CN112392538A - 一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法 - Google Patents

一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于构造煤层掘进工作面的瓦斯高效治理技术领域，具体是一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法。包括以下步骤。S100～采用钻冲一体化钻机在掘进工作面前方一定区域内施工一茬顺层短钻孔，并在退钻过程中进行间隔性水力造穴，构建出圆柱形造穴洞室，实现该区域内煤层的卸荷增透。S200～对短钻孔进行封孔，并进行卸压瓦斯抽采，从而降低短钻孔造穴区域内的瓦斯压力。S300～随着地应力和瓦斯压力的降低，短钻孔造穴区域内顺层钻孔的施工变得较为容易，此时在掘进工作面内进一步施工一茬顺层长钻孔,从而在更远区域内进行水力造穴。S400～对长钻孔进行封孔，并对长钻孔造穴区域内的卸压瓦斯进行抽采。

Description

一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法
技术领域
本发明属于构造煤层掘进工作面的瓦斯高效治理技术领域，具体是一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法。
背景技术
我国含煤地层在成煤期之后大多经历了多期地质构造运动，从而导致构造煤广泛发育。与原生煤相比，构造煤不仅处于较高的应力环境中，而且煤体的微观结构和宏观物理特性也发生了深刻的改变。首先，煤中次生孔隙极为发育，煤体瓦斯吸附特性显著增强；其次，煤中裂隙系统被高度压缩，煤体渗透率明显降低；此外，煤颗粒间仅仅通过机械啮合力进行连结，煤体力学强度极低。构造煤所处的高地应力环境以及所具有的强吸附、低渗透和低力学强度特性，使得其内瓦斯抽采十分困难，煤与瓦斯突出灾害严重。国内外对于突出灾害的统计结果表明，几乎所有的突出地点都有构造煤发育，同时大部分的突出事故都发生在掘进工作面。
为了实现构造煤层掘进工作面的瓦斯高效抽采和巷道安全掘进，顺层水力造穴瓦斯抽采技术在我国取得了越来越广泛的应用。然而，当前主要采用的是后退式造穴工艺。在具体应用过程中，需要首先完成顺层钻孔的施工，然后在退钻过程中进行水力造穴。鉴于构造煤层一般处于高地应力环境中，同时煤体力学强度低而瓦斯含量高，因此钻孔施工过程中卡钻、顶钻和喷孔现象时有发生。顺层钻孔的施工困难严重制约了顺层水力造穴瓦斯抽采技术在构造煤层掘进工作面中的应用：首先，导致造穴效率十分低下，耗时甚多；其次，导致局部区域因钻孔施工不到位而造成抽采空白带，给巷道的安全掘进带来了严重隐患；此外，造成每个抽采循环的长度较短，巷道掘进速度低下。鉴于此，当前急需探索新的掘进工作面顺层水力造穴施工方法。
此外，瓦斯作为煤储层的伴生物，不仅是矿井生产过程中的重大危险源之一，还是一种清洁能源，但也是一种温室效应比二氧化碳强25倍的温室气体。因此，探索新的顺层水力造穴施工方法，实现构造煤层掘进工作面的瓦斯高效抽采，不仅有助于消除煤矿生产过程中的安全隐患，同时也有助于改善我国的能源结构，保护我国的生态环境，产生“安全-经济-生态”三重效益。
发明内容
本发明为了解决构造煤层中顺层钻孔施工困难，卡钻、顶钻和喷孔现象频发而导致掘进工作面顺层水力造穴施工效率低下以及存在抽采空白带等问题，提供一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法。
本发明采取以下技术方案：一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法，包括以下步骤。
S100～采用钻冲一体化钻机在掘进工作面前方一定区域内施工一茬顺层短钻孔，并在退钻过程中进行间隔性水力造穴，构建出圆柱形造穴洞室，实现该区域内煤层的卸荷增透。
S200～对短钻孔进行封孔，并进行卸压瓦斯抽采，从而降低短钻孔造穴区域内的瓦斯压力。
S300～随着地应力和瓦斯压力的降低，短钻孔造穴区域内顺层钻孔的施工变得较为容易，此时在掘进工作面内进一步施工一茬顺层长钻孔,从而在更远区域内进行水力造穴。
S400～对长钻孔进行封孔，并对长钻孔造穴区域内的卸压瓦斯进行抽采。
进一步的，短钻孔的最大长度一般设置为钻冲一体化钻机在原始构造煤层中不发生卡钻、顶钻和喷孔现象时的最远钻进深度，长钻孔的最大长度为短钻孔最大长度的2倍。
进一步的，鉴于短钻孔造穴区域内钻孔密度大于长钻孔造穴区域，且瓦斯抽采开始较早，为确保两个区域同时消突，长钻孔造穴区域内的造穴洞室数量需根据实际抽采情况适当增加。也即，长钻孔造穴区域内的造穴洞室数量大于短钻孔造穴区域。
进一步的，短钻孔造穴区域和长钻孔造穴区域的宽度为巷道两侧不小于15m。
进一步的，长钻孔设置在两个短钻孔中间。
进一步的，在每个掘进工作面内，既可施工两茬钻孔，进行单次递进掩护，也可施工多茬钻孔，进行多次层层递进掩护。
与现有技术相比，本发明不仅可以有效降低顺层水力造穴施工过程中钻孔发生卡钻、顶钻和喷孔的频率，加快施工速度；同时，也可以减少造穴盲区和抽采空白带，消除巷道掘进过程中的安全隐患；此外，还可以大幅提高每个抽采循环的长度，从而加快巷道的消突和掘进速度。因此，通过本发明方法可以大大拓展顺层水力造穴瓦斯抽采技术在构造煤层掘进工作面的应用前景。
附图说明
图1为本发明一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法示意图；
图中：1—钻冲一体化钻机；2—掘进工作面；3—短钻孔造穴区域；4—短钻孔；5—短钻孔造穴洞室；6—长钻孔；7—长钻孔造穴区域；8—长钻孔造穴洞室。
具体实施方式
如图1所示，一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法，首先，采用钻冲一体化钻机1在掘进工作面2前方一定区域3内施工一茬顺层短钻孔4，并在退钻过程中进行间隔性水力造穴，构建出一系列圆柱状的造穴洞室5，实现对短钻孔造穴区域3内煤层的卸荷增透；在此基础上，对短钻孔4进行封孔，并进行卸压瓦斯抽采，从而降低短钻孔造穴区域3内的瓦斯压力；随着地应力和瓦斯压力的降低，短钻孔造穴区域3内顺层钻孔的施工变得较为容易，因此可以在掘进工作面2内进一步施工一茬顺层长钻孔6,从而在更远区域7内进行水力造穴，构建造穴洞室8并对其卸压瓦斯进行抽采。
短钻孔4的施工、水力造穴和卸压瓦斯抽采可以为长钻孔6的施工创造有利条件，也即可以为长钻孔6的施工提供掩护。
短钻孔4的最大长度一般设置为钻冲一体化钻机1在原始构造煤层中不发生卡钻、顶钻和喷孔现象时的最远钻进深度，而长钻孔6的最大长度一般设置为短钻孔4最大长度的2倍。
短钻孔造穴区3和长钻孔水力造穴区7的宽度为巷道两侧不小于15m。
长钻孔6设置在两个短钻孔4中间。
由于短钻孔造穴区域3内的钻孔密度大于长钻孔造穴区域7，且短钻孔造穴区域3内的瓦斯抽采开始较早，为确保两区域内煤层的同步消突，需根据实际抽采情况适当增加长钻孔造穴区域7内造穴洞室8的数量。也即，长钻孔造穴区域内的造穴数量需大于短钻孔造穴区域。
在每个掘进工作面2内，既可施工两茬钻孔，进行单次递进掩护，也可施工多茬钻孔，进行多次层层递进掩护。
采用该方法，首先可以有效降低顺层水力造穴施工过程中钻孔发生卡钻、顶钻和喷孔的频率，加快施工速度；同时，也可以减少造穴盲区和抽采空白带，消除巷道掘进过程中的安全隐患；此外，还可以大幅提高每个抽采循环的长度，从而加快巷道的消突和掘进速度。

Claims (7)

1.一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
S100～采用钻冲一体化钻机(1)在掘进工作面(2)前方一定区域(3)内施工一茬顺层短钻孔(4)，并在退钻过程中进行间隔性水力造穴，构建出圆柱形造穴洞室(5)，从而实现该区域(3)内煤层的卸荷增透；
S200～对短钻孔(4)进行封孔，并对短钻孔造穴区域(3)内的卸压瓦斯进行抽采，从而降低该区域(3)内煤层的瓦斯压力；
S300～随着地应力和瓦斯压力的降低，短钻孔造穴区域(3)内顺层钻孔的施工变得较为容易，此时在掘进工作面(2)内进一步施工一茬顺层长钻孔(6)，从而在更远的区域(7)内进行水力造穴，构建造穴洞室(8)；
S400～对长钻孔进行封孔，并对长钻孔造穴区域(7)内的卸压瓦斯进行抽采。
2.根据权利要求1所述的构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法，其特征在于：短钻孔(4)的最大长度设置为钻冲一体化钻机(1)在原始构造煤层中不发生卡钻、顶钻和喷孔现象时的最远钻进深度，长钻孔造穴区域(7)的长度为短钻孔造穴区域(3)长度的2倍。
3.根据权利要求1所述的构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法，其特征在于：由于短钻孔造穴区域(3)内的钻孔密度大于长钻孔造穴区域(7)，且短钻孔造穴区域(3)内的瓦斯抽采开始较早，为确保两个区域内煤层的同步消突，需根据实际抽采情况适当增加长钻孔造穴区域(7)内造穴洞室(8)的数量。
4.也即，长钻孔造穴区域(7)内的造穴洞室(8)数量需大于短钻孔造穴区域(3)内的造穴洞室(5)数量。
5.根据权利要求1所述的构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法，其特征在于：短钻孔造穴区域(3)和长钻孔造穴区域(7)的宽度为巷道两侧不小于15m。
6.根据权利要求1所述的构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法，其特征在于：长钻孔(6)设置在两个短钻孔(4)的中间。
7.根据权利要求1所述的构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法，其特征在于：在每个掘进工作面(2)内，既可施工两茬钻孔，进行单次递进掩护，也可施工多茬钻孔，进行多次层层递进掩护。
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