一种地面钻孔掏煤区域消突方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯治理，具体涉及一种地面钻孔掏煤区域消突方法。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展，能源需求量不断增加，浅部煤炭资源日趋枯竭，煤炭资源开发将不断走向地球深部。煤矿瓦斯灾害将进一步加剧，井下瓦斯治理工程与采掘接替的矛盾日益突出，特别是瓦斯压力达到3mpa以上的区域，直接在井下采取钻孔预抽煤层瓦斯的消突措施存在安全风险高、施工效率低、抽采时间长等问题，亟待研究新的瓦斯治理模式，从根本上提高矿井瓦斯治理效率和效果。推动深部煤矿瓦斯治理方式由井下向地面转变，实现地面瓦斯治理与矿井采场接替协同，将强突出煤层转化为弱突出煤层，这是解决深部煤矿瓦斯治理难题的一个有效方法。

2、地面钻孔掏煤区域消突方法，即施工一定数量的地面钻孔，对地面钻孔见煤段扩孔掏煤，钻孔见煤段孔径增大，煤体卸压更加充分，煤层透气性也随之增大，达到区域消突或“减突”目的。该方法从地面施工钻孔，作业空间大，安全性高；但受掏煤方法及工艺影响掏煤孔径受到限制，常规情况掏煤孔径小于12m，影响了该方法高效应用。

3、地面钻孔见煤段扩孔掏煤技术一般分为气体动力扩孔掏煤、机械动力扩孔掏煤和水射流动力扩孔掏煤。目前，气体动力扩孔掏煤技术使用的设备多、工艺复杂、施工成本高；以气体为动力造穴，产生的粉尘较大，加剧了作业环境恶劣程度，对设备磨损和职业健康造成了一定危害，同时增加了瓦斯及煤尘爆炸燃烧的风险。机械动力扩孔掏煤技术是根据煤层机械强度低、脆性大、易破碎的特点，使用机械扩孔钻头对煤层进行切割、造穴的方法，具有工艺相对简单、洞穴形状规则、洞穴壁稳定不易塌以及洞穴大小可控等优点，但是，目前机械掏穴钻头扩孔直径受限，无法满足更大直径钻孔施工。

4、单一的掏煤技术均有其缺点。根据实施地点地点掏煤段，煤层松软f值0.6左右，但煤层中部有0.2～0.6m夹矸较硬，采用单一的机械动力扩孔掏煤或水射流动力扩孔掏煤，掏煤量相对较少，掏煤孔径受到限制，地面钻孔掏煤区域消突效果不理想。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：如何解决地面钻孔掏煤区域消突效果不理想的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种地面钻孔掏煤区域消突方法，包括如下步骤：

4、s1、地面钻孔定向施工：

5、按设计从地面定向施工钻孔，钻孔钻透目标煤层至煤层底板一定距离，使钻孔靶点位置符合要求；

6、s2、机械动力造穴钻头逐级扩孔：

7、对目标煤层从煤层顶板依次从上向下至煤层底板位置采用机械动力造穴钻头扩孔造穴，机械动力造穴钻头从小到大逐级扩孔掏煤；

8、s3、“水力喷射+大孔径机械扩孔钻头”反复掏煤：

9、将水力喷射钻头掏煤作为大孔径机械动力造穴钻头掏煤的前一工序，水力喷射钻头对地面钻孔掏煤完成后，采用大孔径机械扩孔钻头对钻孔目标位置从上向下依次扩孔；一个周期完成后，实施排水释压，等待一定时间后，重复实施“水力喷射+大孔径机械扩孔钻头”，至地面钻孔掏煤量达到预期效果后结束；

10、s4、排水释压：

11、采用内循环排水工艺吹排钻孔内的水柱，进一步对地面钻孔卸压，充分释放煤层瓦斯；

12、s5、地面钻孔增透、抽采、封闭：

13、地面钻孔施工结束后，进一步实施增透，提高地面钻孔抽采范围和抽采效果，并对地面钻孔进行抽采，井下揭煤巷道区域消突合格后，地面钻孔停止抽采，对地面钻孔采用水泥注浆封孔。

14、本申请采用内循环排水工艺吹排钻孔水柱，在不增加专用排水设备、就地利用钻孔施工设备的情况下，保证钻孔掏煤段水全部排出，应用该方法后，进一步实施增透、连续抽采等措施，可实现地面钻孔对井巷揭煤区域消突的目标；应用该方法及工艺，有效破解了高瓦斯、突出煤层井下工程量大、准备时间长、安全风险大等问题，为瓦斯治理方式由井下向地面转变提供了技术保障，安全经济社会效益显著。

15、作为本发明进一步的方案：所述步骤s1中，钻孔钻透目标煤层至煤层底板的距离≥10m；且在钻孔时，采用随钻测量装置定向钻进，保证钻孔靶点位置偏差不超过2m。

16、作为本发明进一步的方案：所述步骤s2中，利用机械动力造穴钻头对钻孔目标位置从上向下依次扩孔，机械动力造穴钻头直径由小到大，分别采用φ350mm、φ500mm、φ1200mm、φ1500mm的钻头逐级扩孔掏煤。

17、作为本发明进一步的方案：所述步骤s3中，“水力喷射+大孔径机械扩孔钻头”一个周期完成后，实施排水释压，等待一定时间后，该等待时间＜5天，然后重复实施“水力喷射+大孔径机械扩孔钻头”。

18、作为本发明进一步的方案：所述步骤s3中，水力喷射用的钻头直径为ф145mm，总长420mm；大孔径机械扩孔钻头直径为φ1500mm。

19、作为本发明进一步的方案：所述步骤s4中，在煤层顶板50m以下的水柱采用内循环排水工艺吹排钻孔内水柱。

20、作为本发明进一步的方案：所述吹排钻孔水柱采用钻杆孔口短接，钻杆孔口短接包括有孔口短接管以及设在孔口短接管下方的孔口短接法兰盘，孔口短接法兰盘另一端与钻孔孔口设置的封孔管连接，且孔口短接法兰盘与封孔管的连接处设密封圈；孔口短接管通过孔口短接钻杆与钻孔内的钻杆连接。

21、作为本发明进一步的方案：所述孔口短接管的顶部与钻杆的连接位置处设有加强筋，使其孔口短接管能承受送入钻孔内钻杆的重力。

22、作为本发明进一步的方案：所述孔口短接管的两端设有两个孔口连接管，且分别连接到空压机，其中一个孔口连接管上设有闸阀，所述钻杆的顶部连接到排水池。

23、作为本发明进一步的方案：所述钻杆的底部连接排水钻头，排水钻头外设用来防止煤渣堵塞的滤网。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、首先，本申请根据地面钻孔掏煤造穴对钻孔周边煤层卸压规律及地面钻孔掏煤技术特点，综合利用机械动力、水力射流动力、排水释压等掏煤方法和工艺，对地面钻孔逐级掏煤、反复掏煤，在装备水平一定条件下，适应性好，增大掏煤量，扩大地面钻孔掏煤扰动范围，提高掏煤卸压效果；

26、其次，本申请在装备水平一定条件下，掏煤造穴适应性更强，掏煤量更大，采用内循环排水工艺吹排钻孔水柱，在不增加专用排水设备、就地利用钻孔施工设备的情况下，保证钻孔掏煤段水全部排出，应用该方法后，进一步实施增透、连续抽采等措施，可实现地面钻孔对井巷揭煤区域消突的目标；应用该方法及工艺，有效破解了高瓦斯、突出煤层井下工程量大、准备时间长、安全风险大等问题，为瓦斯治理方式由井下向地面转变提供了技术保障，安全经济社会效益显著。

技术特征：

1.一种地面钻孔掏煤区域消突方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种地面钻孔掏煤区域消突方法，其特征在于：所述步骤s1中，钻孔钻透目标煤层至煤层底板的距离≥10m；且在钻孔时，采用随钻测量定向钻进，保证钻孔靶点位置偏差不超过2m。

3.根据权利要求1所述的一种地面钻孔掏煤区域消突方法，其特征在于：所述步骤s2中，利用机械动力造穴钻头对钻孔目标位置从上向下依次扩孔，机械动力造穴钻头直径由小到大，分别采用φ350mm、φ500mm、φ1200mm、φ1500mm的钻头逐级扩孔掏煤。

4.根据权利要求1所述的一种地面钻孔掏煤区域消突方法，其特征在于：所述步骤s3中，“水力喷射+大孔径机械扩孔钻头”一个周期完成后，实施排水释压，等待一定时间后，该等待时间＜5天，然后重复实施“水力喷射+大孔径机械扩孔钻头”。

5.根据权利要求1所述的一种地面钻孔掏煤区域消突方法，其特征在于：所述步骤s3中，水力喷射用的钻头直径为ф145mm，总长420mm；大孔径机械扩孔钻头直径为ф1500mm。

6.根据权利要求1所述的一种地面钻孔掏煤区域消突方法，其特征在于：所述步骤s4中，在煤层顶板50m以下的水柱采用内循环排水工艺吹排钻孔内水柱。

7.根据权利要求6所述的一种地面钻孔掏煤区域消突方法，其特征在于：所述吹排钻孔水柱采用钻杆孔口短接，钻杆孔口短接包括有孔口短接管以及设在孔口短接管下方的孔口短接法兰盘，孔口短接法兰盘另一端与钻孔孔口设置的封孔管连接，且孔口短接法兰盘与封孔管的连接处设密封圈；孔口短接管通过孔口短接钻杆与钻孔内的钻杆连接。

8.根据权利要求7所述的一种地面钻孔掏煤区域消突方法，其特征在于：所述孔口短接管的顶部与钻杆的连接位置处设有加强筋，使其孔口短接管能承受送入钻孔内钻杆的重力。

9.根据权利要求7所述的一种地面钻孔掏煤区域消突方法，其特征在于：所述孔口短接管的两端设有两个孔口连接管，且分别连接到空压机，其中一个孔口连接管上设有闸阀，所述钻杆的顶部连接到排水池。

10.根据权利要求7所述的一种地面钻孔掏煤区域消突方法，其特征在于：所述钻杆的底部连接排水钻头，排水钻头外设用来防止煤渣堵塞的滤网。

技术总结本发明公开了一种地面钻孔掏煤区域消突方法，包括如下步骤：①定向钻井、②机械扩孔、③水力喷射、④机械扩孔、⑤水力喷射、⑥排水释压、⑦水力喷射、⑧机械扩孔、⑨排水释压、⑩增透抽采封闭。地面钻孔通过定向钻井施工，钻进至目标位置，准确记录钻孔见止煤情况；采用机械动力扩孔掏煤钻头从煤层顶板至煤层底板依次掏煤，机械动力扩孔掏煤钻头直径由小到大，逐级扩孔掏煤；为进一步提高掏煤量，采用水力喷射、大孔径机械扩孔钻头组合扩孔掏煤工艺反复扩孔掏煤，并采用排水释压措施，降低掏煤段煤壁压力，提高煤层释放能力；钻孔掏煤量达到预期效果后，对地面钻孔增透、抽采，达到预期效果后，对地面钻孔封闭。技术研发人员：童校长,丰安祥,李卫军,叶春辉,毕波,简赫达,韩小刚,苏明金,杜磊,杨维,曹腾飞受保护的技术使用者：淮南矿业（集团）有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15