CN117722189B - 松软破碎煤层冻结法掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种松软破碎煤层冻结法掘进方法，包括确定巷道位置和多个冻结区域；在围岩上钻设长度方向沿巷道的长度方向设置的多个钻孔；通过钻孔对第一个冻结区域内的围岩中的瓦斯进行抽取；通过多个钻孔对第一个冻结区域内的围岩进行冷冻施工，对围岩进行掘进至第一个冻结区域的尾部后停止掘进并停止冻结；在巷道内开设多个盲槽，在盲槽内钻设下一个冻结区域的钻孔并对下一个冻结区域进行抽取瓦斯、冷冻施工和掘进施工；重复开设盲槽、钻孔施工、抽取瓦斯、冷冻施工和掘进施工直至完成全部巷道掘进施工。本发明在掘进前对瓦斯进行抽取，降低了掘进期间发生的瓦斯事故，通过冻结施工形成冻结墙提高了掘进时的安全性。

Description

松软破碎煤层冻结法掘进方法

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，尤其涉及一种松软破碎煤层冻结法掘进方法。

背景技术

随着开采规模的加大，矿井开采向纵深化发展，煤矿巷道施工过程中会经常遇到能够产生显著性变形和流变的工程软岩，在松软岩层中，地压很大，巷道维护极其困难，而且由于煤层碎软、强度低、瓦斯压力大、地质条件不明确，松软破碎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。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种松软破碎煤层冻结法掘进方法，该松软破碎煤层冻结法掘进方法通过对松软破碎围岩进行冻结法掘进施工，并在掘进前对瓦斯进行抽取，大幅降低了碎软煤层煤巷掘进期间发生的瓦斯事故，而且形成一定厚度和一定长度的冻结墙，提高了掘进时的安全性。

本发明实施例的松软破碎煤层冻结法掘进方法包括：

对松软破碎煤层进行超前地质勘探，确定巷道位置和多个冻结区域，多个所述冻结区域沿巷道的长度方向顺次排布；

在围岩上钻设长度方向沿所述巷道的长度方向设置的多个钻孔，多个所述钻孔均位于第一个所述冻结区域内的巷道周围，且多个所述钻孔沿所述巷道的周向间隔分布；

通过多个所述钻孔对第一个冻结区域内的围岩中的瓦斯进行抽取，以降低围岩内的瓦斯压力和瓦斯含量；

通过多个所述钻孔对第一个冻结区域内的围岩进行冷冻施工，以在第一个冻结区域的围岩内形成冻结墙，对围岩进行掘进至所述第一个冻结区域的尾部后，停止掘进并停止冻结；

在所述巷道内开设多个盲槽，多个所述盲槽均位于所述第一个冻结区域内并靠近于所述第一个冻结区域的尾部，多个所述盲槽沿所述巷道的周向间隔分布，在所述盲槽内钻设下一个冻结区域的钻孔并对下一个冻结区域进行抽取瓦斯、冷冻施工和掘进施工；

重复开设盲槽、钻孔施工、抽取瓦斯、冷冻施工和掘进施工，直至完成全部巷道掘进施工。

本发明实施例的松软破碎煤层冻结法掘进方法通过对松软破碎围岩进行冻结法掘进施工，并在掘进前对瓦斯进行抽取，大幅降低了碎软煤层煤巷掘进期间发生的瓦斯事故，而且形成一定厚度和一定长度的冻结墙，提高了掘进时的安全性。

在一些实施例中，所述钻孔包括抽注孔和冻结孔，所述抽注孔用于安装抽采管和注水管，所述冻结孔用于安装冻结管。

在一些实施例中，所述冷冻施工包括：

抽采瓦斯后，打开所述注水管的进水口和所述抽采管的出气口，向所述注水管内加压注水，待所述抽采管的出气口处有稳定回水后关闭所述抽采管的出气口，继续向所述注水管内加压注水并保持一定时间；

向冻结管内注入冻结液，并进行冻结液循环；

冻结预设时间以在围岩内形成预设厚度的冻结墙。

在一些实施例中，所述冷冻施工还包括，在围岩上钻设测温孔，向测温孔内设置温度传感器以对冻结墙温度进行监测。

在一些实施例中，所述抽采管的出气口处有稳定回水前，对所述抽采管的出气口进行送风，关闭所述抽采管的出气口后，继续对所述抽采管的出气口进行送风并保持一定时间。

在一些实施例中，冷冻站与所述冻结管通过保温管连通，所述保温管位于围岩外。

在一些实施例中，对围岩进行掘进时，对巷道进行永久支护作业。

在一些实施例中，所述永久支护作业包括：

对所述巷道的表面初步喷浆，以使所述巷道的表面形成一定厚度的混凝土层；

停止冻结后，向所述巷道上安装多个注浆锚杆并进行注浆；

在所述巷道的表面挂设锚网，并将锚网临时固定在所述注浆锚杆上；

对所述巷道的表面进行复喷，以使所述锚网包覆于混凝土浆料中。

在一些实施例中，钻孔施工前，对围岩进行超前地质勘探以对围岩的岩层性质、瓦斯含量、水含量进行探测，根据围岩的岩层性质、瓦斯含量和水含量确定巷道位置和多个冻结区域的位置，并根据不同的冻结区域位置的围岩地质进行冻结设计。

在一些实施例中，完成当前冻结区域的掘进并停止冻结后，对位于上一个冻结区域内的盲槽进行回填。

附图说明

图1是本发明实施例的松软破碎煤层冻结法掘进方法的示意图。

附图标记：

围岩1；

冻结墙2；

盲槽3。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述本发明实施例的松软破碎煤层冻结法掘进方法。

本发明实施例的松软破碎煤层冻结法掘进方法包括：

S1、对松软破碎煤层进行超前地质勘探，确定巷道位置和多个冻结区域，多个冻结区域沿巷道的长度方向顺次排布。

需要说明的是，相关技术中冻结法施工多为整段式降温冻结，不方便根据地层进行适应性冻结，导致损耗能量大、工期长，而且部分区域冻结温度过低影响开挖施工，从而延缓了工程的正常进度，通过对松软破碎煤层进行超前地质勘探以确定多个冻结区域，可以针对不同的冻结区域的围岩特性进行针对性冻结设计，有效减小了能量损耗和工期。

S2、在围岩1上钻设长度方向沿巷道的长度方向设置的多个钻孔，多个钻孔均位于第一个冻结区域内的巷道周围，且多个钻孔沿巷道的周向间隔分布。

S3、通过多个钻孔对第一个冻结区域内的围岩1中的瓦斯进行抽取，以降低围岩1内的瓦斯压力和瓦斯含量。

可以理解的是，通过对围岩1内瓦斯进行抽采，降低了围岩1内的瓦斯压力和瓦斯含量，大幅降低了碎软煤层煤巷掘进期间发生的瓦斯事故。

S4、通过多个钻孔对第一个冻结区域内的围岩1进行冷冻施工，以在第一个冻结区域的围岩1内形成冻结墙2，对围岩1进行掘进至第一个冻结区域的尾部后，停止掘进并停止冻结。

S5、在巷道内开设多个盲槽3，多个盲槽3均位于第一个冻结区域内并靠近于第一个冻结区域的尾部，多个盲槽3沿巷道的周向间隔分布，在盲槽3内钻设下一个冻结区域的钻孔并对下一个冻结区域进行抽取瓦斯、冷冻施工和掘进施工。

需要说明的是，通过设置盲槽3避免开孔时遇到较大的孤石或探头石而导致钻孔失败甚至发生危险。

S6、重复开设盲槽3、钻孔施工、抽取瓦斯、冷冻施工和掘进施工，直至完成全部巷道掘进施工。

本发明实施例的松软破碎煤层冻结法掘进方法通过对松软破碎围岩1进行冻结法掘进施工，并在掘进前对瓦斯进行抽取，大幅降低了碎软煤层煤巷掘进期间发生的瓦斯事故，而且形成一定厚度和一定长度的冻结墙2，提高了掘进时的安全性。

在一些实施例中，钻孔包括抽注孔（未示出）和冻结孔（未示出），抽注孔用于安装抽采管（未示出）和注水管（未示出），冻结孔用于安装冻结管。

在一些实施例中，冷冻施工包括：

抽采瓦斯后，打开注水管的进水口和抽采管的出气口，向注水管内加压注水，待抽采管的出气口处有稳定回水后关闭抽采管的出气口，继续向注水管内加压注水并保持一定时间；

向冻结管内注入冻结液，并进行冻结液循环；

冻结预设时间以在围岩1内形成预设厚度的冻结墙2。

需要说明的是，向注水管内加压注水后，注水管内的水进入围岩1的间隙内迫使围岩1间隙内的瓦斯进入抽采管并从抽采管内排出，不仅降低了围岩1内瓦斯的含量，而且提高了围岩1内的含水量。

在一些实施例中，冷冻施工还包括，在围岩1上钻设测温孔，向测温孔内设置温度传感器以对冻结墙2温度进行监测。

可以理解的是，通过测温管对冻结墙2温度进行监测，可以判断煤岩体内形成的冻结墙2是否达到了预设厚度和温度，确保冻结墙2的质量，减小了由于冻结墙2质量不合格而发生事故的风险。

在一些实施例中，抽采管的出气口处有稳定回水前，对抽采管的出气口处进行送风，关闭抽采管的出气口后，继续对抽采管的出气口处进行送风并保持一定时间。

需要说明的是，对抽采管的出气口处进行送风避免了瓦斯聚集在抽采管的出气口附近，从而减少了由于瓦斯聚集而引发的事故。

在一些实施例中，冷冻站与冻结管通过保温管连通，保温管位于围岩1外。

可以理解的是，通过冷冻站与冻结管之间通过保温管连通，减少了不必要的能量损耗。

在一些实施例中，对围岩1进行掘进时，对巷道进行永久支护作业。

可以理解的是，通过对巷道进行永久支护，从而缓和及减少围岩的移动，有利于保持巷道畅通和围岩稳定。

进一步地，永久支护作业包括：

对巷道的表面初步喷浆，以使巷道的表面形成一定厚度的混凝土层；

停止冻结后，向巷道上安装多个注浆锚杆并进行注浆；

在巷道的表面挂设锚网，并将锚网临时固定在注浆锚杆上；

对巷道的表面进行复喷，以使锚网包覆于混凝土浆料中。

可以理解的是，对巷道进行永久支护作业缓和并减少围岩1的移动，避免巷道断面过度缩小，同时防止已散离和破坏的围岩1冒落。

在一些实施例中，钻孔施工前，对围岩1进行超前地质勘探以对围岩1的岩层性质、瓦斯含量、水含量进行探测，根据围岩1的岩层性质、瓦斯含量和水含量确定巷道位置和多个冻结区域的位置，并根据不同的冻结区域位置的围岩1地质进行冻结设计。

可以理解的是，通过超前地质勘探对煤岩体的岩层性质、瓦斯含量、水含量进行探测，可以针对特定的煤岩体的岩层性质、瓦斯含量和水含量制定特定的施工计划，从而可以保证施工质量并降低施工时间。

在一些实施例中，完成当前冻结区域的掘进并停止冻结后，对位于上一个冻结区域内的盲槽3进行回填。

可以理解的是，通过将盲槽3进行回填，避免了盲槽3影响设备和人员通行，并提高了巷道的稳定性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“厚度”、“上”、“前”、“后”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种松软破碎煤层冻结法掘进方法，其特征在于，包括：

以下步骤：

S1、对松软破碎煤层进行超前地质勘探，确定巷道位置和多个冻结区域，多个所述冻结区域沿巷道的长度方向顺次排布；

S2、在围岩上钻设长度方向沿所述巷道的长度方向设置的多个钻孔，多个所述钻孔均位于第一个所述冻结区域内的巷道周围，且多个所述钻孔沿所述巷道的周向间隔分布；

S3、通过多个所述钻孔对第一个冻结区域内的围岩中的瓦斯进行抽取，以降低围岩内的瓦斯压力和瓦斯含量；

S4、通过多个所述钻孔对第一个冻结区域内的围岩进行冷冻施工，以在第一个冻结区域的围岩内形成冻结墙，对围岩进行掘进至所述第一个冻结区域的尾部后，停止掘进并停止冻结；

S5、在所述巷道内开设多个盲槽，多个所述盲槽均位于所述第一个冻结区域内并靠近于所述第一个冻结区域的尾部，多个所述盲槽沿所述巷道的周向间隔分布，在所述盲槽内钻设下一个冻结区域的钻孔并对下一个冻结区域进行抽取瓦斯、冷冻施工和掘进施工；

S6、重复开设盲槽、钻孔施工、抽取瓦斯、冷冻施工和掘进施工，直至完成全部巷道掘进施工；

所述钻孔包括抽注孔和冻结孔，所述抽注孔用于安装抽采管和注水管，所述冻结孔用于安装冻结管；

所述冷冻施工包括：

抽采瓦斯后，打开所述注水管的进水口和所述抽采管的出气口，向所述注水管内加压注水，待所述抽采管的出气口处有稳定回水后关闭所述抽采管的出气口，继续向所述注水管内加压注水并保持一定时间；

向冻结管内注入冻结液，并进行冻结液循环；

冻结预设时间以在围岩内形成预设厚度的冻结墙。

2.根据权利要求1所述的松软破碎煤层冻结法掘进方法，其特征在于，所述冷冻施工还包括，在围岩上钻设测温孔，向测温孔内设置温度传感器以对冻结墙温度进行监测。

3.根据权利要求2所述的松软破碎煤层冻结法掘进方法，其特征在于，所述抽采管的出气口处有稳定回水前，对所述抽采管的出气口进行送风，关闭所述抽采管的出气口后，继续对所述抽采管的出气口进行送风并保持一定时间。

4.根据权利要求1所述的松软破碎煤层冻结法掘进方法，其特征在于，冷冻站与所述冻结管通过保温管连通，所述保温管位于围岩外。

5.根据权利要求1所述的松软破碎煤层冻结法掘进方法，其特征在于，对围岩进行掘进时，对巷道进行永久支护作业。

6.根据权利要求5所述的松软破碎煤层冻结法掘进方法，其特征在于，所述永久支护作业包括：

对所述巷道的表面初步喷浆，以使所述巷道的表面形成一定厚度的混凝土层；

停止冻结后，向所述巷道上安装多个注浆锚杆并进行注浆；

在所述巷道的表面挂设锚网，并将锚网临时固定在所述注浆锚杆上；

对所述巷道的表面进行复喷，以使所述锚网包覆于混凝土浆料中。

7.根据权利要求1所述的松软破碎煤层冻结法掘进方法，其特征在于，钻孔施工前，对围岩进行超前地质勘探以对围岩的岩层性质、瓦斯含量、水含量进行探测，根据围岩的岩层性质、瓦斯含量和水含量确定巷道位置和多个冻结区域的位置，并根据不同的冻结区域位置的围岩地质进行冻结设计。

8.根据权利要求1所述的松软破碎煤层冻结法掘进方法，其特征在于，完成当前冻结区域的掘进并停止冻结后，对位于上一个冻结区域内的盲槽进行回填。