CN112901252A - 深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法 - Google Patents

深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，包括以下步骤：S1、施工一口多底定向井工艺：在深井高瓦斯压力揭煤区的地面进行掏煤钻井，所述一口为主井段，所述多底定向井包括六个分支井段；S2、瓦斯抽采：将六个分支井段分别与地面负压系统连接，最大限度抽采煤层瓦斯；S3、瓦斯抽采结束后，先分别对六个分支井段进行水泥封孔，再对主井段进行水泥封孔；S4、井下验证：在六个分支井段周边布置7个验证孔，测定最大瓦斯含量；本发明采用“一口多底定向井，六个分支井段”方法后，提高了钻孔施工进度，提升了抽采效果，缩短打钻和抽采时间，从而实现深井高瓦斯压力揭煤区安全快速高效揭煤。

Description

深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法
技术领域
本发明涉及地下煤层深井揭煤技术领域，具体为深井高瓦斯压力揭煤区 的地面钻井掏煤辅助消突方法。
背景技术
大多数煤矿都是由多水平煤层所构成的，需要采用群开采技术对其进行 开采。具体地，在工程上，一般先挖掘一立井，再逐一对所述多水平煤层的 每一煤层进行“揭煤”，进而建立巷道以进行对煤层的开采。所谓“揭煤”，是指 在立井掘进过程中使得原本掩盖在岩层之下的煤层暴露的过程。
当立井向下掘进到一定的深度时(特别是超过一千米时)，将要进行“揭煤” 的煤层一般都具有瓦斯压力和水压力都较大的特征，具有这种特征的煤层被 称为“突出性煤层”，这其中当然也有少数煤层不是“突出性煤层”，由于“突出 性煤层”中的瓦斯压力和水压力都较大，因此在对“突出性煤层”进行“揭煤”操 作时多存在“煤与瓦斯突出”危险。所谓“煤与瓦斯突出”是煤矿生产和掘进过程 中一种复杂的自然灾害，是一种伴有声响和猛烈力能效应的地质动力现象， 它能在极短的时间内(多则数分钟内，少则数秒内)由煤体向井巷突出大量的煤 炭并涌出大量的瓦斯，并使井巷充满瓦斯与煤炭抛出物，能摧毁井巷设施， 破坏矿井巷通风系统，造成人员窒息，甚至引发瓦斯爆炸，是严重威胁煤矿 安全生产的地质灾害之一。
某矿在-730～-960m联络斜巷(下段)4-1煤原始瓦斯压力3.1Mpa、原始 瓦斯含量9.27m3/t，在前探测压钻孔、区域措施孔施工过程中多次发生强喷孔 现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决前探测压钻孔、区域措施孔 施工过程中多次发生强喷孔现象的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：深井高瓦斯压力揭煤 区的地面钻井掏煤辅助消突方法，包括以下步骤：
S1、施工一口多底定向井工艺：在深井高瓦斯压力揭煤区的地面进行掏 煤钻井，所述一口为主井段，所述多底定向井包括六个分支井段；
S2、瓦斯抽采：将六个分支井段分别与地面负压系统连接，最大限度抽 采煤层瓦斯；
S3、瓦斯抽采结束后，先分别对六个分支井段进行水泥封孔，再对主井 段进行水泥封孔；
S4、井下验证：在六个分支井段周边布置7个验证孔，采用瓦斯含量直 接测定方法对钻孔的掏煤区域消突效果进行验证，测定最大瓦斯含量。
本发明采用“一口多底定向井，六个分支井段”方法后，提高了钻孔施工进 度，提升了抽采效果，缩短打钻和抽采时间，从而实现深井高瓦斯压力揭煤 区安全快速高效揭煤，且本发明在使用辅助消突工程施工前，井下抽采钻孔 抽采浓度最大35.4％、抽采纯量最大1.14m3/min，辅助消突工程施工后，井下 抽采钻孔抽采浓度最大56％、抽采纯量最大3.7m3/min，抽采效果提升显著。
优选地，所述一口多底定向井工艺包括以下步骤：
S1.1、定向钻井：采用定向钻井技术进行钻井施工，建立地面与巷道揭煤 消突区域的通道；
S1.2、机械扩孔：通过不同尺寸的机械扩孔钻头逐级扩大洞穴体积，提高 卸压效果；
S1.3、水力扩孔：使用水力射流工具，进行掏煤施工，扩大洞穴体积，加 大煤层瓦斯及地应力释放速度；
S1.4、空气动力返排：采用气举方式将井筒及洞穴内的水、煤屑返排至地 面。
优选地，所述S1中主井段长1217.31m，六个分支井长均为713m。
优选地，所述S1中六个分支井段的孔径为152mm。
优选地，所述S1中掏煤钻孔的掏煤量为134t。
优选地，所述S2中瓦斯抽采的负压保证在30kPa以上。
优选地，所述S4中测定最大瓦斯含量为4.8538m3/t。
优选地，还包括以下步骤：取消地面钻井掏煤影响区域内的减压孔，其 他区域设计两圈减压孔；增设区域防突措施孔。
优选地，所述措施孔施工至15m外之后穿煤不少于10m。
优选地，所述措施孔半径小于等于1.5m。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用“一口多底定向井， 六个分支井段”方法后，提高了钻孔施工进度，提升了抽采效果，缩短打钻和 抽采时间，从而实现深井高瓦斯压力揭煤区安全快速高效揭煤，且本发明在 使用辅助消突工程施工前，井下抽采钻孔抽采浓度最大35.4％、抽采纯量最大 1.14m3/min，辅助消突工程施工后，井下抽采钻孔抽采浓度最大56％、抽采纯 量最大3.7m3/min，抽采效果提升显著。
附图说明
图1为本发明-730～-960m联络巷(下段)揭4-1煤地面钻井掏煤轨迹平面 图；
图2为本发明-730～-960m联络巷(下段)揭4-1煤减压孔剖面图；
图3为本发明-730～-960m联络巷(下段)揭4-1煤措施孔剖面图；
图4为本发明-730～-960m联络巷(下段)揭4-1煤地面钻井掏煤措施钻孔 抽采浓度变化情况曲线图；
图5为本发明-730～-960m联络巷(下段)揭4-1煤地面钻井掏煤措施钻孔 抽采纯量变化情况曲线图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发 明技术方案做进一步的说明。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特 征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多 个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本实施例公开了深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法， 包括以下步骤：
如图1所示，S1、在-730～-960m联络斜巷(下段)1实施地面钻井掏4-1煤辅助消突工程，采用“一口多底定向井，六个分支井段”掏煤方案PS01-6， 所述一口为主井段PS01，所述多底定向井包括六个分支井段，六个分支井段 分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6，其具体工艺为：采用定向钻井技术进行 钻井施工，建立地面与巷道揭煤消突区域2的通道，在掏煤区域3内，通过 不同尺寸的机械扩孔钻头逐级扩大洞穴体积，使用水力射流工具，进行掏煤 施工，扩大洞穴体积，采用气举方式将井筒及洞穴内的水、煤屑返排至地面； 其中主井段PS01；地面掏煤钻孔从2018年3月8日开工，至2018年11月 19日结束，共施工主井段1217.31m，6个分支井713m，掏煤134t，其中T4 分支孔抽采瓦斯1380m3，如表1所示。
表1为-730m～-960m联络斜巷(下段)揭4-1煤地面钻井掏煤一览表
Figure BDA0002982130360000041
Figure BDA0002982130360000051
S2、瓦斯抽采：利用-730～-960m联络斜巷(下段)巷道内两路￠325mm 永久抽采系统5连接，最大限度抽采煤层瓦斯，孔口抽采负压保证在30kPa 以上，钻孔抽采时间2017年12月16日至2019年8月2日，抽采天数594 天，预抽率78.4％；
辅助消突工程施工前，井下抽采钻孔抽采浓度最大35.4％、抽采纯量最大1.14m3/min；辅助消突工程施工后，井下抽采钻孔抽采浓度最大56％、抽采纯 量最大3.7m3/min，抽采效果提升显著。地面钻孔掏煤区域辅助消突后测定最 大瓦斯含量4.8538m3/t，测试结果如表2所示和图5所示；
表2为地面钻孔掏煤区域消突效果验证结果
Figure BDA0002982130360000052
S3、瓦斯抽采结束后，先分别对六个分支井段进行水泥封孔，再对主井 段PS01进行水泥封孔；
S4、井下验证：地面钻井掏煤辅助消突工程完成后，在-730m～-960m联 络斜巷(下段)揭4-1煤瓦斯治理巷向掏煤影响区的六个分支井段周边布置7个 验证孔4，采用瓦斯含量直接测定方法对地面钻孔掏煤区域消突效果进行验 证，测定最大瓦斯含量4.8538m3/t。
进一步地，对揭煤区域防突措施钻孔7进行了优化，取消地面钻井掏煤 影响区域内的减压孔6，地面钻井掏煤影响区域内的措施钻孔7施工至15m 外之后穿煤不少于10m。优化后区域防突措施钻孔7共529个23128m，其中 抽采孔459个19915m，减压孔6共70个3213m。
本发明采用“一口多底定向井，六个分支井段”方法后，提高了钻孔施工进 度，提升了抽采效果，缩短打钻和抽采时间，从而实现深井高瓦斯压力揭煤 区安全快速高效揭煤，且本发明在使用辅助消突工程施工前，井下抽采钻孔 抽采浓度最大35.4％、抽采纯量最大1.14m3/min，辅助消突工程施工后，井下 抽采钻孔抽采浓度最大56％、抽采纯量最大3.7m3/min，抽采效果提升显著。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实 现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且 是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨 在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内， 不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于 上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、施工一口多底定向井工艺：在深井高瓦斯压力揭煤区的地面进行掏煤钻井，所述一口为主井段，所述多底定向井包括六个分支井段；
S2、瓦斯抽采：将六个分支井段分别与地面负压系统连接，最大限度抽采煤层瓦斯；
S3、瓦斯抽采结束后，先分别对六个分支井段进行水泥封孔，再对主井段进行水泥封孔；
S4、井下验证：在六个分支井段周边布置7个验证孔，采用瓦斯含量直接测定方法对钻孔的掏煤区域消突效果进行验证，测定最大瓦斯含量。
2.根据权利要求1所述的深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，其特征在于，所述一口多底定向井工艺包括以下步骤：
S1.1、定向钻井：采用定向钻井技术进行钻井施工，建立地面与巷道揭煤消突区域的通道；
S1.2、机械扩孔：通过不同尺寸的机械扩孔钻头逐级扩大洞穴体积；
S1.3、水力扩孔：使用水力射流工具，进行掏煤施工，扩大洞穴体积；
S1.4、空气动力返排：采用气举方式将井筒及洞穴内的水、煤屑返排至地面。
3.根据权利要求1所述的深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，其特征在于：所述S1中主井段长1217.31m，六个分支井长均为713m。
4.根据权利要求1所述的深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，其特征在于：所述S1中六个分支井段的孔径为152mm。
5.根据权利要求1所述的深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，其特征在于：所述S1中掏煤钻孔的掏煤量为134t。
6.根据权利要求1所述的深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，其特征在于：所述S2中瓦斯抽采的负压保证在30kPa以上。
7.根据权利要求1所述的深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，其特征在于：所述S4中测定最大瓦斯含量为4.8538m3/t。
8.根据权利要求1所述的深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，其特征在于，还包括以下步骤：取消地面钻井掏煤影响区域内的减压孔，其他区域设计两圈减压孔；增设区域防突措施孔。
9.根据权利要求8所述的深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，其特征在于：所述措施孔施工至15m外之后穿煤不少于10m。
10.根据权利要求8所述的深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，其特征在于：所述措施孔半径小于等于1.5m。
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