[發明專利]一種構造煤層掘進工作面遞進掩護式順層水力造穴施工方法

有效

• 申請號: 202011295160.5
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112392538B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 張浩;王蒙;姜海納;崔傳波;郝朝瑜;鄧存寶;王荀;韓青;高濤
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/26
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明屬于構造煤層掘進工作面的瓦斯高效治理技術領域，具體是一種構造煤層掘進工作面遞進掩護式順層水力造穴施工方法。包括以下步驟。S100～采用鉆沖一體化鉆機在掘進工作面前方一定區域內施工一茬順層短鉆孔，并在退鉆過程中進行間隔性水力造穴，構建出圓柱形造穴洞室，實現該區域內煤層的卸荷增透。S200～對短鉆孔進行封孔，并進行卸壓瓦斯抽采，從而降低短鉆孔造穴區域內的瓦斯壓力。S300～隨著地應力和瓦斯壓力的降低，短鉆孔造穴區域內順層鉆孔的施工變得較為容易，此時在掘進工作面內進一步施工一茬順層長鉆孔,從而在更遠區域內進行水力造穴。S400～對長鉆孔進行封孔，并對長鉆孔造穴區域內的卸壓瓦斯進行抽采。

技術領域

本發明屬于構造煤層掘進工作面的瓦斯高效治理技術領域，具體是一種構造煤層掘進工作面遞進掩護式順層水力造穴施工方法。

背景技術

我國含煤地層在成煤期之后大多經歷了多期地質構造運動，從而導致構造煤廣泛發育。與原生煤相比，構造煤不僅處于較高的應力環境中，而且煤體的微觀結構和宏觀物理特性也發生了深刻的改變。首先，煤中次生孔隙極為發育，煤體瓦斯吸附特性顯著增強；其次，煤中裂隙系統被高度壓縮，煤體滲透率明顯降低；此外，煤顆粒間僅僅通過機械嚙合力進行連結，煤體力學強度極低。構造煤所處的高地應力環境以及所具有的強吸附、低滲透和低力學強度特性，使得其內瓦斯抽采十分困難，煤與瓦斯突出災害嚴重。國內外對于突出災害的統計結果表明，幾乎所有的突出地點都有構造煤發育，同時大部分的突出事故都發生在掘進工作面。

為了實現構造煤層掘進工作面的瓦斯高效抽采和巷道安全掘進，順層水力造穴瓦斯抽采技術在我國取得了越來越廣泛的應用。然而，當前主要采用的是后退式造穴工藝。在具體應用過程中，需要首先完成順層鉆孔的施工，然后在退鉆過程中進行水力造穴。鑒于構造煤層一般處于高地應力環境中，同時煤體力學強度低而瓦斯含量高，因此鉆孔施工過程中卡鉆、頂鉆和噴孔現象時有發生。順層鉆孔的施工困難嚴重制約了順層水力造穴瓦斯抽采技術在構造煤層掘進工作面中的應用：首先，導致造穴效率十分低下，耗時甚多；其次，導致局部區域因鉆孔施工不到位而造成抽采空白帶，給巷道的安全掘進帶來了嚴重隱患；此外，造成每個抽采循環的長度較短，巷道掘進速度低下。鑒于此，當前急需探索新的掘進工作面順層水力造穴施工方法。

此外，瓦斯作為煤儲層的伴生物，不僅是礦井生產過程中的重大危險源之一，還是一種清潔能源，但也是一種溫室效應比二氧化碳強25倍的溫室氣體。因此，探索新的順層水力造穴施工方法，實現構造煤層掘進工作面的瓦斯高效抽采，不僅有助于消除煤礦生產過程中的安全隱患，同時也有助于改善我國的能源結構，保護我國的生態環境，產生“安全-經濟-生態”三重效益。

發明內容

本發明為了解決構造煤層中順層鉆孔施工困難，卡鉆、頂鉆和噴孔現象頻發而導致掘進工作面順層水力造穴施工效率低下以及存在抽采空白帶等問題，提供一種構造煤層掘進工作面遞進掩護式順層水力造穴施工方法。

本發明采取以下技術方案：一種構造煤層掘進工作面遞進掩護式順層水力造穴施工方法，包括以下步驟。

S100～采用鉆沖一體化鉆機在掘進工作面前方一定區域內施工一茬順層短鉆孔，并在退鉆過程中進行間隔性水力造穴，構建出圓柱形造穴洞室，實現該區域內煤層的卸荷增透。

S200～對短鉆孔進行封孔，并進行卸壓瓦斯抽采，從而降低短鉆孔造穴區域內的瓦斯壓力。

S300～隨著地應力和瓦斯壓力的降低，短鉆孔造穴區域內順層鉆孔的施工變得較為容易，此時在掘進工作面內進一步施工一茬順層長鉆孔,從而在更遠區域內進行水力造穴。

S400～對長鉆孔進行封孔，并對長鉆孔造穴區域內的卸壓瓦斯進行抽采。

進一步的，短鉆孔的最大長度一般設置為鉆沖一體化鉆機在原始構造煤層中不發生卡鉆、頂鉆和噴孔現象時的最遠鉆進深度，長鉆孔的最大長度為短鉆孔最大長度的2倍。