專利名稱：：“三軟”低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種煤層掘進方法，尤其涉及一種適用于煤質(zhì)松軟的"三軟"低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法。
背景技術：
：煤質(zhì)松軟適合手鎬落煤，煤質(zhì)呈小顆粒或粉狀極易發(fā)生漏頂現(xiàn)象；煤層干燥，工作面粉塵大，巷道掘進前煤層必須注水否則無法施工。因為煤質(zhì)松軟瓦斯釋放鉆孔和掘進巷道預抽鉆孔因塌孔嚴重而無法施工，所以巷道掘進過程中會受到瓦斯的嚴重制約；巷道圍巖松軟壓力大，煤巷維護困難，很難布置長距離掘進工作面。掘進工作面施工過程中瓦斯涌出量大，掘進工作面長度超過30米時，僅靠風排已不能徹底解決瓦斯。嚴重影響煤巷掘進速度，月掘進進尺僅為30-40米。采用煤層注水，對煤體有一定的固化作用，在掘進施工中發(fā)生漏頂?shù)默F(xiàn)象明顯減少，也很好的改善了施工環(huán)境，但掘進工作面的瓦斯涌出量不能得到解決，無法從根本上排除瓦斯隱患。
發(fā)明內(nèi)容為了解決"三軟"煤層掘進工作速度慢，瓦斯無法及時排除的問題，本發(fā)明的目的是提供一種掘進速度快、煤層瓦斯及時排出、適于松軟煤層，提高煤層掘效率，提高煤層掘進安全性的"三軟"低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法。本發(fā)明的技術方案是以下述方式實現(xiàn)的一種"三軟"低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法，它是利用底板巖巷打穿層鉆孔，采用水力沖孔的方式增加鉆孔內(nèi)部煤體暴露面積，再進行抽放瓦斯，其具體步驟為(1)、在煤層下方底板巖內(nèi)按照回采工作面走向位置布置巖石巷道，在底板巖巷形成完善的通風系統(tǒng)，利用底板巖巷做安全屏障，在底板巖層內(nèi)采用風動沖擊器鉆進瓦斯預抽的穿層鉆孔，鉆孔穿煤層后將鉆頭拉回到煤層底板位置，接壓力水對鉆孔進行沖孔，沖孔深度《3米，沖孔半徑為2-6米；(2)、對沖孔連續(xù)抽放孔內(nèi)瓦斯，在瓦斯抽放量低于每小時O.l立放米時停止對鉆孔進行抽放；利用抽放過瓦斯的鉆孔對煤層進行注水，注水壓力控制在10-15MPa，煤層內(nèi)注水效果達到施工要求時停止注水；工作面回采后利用該鉆孔進行采空區(qū)抽放。所述的底板巖巷道為上、下兩個連通的巖巷，底板巖上巖巷在煤層回采工作面的工作面上順槽的下方，底板巖下巖巷在煤層回采工作面的工作面下順槽的下方，底板巖上巖巷、底板巖下巖巷通過連巷連通。在上下底板巖巷內(nèi)每30米布置一個鉆場，每個鉆場布置5—7個鉆孔，每個鉆孔控制半徑《2.5米，鉆孔在煤層內(nèi)煤巷預掘位置呈線性布置。所述的鉆孔間距5-8米。所述的連續(xù)抽放孔內(nèi)瓦斯時間最低為15天。鉆孔分別布置在上順槽超前預掘進煤巷和下順槽超前預掘進煤巷的兩側以盡可能的減小因沖孔對于掘巷道位置煤層的破壞。所述的工作面上順槽施工巷道長度為75米，巷道掘進50米以內(nèi)時瓦斯絕對涌出量為1.2-1.8立方米/分鐘，瓦斯涌出量同比明顯減小，單趟風筒配300米3/min風,以滿足掘進工作面的需要。本發(fā)明的發(fā)明點是利用底板巖巷做安全屏障，實施卸壓抽放和煤層注水的措施工程，以水力沖孔為技術手段提高煤層的透氣性。通過抽放使高瓦斯區(qū)域變成低瓦斯掘進，并通過抽放鉆孔對煤層進行注水，將原來在煤巷掘進工作面中進行的工作環(huán)節(jié)移到底板巖巷中進行。本發(fā)明的積極效果是1、通過在底板巖巷布置鉆孔進行水力沖孔，增加了"三軟"低透氣煤層瓦斯解析速度，提高了瓦斯抽放效果，使高瓦斯煤層實現(xiàn)低瓦斯施工，消除了因掘進巷道瓦斯涌出量大對掘進施工的制約。2、同時，利用抽放鉆孔進行煤層注水和采空區(qū)抽放，實現(xiàn)了一孔三用，減少了施工工序，將在煤巷掘進工作面實施的措施工程提前移到底板巖行中進行，不但保證了施工期間的安全，而且，最大限度的提高了巷道的掘進速度。圖1為本發(fā)明的底板巖巷抽放瓦斯回采工作面巷道布置示意圖。圖2為底板巖巷鉆場布置示意圖。圖3為鉆孔剖面圖。圖4為水力沖孔效果示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明實施例一由圖1可以看出在煤層回采工作面1上下方灰?guī)r內(nèi)按照回采工作面走向位置布置底板巖巷道，由于該巖層質(zhì)地堅硬賦存穩(wěn)定，可以施工裸體巷道，從而提高掘進速度；由圖2可以看出在底板巖上下巖巷形成完善的通風系統(tǒng)11后打瓦斯預抽的穿層鉆孔13;由圖1還可以看出底板巖巷道為上、下兩個連通的巖巷，底板巖上巖巷4在煤層回采工作面1的工作面上順槽2的上方沿上順槽超前掘進煤巷6設置，底板巖下巖巷5在煤層回采工作面1的工作面下順槽3的下方沿下順槽超前掘進煤巷7設置，底板巖上巖巷4、底板巖下巖巷5通過底板巖上巖巷8、底板巖下巖巷9和上下底板巖連巷10聯(lián)通；由圖2可以看出在上下底板巖巷內(nèi)每30米布置一個鉆場12，每個鉆場布置5—7個鉆孔13，每個鉆孔控制半徑《2.5米，鉆孔在煤層內(nèi)煤巷預掘位置呈線性布置，鉆孔間距6-8米。由圖3、圖4還可以看出鉆孔13穿煤層后將鉆頭拉回到煤層底板位置，接壓力水對鉆孔進行沖孔使鉆孔在煤層中擴大膨脹，沖孔深度《3米；本發(fā)明在永華二礦進行實驗如下實驗編號為21021永華二礦所采的主采煤層為二J某層，其發(fā)熱量29.56MJ/kg，容重1.5t/m3。二i煤屬低中灰、低硫、低磷、中高發(fā)熱量粉狀無煙煤。該煤層頂板為6米厚的砂質(zhì)泥巖，質(zhì)地松軟極易垮落。煤層底板為0.3米的膠質(zhì)泥巖，其次是2-4米厚的泥質(zhì)頁巖層理發(fā)育易破碎，下部為質(zhì)地堅硬4-6米厚的灰?guī)r。二^煤層機械強度低，硬度系數(shù)0.1-0.2，松軟易碎，多呈粉狀及小碎粒狀產(chǎn)出，以亮煤為主，暗煤次之，參差狀斷口，玻璃光澤，是典型的"三軟"煤層，該煤層厚度6—10米極利于放頂煤回采。根據(jù)河南理工大學提供的瓦斯取樣結果，測定-200m以上，瓦斯相對涌出量為17mVui左右，-200m以下瓦斯最高相對涌出量可達23mVt.d，煤層厚度變化大，帶來瓦斯賦存不均一，特厚煤層處瓦斯含量較高。在煤層內(nèi)嘗試打釋放孔，但因煤層軟塌孔嚴重而無法施工，直徑75mm鉆孔，只能打3米深就發(fā)生夾鉆現(xiàn)象，鉆桿拔出后鉆孔隨即消失，直徑42mm鉆孔最多打6米，鉆桿拔除后不到30分鐘鉆孔就全部消失，無法達到瓦斯釋放效果。采用深孔爆破，炸藥在煤體內(nèi)起爆后，因軟煤體的吸收作用，對瓦斯釋放沒有效果。本發(fā)明中，鉆機采用西安煤科院生產(chǎn)的MK-3型全液壓鉆機，在底板巖層內(nèi)采用風動沖擊器鉆進，進入煤層后改用合金鉆頭鉆進，使用壓風排粉。鉆孔穿煤層后將鉆頭拉回到煤層底板位置，接壓力水進行沖孔，水壓為0.5-lMPa。經(jīng)過現(xiàn)場觀察沖孔深度不超過3米，否則很難形成空間。沖出煤量以不超過10噸為宜，否則，沖孔后很快就出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，影響瓦斯抽放效果。用瓦斯抽放系統(tǒng)連續(xù)抽放孔內(nèi)瓦斯，連續(xù)抽放時間超過15天，單孔瓦斯抽放量小于每小時為0.1立方時，停止對鉆孔進行抽放，并利用抽放過的鉆孔對煤層進行注水，注水壓力控制在10-15MPa，從掘進工作面揭露的煤體可以看出，煤層內(nèi)注水效果達到施工要求即停止注水。注水時間為掘進工作面注水時間的4倍，一般定位16個小時。鉆孔按照煤巷預掘位置布置時，當鉆孔沖出煤量大于IO噸時，巷道掘進時壓力明顯增大，沖出煤量不超過10噸時，巷道壓力不明顯，為減少水力沖孔對煤層原始應力的破壞，鉆孔布置在預掘巷道的兩側，盡可能的減小因沖孔對于掘巷道位置煤層的破壞。工作面上順槽施工巷道長度75米，經(jīng)過對該巷道位置的煤層進行水力沖孔預抽，巷道掘進50米以內(nèi)時瓦斯絕對涌出量為1.2-1.8立方米/分鐘，瓦斯涌出量同比明顯減小，單趟風筒配300米Vmin風,就可以滿足掘進工作面的需要。采用本發(fā)明后，巷道掘進長度超過50米后瓦斯涌出量有所增加才開雙趟風筒配500米Vmin風掘進。上順槽75米掘進巷道在施工過程中基本杜絕了瓦斯超限。工作面下順槽外段在施工時沒有進行瓦斯預抽，掘進過程中配600米Vmin風，曾造成的多次瓦斯超限。工作面下順槽里段施工巷道長度55米瓦斯涌出量和施工下順槽外端沒有進行地板瓦斯預抽相比較明顯減小，配風300米3/min就以滿足通風要求。出現(xiàn)的幾次短時間的瓦斯超限都是頂板漏煤造成的。采用底板巖巷打鉆水利沖孔泄壓抽放效果明顯。實驗中上巖巷一聯(lián)巷在揭煤前，采用下花管預抽，揭煤時瓦斯涌出量大，嚴重影響施工進度。下巖巷一聯(lián)巷在揭煤前采用水力沖孔泄壓預抽，抽放時間7天，揭煤時瓦斯涌出量很小，沒有發(fā)生一次瓦斯超限現(xiàn)象。通過在底板巖巷布置鉆孔進行水力沖孔，增加了"三軟"低透氣煤層瓦斯解析速度，提高了瓦斯抽放效果，使高瓦斯煤層實現(xiàn)低瓦斯施工，消除了因掘進巷道瓦斯涌出量大對掘進施工的制約，同時，利用抽放鉆孔進行煤層注水和采空區(qū)抽入，實現(xiàn)了一孔三用，減少了施工工序，將在煤巷掘進工作面實施的措施工程提前移到底板巖行中進行，不但保證了施工期間的安全，而且，最大限度的提高了巷道的掘進速度。從上、下順槽掘進情況看，煤層經(jīng)過泄壓預抽，瓦斯問題已基本不影響煤巷掘進，煤巷掘進速度明顯加快，原先每月掘進尺不超過40米，經(jīng)過預抽后每月掘進進尺達到80-90米水平。采用底板巖巷水力沖孔泄壓瓦斯抽放工藝，在二礦瓦斯防治方面起到很好的作用，創(chuàng)造了良好的技術和經(jīng)濟效益。此項技術在"三軟"低透氣高瓦斯煤層的瓦斯治理方面，開辟了新的思路，值得應用和推廣。本發(fā)明中、底板巷道的布置方式，巖巷可以超前掘進，形成完善通風系統(tǒng)，為形成抽放系統(tǒng)創(chuàng)造環(huán)境。打鉆和煤層注水過程中有巖層的天然屏障，施工安全可靠。打鉆和煤層注水等措施工程在巖層內(nèi)進行，對煤巷施工沒有任何影響；煤巷分段施工減少因"三軟"煤層壓力大造成的巷道修復量大的弊端。巖石巷道在布置上，為上、下兩個煤巷工作面共同使用，以提高巖巷的利用率。由于煤層松軟，底板巖巷的穿層鉆孔抽放效果并不好，連接20個鉆孔，瓦斯抽放濃度不超過0.5%，每天的抽放量IOO左右立方瓦斯。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)鉆孔被煤粉堵死，無法達到抽放效果。瓦斯抽不出來的原因是煤層內(nèi)沒有瓦斯釋放空間和通道，根據(jù)二礦煤質(zhì)松軟的特點，使用壓力水很容易將鉆孔擴大，形成瓦斯解析空間。使用壓力水進行沖孔，在一個鉆孔內(nèi)沖出幾噸煤炭，沖孔后鉆孔內(nèi)瓦斯涌出量明顯加大，增加1個鉆孔瓦斯抽放量由原來的每天70-80立方米猛增到920立方米以上，效果十分明顯。2007年2月份1個經(jīng)過沖孔鉆孔的抽放量<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從上面一個鉆孔的抽放量可以看出，采用水力沖孔措施，效果是很有效的，抽放量衰減的速度也很快，和掘進工面內(nèi)瓦斯釋放的規(guī)律是一致的?？梢钥闯霾捎玫装鍘r巷水力沖孔方案治理二礦的瓦斯是有效的方案。對己經(jīng)打好的鉆孔全部進行沖孔，在沖孔過程中能夠在鉆孔內(nèi)形成空間有瓦斯涌出的，占鉆孔總數(shù)的89%;其中有一部分鉆孔在沖的過程中無法形成空間，最多的一個鉆孔沖出36噸煤不見有瓦斯涌出，但這個鉆孔對煤層一起到充分的泄壓作用。有部分鉆孔抽放兩三天后又被煤粉堵死，需要重新沖孔；沖孔效果見下表21021上巖巷2號鉆場鉆孔參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>鉆孔按照煤巷預掘位置布置時，當鉆孔沖出煤量大于io噸時，巷道掘進時壓力明顯增大，沖出煤量不超過10噸時，巷道壓力不明顯，為減少水力沖孔對煤層原始應力的破壞，鉆孔布置在預掘巷道的兩側，盡可能的減小因沖孔對于掘巷道位置煤層的破壞。從2月17日開始時用水力沖孔后，抽防效果十分明顯。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權利要求1、一種“三軟”低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法，它是利用底板巖巷打穿層鉆孔，采用水力沖孔的方式增加鉆孔內(nèi)部煤體暴露面積，再進行抽放瓦斯，其具體步驟為(1)、在煤層下方底板巖內(nèi)按照回采工作面走向位置布置巖石巷道，在底板巖巷形成完善的通風系統(tǒng)，利用底板巖巷做安全屏障，在底板巖層內(nèi)采用風動沖擊器鉆進瓦斯預抽的穿層鉆孔，鉆孔穿煤層后將鉆頭拉回到煤層底板位置，接壓力水對鉆孔進行沖孔，沖孔深度≤3米，沖孔控制半徑為2-6米；(2)、對沖孔連續(xù)抽放孔內(nèi)瓦斯，在瓦斯抽放量低于每小時0.1立放米時停止對鉆孔進行抽放；利用抽放過瓦斯的鉆孔對煤層進行注水，注水壓力控制在10-15MPa，煤層內(nèi)注水效果達到施工要求時停止注水；工作面回采后利用該鉆孔進行采空區(qū)抽放。2、根據(jù)權利要求1所述的“三軟”低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法，其特征在于所述的底板巖巷道為上、下兩個連通的巖巷，底板巖上巖巷(4)在煤層回采工作面(1)的工作面上順槽(2)的上方，底板巖下巖巷(5)在煤層回采工作面(1)的工作面下順槽(3)的下方，底板巖上巖巷(4)、底板巖下巖巷(5)通過連巷(10)連通。2、根據(jù)權利要求1所述的"三軟"低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法，其特征在于所述的底板巖巷道為上、下兩個連通的巖巷，底板巖上巖巷(4)在煤層回采工作面(1)的工作面上順槽(2)的上方，底板巖下巖巷(5)在煤層回采工作面(1)的工作面下順槽(3)的下方，底板巖上巖巷(4)、底板巖下巖巷(5)通過連巷(10)連通。3、根據(jù)權利要求2所述的"三軟"低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法，其特征在于在上下底板巖巷內(nèi)每30米布置一個鉆場(12)，每個鉆場布置5—7個鉆孔(13)，每個鉆孔控制半徑《2.5米，鉆孔在煤層內(nèi)煤巷預掘位置呈線性布置。4、根據(jù)權利要求3所述的"三軟"低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法，其特征在于所述的鉆孔(13)間距5-8米。5、根據(jù)權利要求l、2、3或4所述的"三軟"低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法，其特征在于所述的連續(xù)抽放孔內(nèi)瓦斯時間最低為15天。6、根據(jù)權利要求5所述的"三軟"低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法，其特征在于鉆孔(13)分別布置在上順槽超前預掘進煤巷(6)和下順槽超前預掘進煤巷(7)的兩側以盡可能的減小因沖孔對于掘巷道位置煤層的破壞。7、根據(jù)權利要求6所述的"三軟"低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法，其特征在于工作面上順槽(2)施工巷道長度為75米，巷道掘進50米以內(nèi)時瓦斯絕對涌出量為1.2-1.8立方米/分鐘，瓦斯涌出量同比明顯減小，單趟風筒配300米Vmin風,以滿足掘進工作面的需要。全文摘要本發(fā)明公開了一種“三軟”低透氣性高瓦斯煤層快速掘進方法，在煤層下方底板巖內(nèi)布置巖石巷道，在底板巖層內(nèi)施工瓦斯預抽的穿層鉆孔，鉆孔穿煤層后將鉆頭拉回到煤層底板位置，接壓力水對鉆孔進行沖孔，沖孔深度≤3米，沖孔控制半徑為2-6米，實現(xiàn)連續(xù)抽放孔內(nèi)瓦斯，在瓦斯抽放量為每小時0.1立方米時，停止對鉆孔進行抽放；利用抽放過瓦斯的鉆孔對煤層進行注水，注水壓力控制在10-15MPa，煤層內(nèi)注水效果達到施工要求時停止注水；工作面回采后，用該鉆孔進行采空區(qū)抽放。利用本發(fā)明增加了“三軟”低透氣煤層瓦斯解析速度，提高了瓦斯抽放效果，使高瓦斯煤層實現(xiàn)低瓦斯施工，實現(xiàn)了一孔三用，不但保證了施工期間的安全，而且，最大限度的提高了巷道的掘進速度。文檔編號E21F7/00GK101382073SQ20071018965公開日2009年3月11日申請日期2007年9月29日優(yōu)先權日2007年9月29日發(fā)明者飛孫,孟憲義,張樹良,王志堅,程東全,邢奇生,鄭明宗,郭智君,高愛民申請人:永城煤電集團有限責任公司