CN115522970A - 一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法，包括：S1、在煤巷轮廓线外预设距离处按预设钻孔间距施工一圈定向长钻孔；S2、利用定向长钻孔对突出煤层进行瓦斯抽采，降低瓦斯压力和瓦斯含量，降低突出危险性；S3、通过定向长钻孔向煤巷条带注水提高煤层含水率为冻结提供有利条件；S4、定向长钻孔注水完毕后，在定向长钻孔中安装冻结器并全孔段封孔；S5、封孔后开启井下制冷站，在冻结器中注入冻结液；S6、冻结一段时间后，在轮廓线附近形成预设厚度冻结壁，提高煤层强度，并阻隔壁外瓦斯向壁内流动；S7、连续一次性掘进长距离煤巷。本发明解决了碎软煤层煤巷瓦斯大、强度低、掘进速度慢的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法。
背景技术
煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中最严重的灾害之一，关于煤与瓦斯突出机理的研究仍停留在假说阶段，突出防治仍存在很大困难，煤与瓦斯突出事故仍时有发生。由于煤层碎软、强度低、瓦斯压力大、地质条件不明确，碎软煤层煤巷掘进期间发生的瓦斯事故要明显比采煤工作面采煤期间多。目前，碎软突出煤层煤巷掘进，通常受钻机钻进能力、钻进精度的束缚，将煤巷划分成120m左右长的分段，第一段施工钻孔抽采达标后掘进，预留一定超前距(比如20m)再施工第二段的抽采钻孔，抽采至达标后再进行掘进，这样经过几个或十几个循环方能完成一条煤巷的掘进。
目前，分段施工普通抽采钻孔，抽采达标后掘进的技术，存在以下不足：第一，受钻机钻进能力、钻进精度的束缚，分段太短，如每个分段120m留20m超前距后，每段只能掘进100m，影响掘进速度；第二，普通抽采钻孔施工的工程量大、组织难度大，比如每个分段都必须要经历抽采钻孔施工—瓦斯抽采—抽采达标评判—巷道掘进的全过程；第三，掘进期间因煤层碎软、煤层强度低，掘进时容易发生片帮、冒顶，造成掘进落煤量不稳定，落煤量超过设计值时会造成落煤瓦斯大量释放，超过风排允许最大瓦斯量，引起瓦斯超限事故甚至诱发煤与瓦斯突出事故；第四，碎软煤层煤巷掘进时，因煤层碎软、煤层强度低，容易引起片帮、冒顶，给巷道支护带来困难，影响掘进效率。造成以上不足的原因主要是：第一，煤层碎软、强度低、瓦斯大；第二，普通钻机钻进能力不足、钻进精度不够、钻进轨迹不能及时纠偏。
发明内容
本发明提供一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法，解决了现有技术掘进速度慢的技术问题。
本发明提供的基础方案为：一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法，包括：
S1、在煤巷轮廓线外预设距离处按照预设钻孔间距施工一圈定向长钻孔；
S2、钻孔施工后，利用定向长钻孔对突出煤层进行瓦斯抽采，定向长钻孔起抽采孔作用，降低瓦斯压力和瓦斯含量，降低煤层突出危险性；
S3、抽采瓦斯一定时间后，通过定向长钻孔向煤巷条带注入中压水，提高煤层含水率为冻结提供有利条件，定向长钻孔起注水孔作用；
S4、定向长钻孔注水完毕后，在定向长钻孔中安装冻结器，进行全孔段注浆封孔；
S5、封孔后开启井下制冷站，在冻结器中注入冻结液，进行冻结液循环；
S6、冻结一段时间，在轮廓线附近形成预设厚度的冻结壁，提高煤层强度，并阻隔冻结壁外瓦斯向冻结壁内流动；
S7、连续一次性掘进长距离煤巷。
本发明的工作原理及优点在于：在本方案中，定向长钻孔在不同时期担负的作用不同，提高了定向长钻孔利用率：第一，定向长钻孔施工后，先利用定向长钻孔对突出煤层进行瓦斯抽采，起到抽采孔作用，降低瓦斯压力和瓦斯含量，大幅降低煤层突出危险性；第二，抽采瓦斯一定时间后，通过定向长钻孔向煤巷条带注入中压水，提高煤层含水率，为冻结提供有利条件，起到注水孔作用；同时，定向长钻孔注水完毕之后，在定向长钻孔中安装冻结器，起到为冻结器安装提供空间的作用，冻结器安装完成后进行全孔段注浆封孔，封孔后在冻结器中注入冻结液，开始冻结液循环，由于煤层一般含水率较低，这样进行注水提高煤层含水率有利于冻结，而且冻结对象为煤层，冻结孔的轨迹可由孔底马达根据煤层的起伏变化及时进行调整，使得冻结孔的轨迹始终控制在目标条带内。
本发明先利用定向长钻孔起到抽采孔作用，降低瓦斯压力和瓦斯含量，大幅降低煤层突出危险性，同时，通过定向长钻孔起到注水孔作用，提高煤层含水率，为冻结提供有利条件，降低了煤体瓦斯含量、阻断了煤体中瓦斯流动、提高了煤体强度，解决了现有技术掘进速度慢的技术问题。
进一步，S3中，抽采瓦斯的时间以天或者十天为单位，利用胶囊封孔器，在定向长钻孔的孔口以里30m处封孔，通过定向长钻孔向煤巷条带注入10MPa的中压水，所述煤巷条带指长度为煤巷长度，高度为煤层厚度或煤巷高度，宽度为煤巷巷道轮廓线外预定距离的煤体。
有益效果在于：注入10MPa的中压水提高煤层含水率，不仅能降低掘进期间的煤体产尘，还可以为冻结提供有利条件。
进一步，S4中，冻结器为双层冻结管，在定向长钻孔中安装双层冻结管到定向长钻孔的孔底，从定向长钻孔的孔壁与冻结器的间隙注入水泥浆，对定向长钻孔进行全孔段注浆封孔，直到水泥浆从冻结器中流出，确保浆液已到孔底，待其凝固24h，完成封孔。
有益效果在于：无需单独安装注浆管和返浆管，将钻孔视为注浆管，将冻结器兼做返浆管，封孔过程简单可控，容易判断浆液是否已到孔底，从而可以保证封孔质量。
进一步，S6中，冻结一定时间后，根据回水温度评价是否达到预期冻结效果，直至达到预期冻结效果，在煤巷轮廓线附近形成预设厚度的冻结壁。
有益效果在于：能够大幅提高煤层强度，不仅利于掘进巷道的支护，还能阻隔冻结壁外瓦斯向冻结壁内流动。
进一步，S7中，将分段长度从60-120m提高到500-1000m。
有益效果在于：如果以60-120m的分段长度划分煤巷，需要经过几个或十几个循环的防突措施实施、施工场地准备、施工设备准备等方能完成一条煤巷的掘进，而将分段长度从60-120m提高到500-1000m后，在煤巷长度相同的前提下，能够大幅减少循环的次数。
进一步，S1中，采用定向钻机施工定向长钻孔，S7中采用综合机械化方法掘进煤巷。
有益效果在于：相关技术成熟，便于实施。
附图说明
图1为本发明一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法实施例的定向长钻孔冻结煤层地层剖面图。
图2为本发明一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法实施例的定向长钻孔冻结煤层地层剖面图中的A-A剖面图。
图3为本发明一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法实施例的一般的突出煤层煤巷消突与掘进示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
实施例1
实施例基本如附图1与附图2所示，一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法，包括：
S1、在煤巷轮廓线外预设距离处按照预设钻孔间距施工一圈定向长钻孔；比如，采用定向钻机施工定向长钻孔，预设距离为L，预设钻孔间距M；
S2、钻孔施工后，利用定向长钻孔对突出煤层进行瓦斯抽采，定向长钻孔起抽采孔作用，降低瓦斯压力和瓦斯含量，降低煤层突出危险性；
S3、抽采瓦斯一定时间后，通过定向长钻孔向煤巷条带注入中压水，提高煤层含水率为冻结提供有利条件，定向长钻孔起注水孔作用；比如说，抽采瓦斯的时间以天或者十天为单位，抽采瓦斯数天或数十天，拆除孔口瓦斯抽采装置，利用胶囊封孔器，在定向长钻孔的孔口以里30m处封孔，通过定向长钻孔向煤巷条带注入10MPa的中压水，所述煤巷条带指长度为煤巷长度，高度为煤层厚度或煤巷高度，宽度为煤巷巷道轮廓线外预定距离的煤体，注入10MPa的中压水，会提高煤层含水率，可以为冻结提供有利条件；
S4、定向长钻孔注水完毕后，在定向长钻孔中安装冻结器，进行全孔段注浆封孔；具体来说，冻结器为双层冻结管，在定向长钻孔中，安装双层冻结管到定向长钻孔的孔底，从定向长钻孔的孔壁与冻结器的间隙注入水泥浆，对定向长钻孔进行全孔段注浆封孔，直到水泥浆从冻结器中流出，确保浆液已到孔底，待其凝固24h，完成封孔，这样无需单独安装注浆管和返浆管，将钻孔视为注浆管，将冻结器兼做返浆管，封孔过程简单可控，容易判断浆液是否已到孔底，从而可以保证封孔质量；
S5、封孔完成后，连接孔外制冷系统和注液管路，开启井下制冷站，在冻结器中注入冻结液，进行冻结液循环，开始冻结煤层；
S6、冻结一段时间，在轮廓线附近形成预设厚度的冻结壁，也即厚度为H的冻结壁，能够大幅提高煤层强度，不仅利于掘进巷道的支护，还能阻隔冻结壁外瓦斯向冻结壁内流动；
S7、连续掘进长距离煤巷；比如，采用综合机械化方法掘进煤巷，掘进长距离煤巷时，将分段长度从60-120m提高到500-1000m，在煤巷的长度相同的前提下大幅减少循环的次数，便于快速进行掘进，提高掘进效率；
目前，碎软突出煤层煤巷掘进通常受钻机钻进能力、钻进精度的束缚，将煤巷划分成60-120m左右长的分段，第一段施工钻孔抽采达标后掘进，预留一定超前距，比如20m，在施工第二段的抽采钻孔，抽采至达标后在掘进，每次掘进前需要准备施工场地和施工装备，按此方法经过几个或十几个循环方能完成一条煤巷的掘进，如附图3所示。但是，在本实施例中，定向长钻孔在不同时期担负的作用不同，提高了定向长钻孔利用率：第一，定向长钻孔施工后，先利用定向长钻孔对突出煤层进行瓦斯抽采，起到抽采孔作用，降低瓦斯压力和瓦斯含量，大幅降低煤层突出危险性；第二，抽采瓦斯一定时间后，通过定向长钻孔向煤巷条带注入中压水，提高煤层含水率，为冻结提供有利条件，起到注水孔作用；同时，定向长钻孔注水完毕之后，在定向长钻孔中安装冻结器，并进行全孔段注浆封孔，封孔后在冻结器中注入冻结液，开始冻结液循环，由于煤层一般含水率较低，这样进行注水提高煤层含水率有利于冻结，而且冻结对象为煤层，冻结孔的轨迹可由孔底马达根据煤层的起伏变化及时进行调整，使得冻结孔的轨迹始终控制在目标条带内；第三，将分段长度从60-120m提高到500-1000m，如果以60-120m的分段长度划分煤巷，需要经过几个或十几个循环方能完成一条煤巷的掘进，而将分段长度从60-120m提高到500-1000m后，在煤巷的长度相同的前提下，能够大幅减少循环的次数。
除此之外，目前与本技术方案比较接近的技术包括：立井井筒冻结掘进法(冻结凿井法)、井筒冻结揭煤技术、市政工程用冻结法，可见本技术方案相较于已有技术方案来说，其技术效果区别如下：(1)立井井筒冻结掘进技术主要用于立井掘进期间冻结冲积层或含水地层，冻结对象为岩层，冻结孔为直孔，长度一般低于500m，当井筒经过冲积层或含水层时，防止冲积层垮塌或含水岩层中的水涌入井筒造成淹井、破坏井壁浇筑层或恶化劳动环境，但是，本技术主要用于煤矿井下碎软突出煤层煤巷掘进条带，冻结对象为煤层，冻结孔的轨迹可由孔底马达根据煤层的起伏变化及时调整，使得冻结孔的轨迹始终控制在目标条带内，冻结孔长度可达500m以上(主要取决于定向钻机的钻进能力，目前钻进能力可超过1000m)；(2)井筒冻结揭煤技术，施工地点在井筒揭煤区域，冻结数米厚的煤层，以便井筒能够穿过煤层继续在岩层中掘进，冻结对象为数米厚的煤层，冻结孔为直孔，长度一般十几米到几十米，市政工程用冻结法主要是针对地铁、隧道、建筑物基础施工做的冻结，冻结深度仅几十米，冻结对象一般为接近地表的土层，冻结孔为直孔，但是，由于煤层一般含水率较低，不利于冻结，因此本冻结技术实施前需要在煤层中进行中压注水提高煤层含水率，而立井井筒冻结掘进技术、市政工程冻结的目标本就为含水地层，无需注水。
实施例2
与实施例1不同之处仅在于，S6中，冻结一定时间后，根据回水温度评价是否达到预期冻结效果，直至达到预期冻结效果，在煤巷轮廓线附近形成预设厚度的冻结壁，能够极大地提高煤层强度，并阻隔冻结壁外瓦斯向冻结壁内流动。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (6)
1.一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法，其特征在于，包括：
S1、在煤巷轮廓线外预设距离处按照预设钻孔间距施工一圈定向长钻孔；
S2、钻孔施工后，利用定向长钻孔对突出煤层进行瓦斯抽采，定向长钻孔起抽采孔作用，降低瓦斯压力和瓦斯含量，降低煤层突出危险性；
S3、抽采瓦斯一定时间后，通过定向长钻孔向煤巷条带注入中压水，提高煤层含水率为冻结提供有利条件，定向长钻孔起注水孔作用；
S4、定向长钻孔注水完毕后，在定向长钻孔中安装冻结器，进行全孔段注浆封孔；
S5、封孔后开启井下制冷站，在冻结器中注入冻结液，进行冻结液循环；
S6、冻结一段时间，在轮廓线附近形成预设厚度的冻结壁，提高煤层强度，并阻隔冻结壁外瓦斯向冻结壁内流动；
S7、连续一次性掘进长距离煤巷。
2.如权利要求1所述的一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法，其特征在于，S3中，抽采瓦斯的时间以天或者十天为单位，利用胶囊封孔器，在定向长钻孔的孔口以里30m处封孔，通过定向长钻孔向煤巷条带注入10MPa的中压水，所述煤巷条带指长度为煤巷长度，高度为煤层厚度或煤巷高度，宽度为煤巷巷道轮廓线外预定距离的煤体。
3.如权利要求2所述的一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法，其特征在于，S4中，冻结器为双层冻结管，在定向长钻孔中安装双层冻结管到定向长钻孔的孔底，从定向长钻孔的孔壁与冻结器的间隙注入水泥浆，对定向长钻孔进行全孔段注浆封孔，直到水泥浆从冻结器中流出，确保浆液已到孔底，待其凝固24h，完成封孔。
4.如权利要求3所述的一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法，其特征在于，S6中，冻结一定时间后，根据回水温度评价是否达到预期冻结效果，直至达到预期冻结效果，在煤巷轮廓线附近形成预设厚度的冻结壁。
5.如权利要求4所述的一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法，其特征在于，S7中，将分段长度从60-120m提高到500-1000m。
6.如权利要求5所述的一种用于碎软突出煤层煤巷掘进条带的辅助掘进方法，其特征在于，S1中，采用定向钻机施工定向长钻孔，S7中采用综合机械化方法掘进煤巷。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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