CN112377241A - 顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔抽采方法 - Google Patents

Abstract

顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔的抽采方法，属于煤矿井下瓦斯抽采领域，是针对一种煤质松软，煤层中瓦斯赋存量大且在煤层中流动性差的高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井而言，在煤层开采前，需要对煤层进行瓦斯抽采，以提前将煤层内的瓦斯抽提出来，消除煤层的突出危险性的一种瓦斯治理方法。

Description

顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔抽采方法

技术领域

本发明属于煤矿井下瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种提高松软低透煤层抽采量并有效减少本煤层钻孔工程量的顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔抽采方法。

背景技术

松软低透气性煤层是高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的主要特征之一，该煤层由于煤层松软破碎，在煤的变质和演化过程中受到强烈地质构造的改造影响，瓦斯被束缚在煤层内部而无法向上部的岩层中释放，导致煤的吸附能力极强，而瓦斯在煤层中的运移和解吸能力极弱。此类煤层具有埋藏深度深、抵抗变形能力弱、塑性强、透气性差等诸多特征。此类煤层被开采时，表现的特征是瓦斯储能大，瓦斯压力高，具有较强的突出危险性，为消除煤层突出给煤层开采造成的危险，需要对煤层进行超前预抽，以降低甚至消除煤层中巨大的瓦斯潜能，煤层达到无突出危险实现安全生产的目的。

针对低透气性松软煤层的瓦斯抽采措施，普遍采用顺层钻孔或穿层结合水力化、气化或热能化等增透性措施，破坏煤层中瓦斯吸附和解吸的平衡状态，使煤层内部裂隙增多、游离瓦斯量增大，以提高煤层瓦斯抽采量的效果。但实践表明，此类常规方法虽也能抽取出煤层内大部分瓦斯，但需要的时间在3-5年或更长时间，为彻底消除煤层突出危险与煤矿衔接存在的巨大矛盾，导致该类措施虽一直在使用，但由于煤层内瓦斯透气性低、衰减系数大等因素，抽采效果、抽采时间均达不到理想效果，这是较多高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井发生瓦斯事故的主要原因之一。

发明内容

本发明针对松软低透气煤层的高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井在煤层区域性瓦斯治理方面存在较大弊端，提出了一种顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔的抽采方法，实现爆破增透提高煤层预抽以减少或消除本煤层顺层钻孔工程量、顶板岩石巷道可超前拦截工作面回采期间的采动区瓦斯的多重效果。

本发明是针对一种煤质松软，煤层中瓦斯赋存量大且在煤层中流动性差的高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井而言，在煤层开采前，需要对煤层进行瓦斯抽采，以提前将煤层内的瓦斯抽提出来，消除煤层的突出危险性的一种瓦斯治理方法。

本发明采用如下技术方案：

一种顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔的抽采方法，包括一条回采工作面顶板上方施工的岩石巷道、在岩石巷道内铺设的抽采主管路、岩石巷道两侧及底板向下方的煤层施工穿层钻孔、钻孔内塞入炸药进行定点爆破、负压除渣器实现孔洞掏煤及钻孔封孔并连接到矿井的高负压抽采管路，实现增透抽采。

所述的一条回采工作面顶板上方施工的岩石巷道，即在回采工作面进风巷道和回风巷道未施工之前，提前在规划的工作面计划施工的位置上方开掘一条岩石巷道，该岩石巷道要超前于工作面煤巷及为煤巷掩护掘进的底板岩巷施工到位。

所述的一条回采工作面顶板上方的岩石巷道，施工位置在工作面顶板上方，巷道的中线于工作面宽度的中心线重合，使岩石巷道正处于工作面的正中位置。

所述的在岩石巷道内铺设一条抽采主管路，即在岩石巷道掘进期间，随着巷道的延伸，及时跟进铺设瓦斯抽采主管路，使穿层钻孔可及时连接到抽采系统。管路的始端与矿井的高负压主管路相连，管路的末端延伸至巷道的末端。

所述的在岩石巷道两侧及底板向下方的煤层施工穿层钻孔，即在岩石巷道的左右两侧及巷道的底板位置向煤层施工穿层钻孔，钻孔直径保持在113-200mm之间，钻孔间距保持在0.5m左右。钻孔成线状的成排布置，排与排之间的钻孔节点错开布置，排与排之间的距离保持在0.5m左右。

所述的钻孔内定点爆破，即在钻孔扩孔形成大孔径钻孔后，塞入炸药和水炮泥，实现对煤孔段定点爆破。钻孔成孔后要对钻孔进行2-3次扩孔，为实现定点爆破作准备。钻孔施工或扩孔过程中，要清楚记录每个钻孔的见煤点和见煤段区间。

所述的负压除渣器实现孔洞掏煤，即在钻孔施工完毕后，将负压除渣器深入到钻孔，采用高强度吸风机对钻孔底部进行抽吸，将爆破松动破碎的煤渣抽吸到巷道，达到对钻孔掏煤卸压的作用。钻孔除渣器采用负压抽吸管路及与管路相连的吸风机组成，抽吸管路孔径比钻孔终孔孔径略小，采用PE或PVC材质管路制成，管路末端与吸风机连接，形成强大的负压实现对钻孔孔底的煤渣进行定点掏煤。

所述的钻孔封孔并连接到矿井的高负压抽采管路，即钻孔经定点爆破并定向掏煤后，采用囊袋和膨胀水泥实现快速封孔。封孔方式采用传统的“两堵一注”封孔方法，封孔结束后及时连接到巷道内铺设的抽采主管路上。

本发明的有益效果如下：

本发明原理简单、操作灵活，能够在现场方便施工，与常规施工的顶板岩石巷道存在较大区别和不同。采用的预裂爆破方法是在大孔径内实现增透，并利用抽吸风机对钻孔内煤渣定向掏煤卸压。该方法可超前实现对煤层的增透抽采，钻孔覆盖范围内，避免因顺层钻孔施工不到位、钻孔塌孔等问题而产生抽采空白区等安全隐患，是解决松软低透气性煤层的高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井极为有效而又可大幅减少钻孔工程量的方法。

附图说明

图1为本发明工作面穿层钻孔布置示意图；

图2为本发明穿层钻孔除渣掏煤剖面图；

图3为本发明穿层钻孔封孔及抽放示意图；

图4为本发明定向分支孔布置俯视图；

图5为本发明定向分支孔剖面图。

其中：1-顺层钻孔掩护的单侧80m煤层区块；2-穿层钻孔预裂爆破掩护的单侧30m煤层区块；3-工作面走向方向；4-第N排穿层钻孔终孔点轨迹；5-第N+1排穿层钻孔终孔点轨迹；6-顺层钻孔；7-煤层；8-穿层钻孔掩护两侧60m的煤层区块轮廓；9-工作面中轴线；10-本设计顶板岩石巷道；11-常规抽采位于裂隙带的岩石巷道；12-巷道敷设的抽采主管；13-钻孔内抽采支管路；14-钻孔内煤渣；15-预裂爆破后钻孔内部轮廓；16-岩层；17-囊袋；18-钻孔内瓦斯流；19-多分支定向孔的主孔；20-多分支定向孔的分支孔；21-定向钻机；22-多分支定向孔的次级分支孔；23-第N个钻孔分支点；24-第N+1个钻孔分支点。

具体实施方式

结合附图，对本发明做进一步说明。

如图所示，一种顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破抽采方法，包括开采煤层顶板上方施工的一条岩石巷道、岩石巷道内向下方的煤层施工穿层钻孔、钻孔内下放煤矿许用炸药采用预裂爆破方法对钻孔进行爆破松动卸压、爆破后的钻孔封孔接抽、巷道内施工定向分支孔。

所述的开采煤层上方的岩石巷道，即在规划的工作面位置，在未施工煤巷或其他岩石巷道之前，在工作面规划施工的进风巷和回风巷之间的煤层上方的岩层中，开掘一条岩石巷道。

所述的岩石巷道，与规划在后期施工的进风巷或回风巷平行，水平层位位于工作面切眼中部的中轴线位置，垂直层位位于开采煤层上方的顶板岩层中，与煤层顶板的垂直距离约15-20m，处于采动冒落带范围。

所述的岩石巷道内向下方的煤层施工穿层钻孔，即在岩石巷道施工期间，在已施工的巷道内向下方的煤层施工穿层钻孔，钻孔在岩石巷道两侧均匀布置。钻孔成俯角，在钻穿煤层并进入煤层底板0.5-1m时止。

所述的下向穿层钻孔，每排钻孔的间距0.5m，同一排钻孔与钻孔的间距保持0.5m，第N排与第N+1排呈错开布置，即第N+1排中的钻孔正处于第N排钻孔与钻孔的中间位置。

所述的下向穿层钻孔，采用压风加螺旋钻杆机械排渣方式，钻孔主要覆盖岩石巷道中轴线两侧各30m左右的抽采区域。

所述的穿层钻孔预裂爆破增透方法，即在钻孔施工完毕后，从钻孔孔口下入煤矿许用炸药，采用远距离爆破的方法对每一排钻孔进行预裂爆破。

所述的预裂爆破增透方法，在钻孔爆破结束后，采用定制的钻孔除渣器对钻孔内爆破的煤渣进行清除。钻孔除渣器采用负压抽吸管路及与管路相连的吸风机组成，抽吸管路孔径比钻孔终孔孔径略小，采用PE或PVC材质管路制成，管路末端与吸风机连接，形成强大的负压实现对钻孔孔底的煤渣进行定点掏煤。

所述的爆破后钻孔的封孔及接抽方法，即在钻孔经爆破和清除钻孔内煤渣后，将钻孔进行快速封孔，封孔采用一堵一注的方式进行，即在钻孔孔口向钻孔内下入可快速膨胀的囊袋，待囊袋下入到与煤层顶板相接的位置时，采用充气式空压机对囊袋进行快速充气，充气后，在钻孔内注入快速膨胀水泥，对钻孔进行快速封孔。

所述的钻孔封孔后，将钻孔连接到岩石巷道内的抽采高负压管路上。

所属的高负压抽采管路，在巷道掘进的同时，及时将管路由孔口向巷道内延伸，直至延伸到巷道末端。管路每间隔500m设置有接地极，管路与巷道底板间距不得低于300mm。岩石巷道巷口的管路上安设有自动监测的瓦斯参数测定装置和人工检测口。

所述的岩石巷道内施工的定向分支孔，即在岩石巷道施工过程中，在第N排钻孔与第N+1排钻孔之间，采用定向钻机在该位置开孔，向两侧的工作面方向施工定向分支孔。

所述的定向分支孔，采用千米定向钻机施工，该钻机配备有钻孔轨迹自动测量系统。定向钻机施工时，沿巷道的层位向巷道的两侧施工，钻孔的主孔位于开采煤层顶板上方的岩层中，可保证钻孔施工长度内部塌孔。

所属的定向分支孔，主孔在岩层中钻进到位后，采用后退式钻孔的方式向开采煤层方向施工分支孔，分支孔要从煤层的顶板向煤层的底板方向施工，钻孔要穿过煤层并进入煤层底板下方的岩层0.5-1.0m。

所属的定向分支孔，沿主孔向开采煤层方向施工分支的分支点间距保持在50m间距，在施工的分支孔的同时，以不同的方位角向煤层内施工多个分支孔，使整个钻孔呈多分支的树枝状结构。

本发明实施例提供了一种顶板抽采巷穿层钻孔跟你预裂爆破结构多分支定向孔的抽采方法，主要针对松软低透气性煤层在煤层中施工钻孔难以成孔、抽采效率低下、钻孔工程存在投资大产出低等多种弊端，提出了一种与常规顶板岩石巷道只服务于工作面回采期间的作用不同，在降低顶板岩石巷道的同时，在巷道内施工下向穿层钻孔，利用预裂爆破的方法对煤层进行增透卸压。同时，利用定向钻机的优势，在岩石巷道内施工多分支定向钻孔，将主孔布置在岩层中，主孔不同间距向下方的煤层施工定向分支孔，实现顶板岩石巷道中轴线两侧各30m的卸压高效抽采。该方法实施方便，煤层透气性显著提高，瓦斯抽采效率稳步提升。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (6)

1.一种顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔抽采方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，在回采工作面顶板上方施工岩石巷道，在岩石巷道内铺设抽采主管路；

第二步，在岩石巷道两侧及底板向下方的煤层施工若干穿层钻孔，使钻孔均匀覆盖下部的煤层；

第三步，在钻孔内进行定点爆破，即在钻孔扩孔形成大孔径钻孔，塞入炸药和水炮泥，实现对煤孔段定点爆破，钻孔爆破后，采用负压排渣器对钻孔内的煤渣进行清除，掏出钻孔内的煤渣；

第四步，清除钻孔内的煤渣后，进行封孔，封孔后将钻孔联网至顶板岩石巷道内的抽采主管上进行联网抽采；

第五步，在岩石巷道内施工定向分支孔，即在岩石巷道施工过程中，在第N排钻孔与第N+1排钻孔之间，采用定向钻机在该位置开孔，向两侧的工作面方向施工定向分支孔。

2.根据权利要求1所述的一种顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔抽采方法，其特征在于：第一步中所述岩石巷道施工位置位于工作面顶板上方，岩石巷道的水平层位布置在回采工作面倾向长度的中点，即回采工作面宽度方向中轴线位置，岩石巷道的垂直层位布置在开采煤层顶板上方15-20m位置。

3.根据权利要求1所述的一种顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔抽采方法，其特征在于：第一步中所述抽采主管路的始端与矿井的高负压主管路相连，末端延伸至岩石巷道的末端。

4.根据权利要求1所述的一种顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔抽采方法，其特征在于：第二步中所述钻孔的直径为113-200mm，钻孔成线状成排布置，同一排相邻的钻孔间距为0.5m，相邻两排的钻孔节点错开布置，相邻两排的距离为0.5m，钻孔成俯角，钻孔进入煤层底板0.5-1m。

5.根据权利要求1所述的一种顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔抽采方法，其特征在于：第三步所述钻孔扩孔进行2-3次。

6.根据权利要求1所述的一种顶板抽采巷穿层钻孔预裂爆破结合多分支定向孔抽采方法，其特征在于：第四步所述封孔采用囊袋和膨胀水泥封孔，封孔方式采用两堵一注的封孔方法。

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