CN209855705U - 一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔，包括最小矩形区域，其特征在于：所述最小矩形区域的外部两侧对称布置地表钻机，所述地表钻机的底端垂直设置有定向钻孔，本实用新型中对于底板突水危害，通过在地面布置钻机，从上往下施工钻孔至威胁矿层安全开采的含水层，接着进行高压注浆凝固，将灰岩层空隙中的水吸收与挤出，同时达到形成隔离层封堵住含水层的水或煤层中的瓦斯或有毒气体等进入开采工作面的目的，对于工作面顶板，由于开采，煤层松动，解决了井下开采时，需要设计施工与之相配套的井下辅助巷道系统，其施工工艺较为繁琐，成本较高，工期较长，且容易发生突水溃气的问题。

Description

一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔

技术领域

本实用新型属于煤矿开采方法技术领域，具体涉及一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔。

背景技术

水害和瓦斯是煤矿两大重大自然灾害，对于煤矿的安全开采具有重大威胁。随着矿井开采深度增加，黄淮海区域部分煤层不仅受瓦斯危害，也受高水压灰岩水威胁；当开采煤层为突出煤层或高瓦斯煤层时，且受水害威胁较为严重时，必须采取相应的技术措施。工程中通常使用的方法是向矿层上方施工高位瓦斯抽排巷以及采用穿层钻孔或者是顺层孔进行抽排；当开采煤层离含水层很近或直接接触时，也必须采取相应的安全技术措施。工程中通常使用的方法是向矿层中施工穿层钻孔或者是顺层孔来进行快速疏放，降低水压；同时也可以采取封堵阻隔的方式来避免灾害。淮南张集煤矿1122(1)工作面采用了施工顺层钻孔与穿层钻孔的方法来抽采瓦斯。焦作煤田九里山矿14101工作面就采用了在井下工作面注浆与建水闸墙，充填采空区相结合的方法，从而达到堵水的目的。然而，无论是穿层钻孔还是顺层钻孔，或是井下注浆结合建水闸墙与充填采空区，上述两种方法的施工必然影响煤矿开采工期，以及井下有限的工作空间的限制，其治理水害和防治瓦斯的成本也相对较大，工期较长、危险性较大的风险。

目前在开采受水和瓦斯等多灾源威胁矿层时，在井下无论是通过巷道内施工顺层钻孔或穿层钻孔进行疏水降压或抽采瓦斯，还是注浆封堵，都需要设计施工与之相配套的井下辅助巷道系统，其施工工艺较为繁琐，成本较高，工期较长，且容易发生突水溃气。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔，以解决使用在井下开采时，无论是通过巷道内施工顺层钻孔或穿层钻孔进行疏水降压或抽采瓦斯，还是注浆封堵，都需要设计施工与之相配套的井下辅助巷道系统，其施工工艺较为繁琐，成本较高，工期较长，且容易发生突水溃气的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔，包括最小矩形区域，其特征在于：所述最小矩形区域的外部两侧对称布置地表钻机，所述地表钻机每隔200m～300m设置一个，所述地表钻机的底端垂直设置有定向钻孔，所述定向钻孔向着开采区域延伸的方向设置有横向分支钻孔，所述横向分支钻孔的长度不小于最小矩形区域长度的一半，所述定向钻孔和横向分支钻孔内均填充有水泥注浆。

优选的，所述横向分支钻孔之间的间隔为10m～30m。

优选的，所述横向分支钻孔分布于在采动底板的底端。

优选的，所述定向钻孔内的空气中若含有易燃性气体，需将定向钻孔内的空气排出。

优选的，当开采煤层的上方有煤层开采冒落带时，在煤层开采冒落带位置处设置横向分支钻孔。

优选的，所述定向钻孔的深度等于煤层开采冒落带到地面距离的两倍。

优选的，所述最小矩形区域为可覆盖不规则开采区域的面积最小的矩形区域。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

本实用新型在高瓦斯开采煤层采动裂隙影响范围内施工抽采钻孔替代高位巷进行抽采瓦斯；在采动底板破坏范围外施工钻孔注浆改造含水层的多灾源快速灾害治理新方法。本实用新型中对于底板突水危害，通过在地面布置钻机，从上往下施工钻孔至威胁矿层安全开采的含水层，接着进行高压注浆凝固，将灰岩层空隙中的水吸收与挤出，同时达到形成隔离层封堵住含水层的水或煤层中的瓦斯或有毒气体等进入开采工作面的目的。对于工作面顶板，由于开采，煤层松动，常伴有瓦斯等有害气体的危害。此时，我们可以同样在地面钻孔至顶板适当位置，在地表通过一定的设备来抽放瓦斯等有害气体，本方法尤其适合水文地质条件并不十分复杂，隔水层厚度较薄的情况，解决了井下开采时，无论是通过巷道内施工顺层钻孔或穿层钻孔进行疏水降压或抽采瓦斯，还是注浆封堵，都需要设计施工与之相配套的井下辅助巷道系统，其施工工艺较为繁琐，成本较高，工期较长，且容易发生突水溃气的问题。

附图说明

图1为本实用新型的剖面图；

图2为本实用新型的横向分支钻孔俯视图。

图中：1-定向钻孔，2-山西组砂岩，3-山西组砂岩，4-四号煤层，5-太原组砂岩，6-太原组灰岩，7-煤层开采冒落带，8-九号煤层，9-太原组砂岩,10-本溪组灰岩，11-本溪组灰岩，12-奥陶系灰岩，13-地表钻机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-2所示，本实用新型提供如下技术方案：一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔，包括最小矩形区域15，其特征在于：最小矩形区域15的外部两侧对称布置地表钻机13，地表钻机13每隔200m～300m设置一个，地表钻机13的底端垂直设置有定向钻孔1，定向钻孔1向着开采区域延伸的方向设置有横向分支钻孔14，横向分支钻孔14的长度不小于最小矩形区域15长度的一半，定向钻孔1和横向分支钻孔14内均填充有水泥注浆。

横向分支钻孔14之间的间隔为10m～30m。

横向分支钻孔14分布于在采动底板的底端。

定向钻孔1内的空气中若含有易燃性气体，需将定向钻孔1内的空气排出。

当开采煤层的上方有煤层开采冒落带时，在煤层开采冒落带位置处设置横向分支钻孔14。

定向钻孔1的深度等于煤层开采冒落带到地面距离的两倍。

最小矩形区域15为可覆盖不规则开采区域的面积最小的矩形区域。

实施例一：

一种采用地面定向钻孔的超前治理多灾源矿层安全开采方法，包括以下步骤：

步骤一：探测煤矿位置区域，确定煤矿的开采区域；

步骤二：确定可覆盖不规则开采区域的最小矩形区域，在矩形区域外部两侧对称布置地表钻机，地表钻机每隔200m～300m设置一个；

步骤三：通过地表钻机垂直施工定向钻孔，定向钻孔的深度等于煤层开采冒落带到地面距离的两倍；

步骤四：抽取定向钻孔中的空气，分析定向钻孔中抽取空气中的甲烷、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫等有害气体的含量；

步骤五：沿着定向钻孔向着开采区域延伸的方向施工横向分支钻孔，横向分支钻孔的长度不小于步骤二中确定的最小矩形区域长度的一半；

步骤六：排出定向钻孔及其一侧的横向分支钻孔内的水；

步骤七：将为24～35份石灰石、10～15份粘土、15～20份铁矿粉按比例磨细混合,将混合的粉料进行煅烧，煅烧温度为1425℃～1475℃度，煅烧后的物料中加入石膏一起研磨，在加入石膏后的物料中加入水搅拌为糊状，然后加入适量的引气剂，得浆液；

步骤八：利用注浆泵将步骤七所得的浆液均匀地注入定向钻孔及其一侧的横向分支钻孔内，使浆液扩散充实、凝固和硬化；

步骤九：进行煤矿的开采。

所述横向分支钻孔之间的间隔为10m～30m。

所述横向分支钻孔分布于在采动底板的底端。

所述步骤四中定向钻孔内抽取的空气中若含有易燃性气体，需将定向钻孔内的空气排出。

当开采煤层的上方有煤层开采冒落带时，在煤层开采冒落带位置处设置横向分支钻孔

实施例二：

请参阅图1-2所示，本实用新型提供如下技术方案：经过勘探，开采区域的水文地质情况大致如图一所示，包含山西组砂岩2，山西组山岩3，四号煤层4，太原组砂岩5，太原组灰岩6，煤层开采冒落带7，九号煤层8，太原组砂岩9,本溪组灰岩10，本溪组灰岩11，奥陶系灰岩12。九号煤层8蕴含有害气体瓦斯，其中以甲烷含量居多，同时也包含有一氧化碳，硫化氢，二氧化硫等其他有害气体。现根据勘探到的开采区域的资料在地面布置四台钻机，分布于开采区四角，呈矩形布置。

为了提高有害气体抽采和注浆的效果，我们选择在渗透性较好的太原组灰岩6、本溪组灰岩10、本溪组灰岩11以及奥陶系灰岩12中施工钻孔1来进行注浆工艺。依据探测到的太原组灰岩6、本溪组灰岩10、本溪组灰岩11以及奥陶系灰岩12的深度，厚度，以及平面范围的大小来设计地面钻孔的深度，个数，长度以及孔径大小。选用有利于浆液扩散的的普通硅酸盐水泥浆液，其浓度不宜过大。注浆压力的大小对于我们注浆的效果有着很大的影响，因为其直接影响着普通硅酸盐水泥浆液的扩散范围。综合考虑已经勘察到的太原组灰岩6、本溪组灰岩10、本溪组灰岩11以及奥陶系灰岩12的含水量，孔隙率等情况，从而最终设计注浆的压力大小。从地面钻孔至太原组灰岩6、本溪组灰岩10、本溪组灰岩11以及奥陶系灰岩12中，按照设计在适当位置分支，形成几条分支钻孔，各分支钻孔可在同一标高处保持平行，也可根据岩层走向布置，保持适当的距离。奥陶系灰岩12中的各分支钻孔我们可以分段钻孔，先施工其中的两条分支钻孔，接着在地面按设计的压力进行注浆，然后再施工其他分支钻孔，这样可以较为有效的减少相邻分支钻孔注浆的跑浆。应当注意的是，高压注浆应当持续进行，以保证注浆效果。最终，普通硅酸盐水泥浆液在太原组灰岩6、本溪组灰岩10、本溪组灰岩11以及奥陶系灰岩12中钻孔填充并漫布裂隙中固结成石，并且将灰岩层5中的水分排挤走，同时也阻挡了其他位置的水进入四号煤层4以及九号煤层8的通路，起到了防水岩柱的作用。

对于九号煤层8中含有的有害气体瓦斯等，根据探测到的九号煤层8的地质情况以及各有害气体的含量，分布情况，同样的我们施工分支钻孔至煤层开采冒落带7，通过抽取管，在地面通过相应的设备抽取瓦斯等有害气体。随着九号煤层8开采工作的进行，当中含有的瓦斯等有害气体也会逐渐往上聚集，此时由煤层开采冒落带7中布置的瓦斯抽取管抽取至地面。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔，包括最小矩形区域(15)，其特征在于：所述最小矩形区域(15)的外部两侧对称布置地表钻机(13)，所述地表钻机(13)每隔200m～300m设置一个，所述地表钻机(13)的底端垂直设置有定向钻孔(1)，所述定向钻孔(1)向着开采区域延伸的方向设置有横向分支钻孔(14)，所述横向分支钻孔(14)的长度不小于最小矩形区域(15)长度的一半，所述定向钻孔(1)和横向分支钻孔(14)内均填充有水泥注浆。

2.根据权利要求1所述的一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔，其特征在于：所述横向分支钻孔(14)之间的间隔为10m～30m。

3.根据权利要求1所述的一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔，其特征在于：所述横向分支钻孔(14)分布于在采动底板的底端。

4.根据权利要求1所述的一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔，其特征在于：所述定向钻孔(1)内的空气中若含有易燃性气体，需将定向钻孔(1)内的空气排出。

5.根据权利要求3所述的一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔，其特征在于：当开采煤层的上方有煤层开采冒落带时，在煤层开采冒落带位置处设置横向分支钻孔(14)。

6.根据权利要求1所述的一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔，其特征在于：所述定向钻孔(1)的深度等于煤层开采冒落带到地面距离的两倍。

7.根据权利要求1所述的一种用于超前治理多灾源矿层开采方法的地面定向钻孔，其特征在于：所述最小矩形区域(15)为可覆盖不规则开采区域的面积最小的矩形区域。