一种煤层工作面以孔代巷联合抽放治理瓦斯方法与流程

1.本发明涉及综放工作面瓦斯抽放治理技术领域，具体为一种煤层工作面以孔代巷联合抽放治理瓦斯方法。


背景技术：

2.瓦斯作为煤矿五大灾害之首，严重制约着矿井安全生产。近年来，随着煤矿开采深度、强度的增大，采煤工作面的瓦斯含量逐渐增加，采空区瓦斯涌出现象日益显著，如何合理有效治理煤层回采过程中瓦斯超限问题，已成为煤矿企业面临的首要难题。
3.目前，我国煤矿开采主要采用“w”、“u”、“z”和“y”等几种通风方式，结合布设底抽巷和高抽巷等技术手段，用于解决工作面及其上隅角瓦斯超限问题。然而随着矿井向深部的延伸、以及开采强度的不断加大，掘进时间较长、工作量大、资金投入大、受地质构造影响明显等施工瓦斯抽采巷过程中存在的问题也逐步突显出来。此外，随着工作面的回采，煤层顶底板裂隙发育形成裂隙带，裂隙中产生的泄压瓦斯沿裂隙带向上运移形成上隅角瓦斯富集乃至超限，严重影响工作面安全回采。
4.因此，亟需研究发明一种煤层工作面以孔代巷联合抽放治理瓦斯方法。该瓦斯治理法具有瓦斯抽采钻孔轨迹可控制、瓦斯抽采效率高、浓度大、影响面积广等优点，可有效解决回风巷和上隅角瓦斯超限问题，同时还减少了巷道掘进工程量，达到了降本增效的目标。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种煤层工作面以孔代巷联合抽放治理瓦斯方法，用以解决上述背景技术中所存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种煤层工作面以孔代巷联合抽放治理瓦斯方法，包括如下步骤：
8.s1：根据覆岩采动裂隙“o”型圈理论，确定地面大直径钻孔与回风巷间水平距离；
9.s2：根据地面大直径钻孔单孔瓦斯抽放控制面积，确定沿工作面走向上钻孔之间布署间距；
10.s3：地面大直径钻孔两次钻井设计施工；
11.s31：一开采用ф425mm牙轮钻头，钻穿基岩风化带10m后，下入ф377.7mm*10mm钢级j55表层套管，封固地表疏松层；
12.s32：二开采用ф311.1mm钻头钻进至目标煤层顶板以上50m，下入ф244.5mm*8.94mm钢级j55技术套管，固井注水泥返至采空区；
13.s33：三开采用φ215.9mm钻头进行钻进，钻至目标煤层地板以上3m，裸眼完钻；
14.s4：根据地面钻孔瓦斯抽放量，设计选择临时瓦斯抽放泵站安装2bec72型水环式真空泵数量，配套采用dn500钢管与地面钻孔相连，始终保持有2个钻孔进行抽采。
15.s5：根据工作面上覆岩层冒落带、裂隙带发育高度，确定高位定向钻孔垂向位置分
布；
16.s6：根据覆岩采动裂隙“o”型圈理论，确定井下高位定向钻孔(3)与回风巷间水平距离；
17.s7：井下高位定向钻孔采用矿用履带式全液压坑道钻机钻进；
18.s71：用φ89mm通缆钻杆和φ120mm四翼平底定向钻头开孔；
19.s72：使用φ153mm钻头扩孔至15m；
20.s73：使用φ193mm钻头扩孔至15m；
21.s74：使用φ215mm钻头扩孔至15m；
22.s75：使用φ250mm钻头扩孔至15m，止水套管采用φ220mm*1m的铁制套管，丝扣式连接，注浆封堵长度15m；
23.s76：利用定向造斜段使钻孔位置达到设计层位，随后沿工作面走向顺层钻进，以φ193mm钻孔终孔；
24.s8：利用地面瓦斯抽放泵站内安设的水环式真空瓦斯泵进行抽采，抽采负压35～40kpa，抽采混合气体总流量20～45m3/min，当工作面回采到与高位定向钻孔距离为20m位置时，启用高位定向钻孔对瓦斯进行抽采。
25.优选的，a)钻孔在垂向上要布置在采空区冒落带上部和裂隙带中下部，b)钻孔在横向上要位于回风巷一侧的采动“o”型圈内，c)孔距合理可保证单孔抽放面积有效叠加。
26.优选的，地面大直径瓦斯抽放钻孔布署在回风巷一侧覆岩采动裂隙“o”型圈内，钻至煤层底板以上3m，依据单孔瓦斯抽放控制面积沿工作面走向布署钻孔，确保钻孔抽放面积有效叠加。
27.优选的，地面大直径钻孔采用两次钻井工艺。
28.优选的，地面临时瓦斯抽放泵站系统主要采用2台2bec72型水环式真空泵，配套采用dn500钢管与地面大直径瓦斯抽放钻孔相连接，从而实现对地下综放工作面瓦斯进行抽采。
29.优选的，井下高位定向钻孔在垂向上布置在煤层顶板垮落带顶部岩层内，水平向布置在距回风巷一侧的采动裂隙“o”型圈内。
30.优选的，井下高位定向钻孔采用zdy12000ld型矿用履带式全液压坑道钻机钻进。
31.优选的，井下临时瓦斯抽放系统采用地面瓦斯抽放泵站内安设的2bec120型水环式真空瓦斯泵进行抽采。
32.本发明的有益效果是：
33.1、采用上述技术方案，可以有效减少巷道工程量、降低工程成本、缓解矿井衔接紧张问题。
34.2、通过地面大直径钻孔与井下高位定向钻多元立体式联合抽放，保证上隅角和工作面瓦斯含量明显低于警报线。
35.3、“以孔代巷”瓦斯抽放技术具有钻孔轨迹可控制、瓦斯抽采效率高、浓度大、影响面积广等优点，应用效果良好。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的
附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1地面大直径钻孔平面布署图
38.图2井下高位定向钻孔开孔位置示意图
39.图3井下高位定向钻孔设计轨迹剖面图
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.本发明提供一种技术方案：综采工作面瓦斯治理中的“以孔代巷”联合抽放方法，其特征在于：包括如下步骤：
42.s1：根据覆岩采动裂隙“o”型圈理论，确定地面大直径钻孔与回风巷间水平距离；
43.s2：根据地面大直径钻孔单孔瓦斯抽放控制面积，确定沿工作面走向上钻孔之间布署间距；
44.s3：地面大直径钻孔两次钻井设计施工；
45.s31：一开采用ф425mm牙轮钻头，钻穿基岩风化带10m后，下入ф377.7mm*10mm钢级j55表层套管，封固地表疏松层；
46.s32：二开采用ф311.1mm钻头钻进至目标煤层顶板以上50m，下入ф244.5mm*8.94mm钢级j55技术套管，固井注水泥返至采空区；
47.s33：三开采用φ215.9mm钻头进行钻进，钻至目标煤层地板以上3m，裸眼完钻；
48.s4：根据地面钻孔瓦斯抽放量，设计选择临时瓦斯抽放泵站安装2bec72型水环式真空泵数量，配套采用dn500钢管与地面钻孔相连，始终保持有2个钻孔进行瓦斯抽采。
49.s5：根据工作面上覆岩层冒落带、裂隙带发育高度，确定高位定向钻孔垂向位置分布；
50.s6：根据覆岩采动裂隙“o”型圈理论，确定井下高位定向钻孔与回风巷间水平距离；
51.s7：井下高位定向钻孔采用矿用履带式全液压坑道钻机钻进；
52.s71：用φ89mm通缆钻杆和φ120mm四翼平底定向钻头开孔；
53.s72：使用φ153mm钻头扩孔至15m；
54.s73：使用φ193mm钻头扩孔至15m；
55.s74：使用φ215mm钻头扩孔至15m；
56.s75：使用φ250mm钻头扩孔至15m，止水套管采用的铁制套管，丝扣式连接，注浆封堵长度15m；
57.s76：利用定向造斜段使钻孔位置达到设计层位，随后沿工作面走向顺层钻进，φ193mm钻孔终孔；
58.s8：利用地面瓦斯抽放泵站内安设的水环式真空瓦斯泵进行瓦斯抽采，抽采负压35～40kpa，抽采混合气体总流量20～45m3/min，当工作面回采到与高位定向钻孔距离为
20m位置时，启用高位定向钻孔对瓦斯进行抽采。
59.本实施例的一个具体应用为：
60.某煤矿某综放工作面设计走向长度2600m，倾向长度200m，工作面标高834～866m。在巷道掘进期间发现煤层赋存发生分叉现象，根据生产实际需求计划掘进至1800m变更层位，仅回采上部煤层。由于煤层赋存及掘进层位变化，如继续施工顶抽巷需在岩巷中施工，施工速度慢难以满足矿井衔接，故研究决定该工作面顶抽巷掘进至约2080m处停掘，剩余距离采用施工瓦斯抽放钻孔的方法，用于解决综放工作面回采过程中瓦斯高的问题。
61.(1)瓦斯抽放钻孔布置特征在于：a)钻孔在垂向上要布置在采空区冒落带上部和裂隙带中下部，b)钻孔在横向上要位于回风巷一侧的采动“o”型圈内，c)孔距合理以保证单孔抽放面积有效叠加。
62.(2)参阅附图1，确定在距工作面回风巷9m处施工一排地面钻孔，钻至目标煤层底板以上3m。第一个地面钻孔布置在距切眼30m，内错回风巷9m，再依据单孔瓦斯抽放控制面积(约25m)沿工作面走向每隔50m布署1个钻孔，共计布署9个钻孔。
63.(3)地面大直径钻孔一开采用ф425mm牙轮钻头，钻穿基岩风化带10m后，下入ф377.7mm*10mm钢级j55表层套管，封固地表疏松层；二开采用ф311.1mm钻头钻进至目标煤层顶板以上50m，下入ф244.5mm*8.94mm钢级j55技术套管，固井注水泥返至采空区；三开采用φ215.9mm钻头进行钻进，钻至目标煤层地板以上3m，裸眼完钻。
64.(4)3个地面大直径钻孔同时抽放量在300m3/min，据此选用2台2bec72型水环式真空泵(1台工作1台备用)。配套采用dn500钢管将地面9个钻孔与2bec72型水环式真空泵连接起来。
65.(5)2bec72型水环式真空泵抽采负压16～101kpa，额定抽排风量410m3/min。当工作面推过钻孔5m位置时，开始启用钻孔进行抽采，当第3个钻孔埋入采空区5m时启用该钻孔并停止第1个钻孔进行抽采，始终保持有2个钻孔进行抽采，单孔埋入采空区最深抽采距离为105m。
66.(5)根据工作面推进速度，钻孔终孔与煤层顶板垂距应为开采厚度的3～5倍，本煤层厚3.8m，终孔高度应为11.4～19m。为有效抽放采空区瓦斯，防止上隅角瓦斯浓度超限，工作面顶板走向钻孔的布置应降低层位，布置在垮落带顶部的岩层内，因此，钻孔终孔位置与煤层顶板垂距高度设置为7.1～13.1m。
67.(6)根据采动裂隙“o”型圈理论(周边宽度约34m)，确定在距回风巷10.7～32.7m范围内部署定向钻孔。
68.(7)参阅附图2，在综采工作面回风巷2000m钻场沿巷道中心线方位施工两排顺层长钻孔，呈“倒w”型布孔，上排钻孔开孔高度为2.5m，下排钻孔开孔高度为2m，共计部署5个钻孔，其中1、2、3#孔在硐室侧帮开孔，4、5#孔在硐室正前方开孔。
69.(8)参阅附图3，设计5个钻孔的终孔位置如下：1#钻孔距煤层顶板10.1m，距回风巷帮32.7m；2#钻孔距煤层顶板13.1m，距回风巷帮24.7m；3#钻孔距煤层顶板8.6m，距回风巷帮18.9m；4#钻孔距煤层顶板11.8m，距回风巷帮10.7m；5#钻孔距煤层顶板7.1m，距回风巷帮22.4m。
70.(9)高位定向钻孔采用zdy12000ld型矿用履带式全液压坑道钻机，先用φ89mm通缆钻杆和φ120mm四翼平底定向钻头开孔，之后使用φ153mm钻头扩孔至15m，然后使用φ
193mm钻头扩孔至15m，再使用φ215mm钻头扩孔至15m，最后使用φ250mm钻头扩孔至15m，止水套管采用φ220mm*1m的铁制套管，丝扣式连接，注浆封堵长度15m。利用定向造斜段使钻孔位置达到设计层位，随后沿工作面走向顺层钻进，φ193mm钻孔终孔。
71.(10)5个高位定向钻孔主要采用φ193mm伸缩软管与回风顺槽内安装的dn350 mm钢管连接，回风顺槽内支管路与总回风巷内安装的dn900 mm瓦斯抽采主管路连接，利用地面瓦斯抽放泵站内安设的2bec120型水环式真空瓦斯泵进行抽采。
72.(11)2bec120型水环式真空瓦斯泵抽采负压35～40kpa，抽采混合气体总流量20～45m3/min。当工作面回采到20m位置时开始进行抽采，直到回采完毕。
73.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。
74.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。