CN112392538B - 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 PDFInfo
- Publication number
- CN112392538B CN112392538B CN202011295160.5A CN202011295160A CN112392538B CN 112392538 B CN112392538 B CN 112392538B CN 202011295160 A CN202011295160 A CN 202011295160A CN 112392538 B CN112392538 B CN 112392538B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- drilling
- drill
- area
- kong
- short
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 65
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 7
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims description 5
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009435 building construction Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F7/00—Methods or devices for drawing- off gases with or without subsequent use of the gas for any purpose
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
- Lining And Supports For Tunnels (AREA)
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
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 (3)
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)前方一定短钻孔造穴区域(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,构建出圆柱形短钻孔造穴洞室(5),从而实现短钻孔造穴区域(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,从而降低短钻孔造穴区域(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),从而在更远的长钻孔造穴区域(7)内进行水力造穴,构建长钻孔造穴洞室(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;
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;长钻孔(6)设置在两个短钻孔(4)的中间;
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。
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: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)内长钻孔造穴洞室(8)的数量,也即,长钻孔造穴区域(7)内的长钻孔造穴洞室(8)数量需大于短钻孔造穴区域(3)内的短钻孔造穴洞室(5)数量。
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: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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011295160.5A CN112392538B (zh) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011295160.5A CN112392538B (zh) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | 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 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112392538A CN112392538A (zh) | 2021-02-23 |
CN112392538B true CN112392538B (zh) | 2023-03-14 |
Family
ID=74606515
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011295160.5A Active CN112392538B (zh) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112392538B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115628100B (zh) * | 2022-10-28 | 2024-01-23 | 铁福来装备制造集团股份有限公司 | 煤层打孔造穴方法 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100526606C (zh) * | 2007-04-02 | 2009-08-12 | 淮北矿业集团煤业有限责任公司祁南煤矿 | 突出煤层下向顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采方法 |
CN102383830B (zh) * | 2011-09-30 | 2014-12-24 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 突出煤层区域综合防突方法 |
CA2820742A1 (en) * | 2013-07-04 | 2013-09-20 | IOR Canada Ltd. | Improved hydrocarbon recovery process exploiting multiple induced fractures |
CN103912302B (zh) * | 2014-01-26 | 2016-01-13 | 中国矿业大学 | 一种穿层钻孔水力破裂瓦斯抽采方法 |
RU2566883C1 (ru) * | 2014-04-16 | 2015-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Способ гидравлической обработки угольного пласта |
CN105909254B (zh) * | 2016-04-29 | 2018-04-24 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 突出煤层底板上仰穿层定向孔超前区域掩护煤巷掘进方法 |
CN106089289B (zh) * | 2016-06-08 | 2018-12-21 | 中国矿业大学 | 交替掩护式回采工作面顺层钻孔水力冲孔造穴施工方法 |
CN106996305B (zh) * | 2017-05-22 | 2019-08-06 | 中国矿业大学 | 一种煤矿采空区相邻工作面卸压范围测定方法 |
CN107740677A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-02-27 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种横穿工作面的碎软煤层顺层定向长钻孔瓦斯抽采方法 |
CN108979707A (zh) * | 2018-08-15 | 2018-12-11 | 河南铁福来装备制造股份有限公司 | 一种适用于煤矿底抽巷定向钻进造穴瓦斯治理的方法 |
CN109458214B (zh) * | 2018-12-19 | 2020-01-31 | 河南理工大学 | 一种低透气性煤层静态爆破增透瓦斯抽采方法 |
-
2020
- 2020-11-18 CN CN202011295160.5A patent/CN112392538B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112392538A (zh) | 2021-02-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108643877B (zh) | 煤矿井下煤层长钻孔分段压裂增透与抽采瓦斯方法 | |
CN102852506B (zh) | 一种高压气动爆破卸压增透方法 | |
CN101666241B (zh) | 一种区域瓦斯治理钻爆压抽一体化防突方法 | |
CN101614135B (zh) | 钻、爆、抽三位一体瓦斯抽采方法 | |
CN102619552A (zh) | 导向槽定向水力压穿增透及消突方法 | |
CN100591893C (zh) | 用于消除突出煤层抽采盲区的沿顶钻孔施工方法 | |
CN108331609B (zh) | 顺层钻孔割缝卸压增透方法 | |
CN110318674B (zh) | 一种巷道顶板致裂防突的方法 | |
CN102094668B (zh) | 上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法 | |
CN102635388A (zh) | 煤层预裂爆破与水力压裂联作增透方法 | |
CN104763462A (zh) | 岩巷穿层钻孔高压水力造穴瓦斯抽采方法 | |
CN112392538B (zh) | 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 | |
CN108180035B (zh) | 高瓦斯低透气性煤层钻孔与增透联合作业的瓦斯抽采方法 | |
CN111691864A (zh) | 一种煤矿井下超声激励辅助水力压裂卸压增透方法 | |
CN104594866A (zh) | 一种基于低渗煤层气相压裂瓦斯快速抽采技术的新方法 | |
CN114183114B (zh) | 一种水力冲孔造穴协同蒸汽注入强化瓦斯抽采方法 | |
CN204627657U (zh) | 煤矿瓦斯地面抽采井身结构 | |
CN114293989B (zh) | 一种近直立巨厚煤层分段水力压裂区域防冲方法 | |
CN105781552A (zh) | 一种高瓦斯突出煤层立体冲孔石门揭煤新方法 | |
CN106869939A (zh) | 一种高压水劈裂成型与钻爆法联合应用开挖隧道的施工方法 | |
CN104912588B (zh) | 一种用于井下煤层巷道快速掘进的胀裂增透方法 | |
CN117108283B (zh) | 一种利用煤层自身储能的流态化采煤方法 | |
CN110965964B (zh) | 一种特厚煤层瓦斯抽采方法 | |
CN205823322U (zh) | 一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构 | |
CN115788558A (zh) | 一种卸压控制爆破引导水力压裂一体化消突施工方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20210223 Assignee: Jiangsu Dongke Safety Research Institute Co.,Ltd. Assignor: Taiyuan University of Technology Contract record no.: X2023140000018 Denomination of invention: A progressive shield hydraulic tunneling construction method for constructing coal seam excavation working face Granted publication date: 20230314 License type: Common License Record date: 20230824 |
|
EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |