔、顶板超前深孔预裂爆破孔以及顺槽切顶孔的布置图。
图2为图1的剖视图。
图3为开切巷初次放顶孔平面示意图。
图4为图3的A-A剖视图。
图5为图3的B-B剖视图。
图6为图3的C-C剖视图。
图7为长距离瓦斯抽放钻孔布置示意图。
图8为图7的剖视示意图。
图9为短距离瓦斯抽放钻孔的布置示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法，包括以下步骤：
步骤a）在工作面5中部施工工艺巷2，使之与工作面5的上顺槽1、下顺槽3以及开切巷4形成“U+L”形的通风系统，避免风流短路（如图1所示）；
步骤b）工作面回采前，在上顺槽1下帮、下顺槽3上帮及工艺巷2两帮施工顶板超前深孔预裂爆破孔7，在工艺巷2超前开切眼15m处起施工第一组顶板超前深孔预裂爆破孔7，排距为10m，采用φ60的药卷进行装药，炮眼布置垂直于巷道中心线，确保预爆破超前工作面100m完成，并超前工作面50m完成爆破；在工艺巷2两帮，每间隔5m施工工艺巷煤层松动爆破孔6，采用φ90的药卷进行装药；炮眼布置垂直于工艺巷巷道中心线；施工完成后，工艺巷2和上顺槽1内的顶板超前深孔预裂爆破孔7远端在水平方向的距离为14m，在工艺巷2和下顺槽3内的距离为16m（如图1和图2所示）；
步骤c）分别在上顺槽1、下顺槽3靠近施工工作面5上、下两个端头施工顺槽切顶孔8，每组顺槽切顶孔8施工2～3个钻孔，孔深25m～38m，沿上顺槽1、下顺槽3的长度设置多组，每组的间距为5m，孔的远端方向指向工作面5；顺槽切顶孔8超前工作面100m完成施工，超前工作面50m完成爆破（如图1和图2所示）；
步骤d）为保证工作面5初次放顶能够做到一次性拉槽处理顶板，开切巷4内布置两排初放孔11，初放孔11垂直于开切巷4的底面设置，每排初放孔11呈 “一”字型分布，两排孔交错布置，两排初放孔11的孔深均为35m，单排孔相邻孔间距为5m，两排初放孔1的行距为3.6m，两排初放孔11在水平方向上错开2.5m设置；初放孔11采用ZDY-1000型钻机及配套钻杆施工，炮眼直径75mm；靠近工作面5一侧的初放孔11的施工开始处距工作面5煤壁3m，距上端头3.5m，另一排炮孔距上端头6m开始施工钻孔；
于每个初放孔11位置同侧布置一个顶煤爆破孔12作为辅助拉槽孔，顶煤爆破孔孔深8.5m，顶煤爆破孔12与初放孔11之间形成25度夹角；开切巷4上、下端头每组施工3个钻孔13，共施工3组，每组包括｜#、Ⅱ#、Ⅲ#钻孔，其中上端头的Ⅲ#钻孔与开切巷4的底板夹角为87°，Ⅱ#钻孔与Ⅲ#的夹角为14度，｜#与Ⅲ#的夹角为28度；下端头的｜#钻孔与开切巷4的底板夹角为88°，Ⅱ#钻孔与｜#钻孔的夹角为12度，｜#与Ⅲ#的夹角为23度（如图3和图4所示）；初放孔11施工至顶板内，顶煤爆破孔12施工至煤层顶部；初次放顶结束后，对工作面超前50m进行爆破放顶（如图3-6所示）；
步骤e）工作面上顺槽1、工艺巷2顶板超前至少50m进行预裂爆破，爆破后煤层和顶板应力重新分布，随后煤层、顶板重新踏实，向采空区施工瓦斯抽放钻孔；工作面上隅角前方10m内以及工艺巷距工作面50m内均具备短距离、长距离高位钻孔的施工条件；
步骤f）上顺槽1距离工作面5切顶线10m范围内每隔6m左右，向上隅角采空区施工短距离瓦斯抽放钻孔10，短距离抽放钻孔10长30m，钻孔倾角50°；短距离瓦斯抽放钻孔10连接到隅角插管三通进行瓦斯抽采；工艺巷2每隔50m施工一组长距离瓦斯抽放钻孔9，每组三个孔，钻孔倾角24°~26°，钻孔长度80~100m，间距为1m，分别施工至工作面回风隅角上部区域，长距离瓦斯抽放钻孔9连接到工艺巷2高压管路进行瓦斯抽采（如图7-9所示）。
Claims (7)
1.一种高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a）在工作面中部施工工艺巷，使之与工作面的上顺槽、下顺槽以及开切巷形成“U+L”形的通风系统，避免风流短路；
步骤b）工作面回采前，在上顺槽下帮、下顺槽上帮及工艺巷两帮施工顶板超前深孔预裂爆破孔，排距为10m，炮眼布置垂直于巷道中心线，确保预爆破超前工作面100m完成，并超前工作面50m完成爆破；在工艺巷两帮，每间隔5m施工工艺巷煤层松动爆破孔，炮眼布置垂直于工艺巷巷道中心线；
步骤c）分别在上顺槽、下顺槽靠靠近施工工作面上、下两个端头施工顺槽切顶孔，每组顺槽切顶孔施工2～3个钻孔，孔深25m～38m，沿上顺槽、下顺槽的长度设置多组；顺槽切顶孔超前工作面100m完成施工，超前工作面50m完成爆破；
步骤d）为保证工作面初次放顶能够做到一次性拉槽处理顶板，开切巷内布置两排初放孔，初放孔垂直于开切巷的底面设置，每排初放孔呈 “一”字型分布，两排孔交错布置，于每个初放孔位置同侧布置一个顶煤爆破孔作为辅助拉槽孔，顶煤爆破孔与初放孔之间形成一定夹角；开切巷上、下端头每组施工3个钻孔，共施工3组；初次放顶结束后，对工作面超前50m进行爆破放顶；
步骤e）工作面上顺槽、工艺巷顶板超前至少50m进行预裂爆破，爆破后煤层和顶板应力重新分布，随后煤层、顶板重新踏实，向采空区施工瓦斯抽采钻孔；工作面上隅角前方10m内以及工艺巷距工作面50m内均具备短距离、长距离高位钻孔的施工条件；
步骤f）上顺槽距离工作面切顶线10m范围内每隔6m左右，向上隅角采空区施工短距离抽放钻孔，短距离抽放钻孔连接到隅角插管三通进行瓦斯抽采；工艺巷每隔50m施工一组长距离抽放钻孔，每组三个孔，钻孔倾角24°~26°，钻孔长度80~100m，间距为1m，分别施工至工作面回风隅角上部区域，长距离抽放钻孔连接到工艺巷高压管路进行瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的一种高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法，其特征在于，步骤a）中，所述施工顶板超前深孔预裂爆破孔采用φ60的药卷进行装药，所施工的工艺巷煤层松动爆破孔采用φ90的药卷进行装药。
3.根据权利要求1所述的一种高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法，其特征在于，步骤b）中，工艺巷超前开切眼15m处起施工第一组顶板超前深孔预裂爆破孔。
4.根据权利要求1所述的一种高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法，其特征在于，步骤c）中，每组顺槽切顶孔的间距为5m，孔的远端方向指向工作面5。
5.根据权利要求1所述的一种高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法，其特征在于，步骤d）中，所述初放孔的单排孔孔间距为5m，炮眼直径φ75mm，初放孔孔深均为35m，顶煤爆破孔深均为8.5m。
6.根据权利要求1所述的一种高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法，其特征在于，步骤d）中，顶煤爆破孔与初放孔之间的夹角为25度。
7.根据权利要求1所述的一种高位长、短距离钻孔联动防控冲击地压与瓦斯涌出的方法，其特征在于，步骤d）中，短距离抽放钻孔长30m，钻孔倾角50°。
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