本發(fā)明涉及井下立井井筒揭穿特厚松軟突出煤層的快速卸壓排放瓦斯方法，適用于立井井筒工作面狹小的特厚松軟突出煤層消突排放瓦斯。
背景技術(shù)：
目前《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中第第四十九條第(四)款規(guī)定：穿層鉆孔預(yù)抽石門(含立、斜井等)揭煤區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施應(yīng)當(dāng)在揭煤工作面距煤層的最小法向距離7m以前實(shí)施(在構(gòu)造破壞帶應(yīng)適當(dāng)加大距離)。鉆孔的最小控制范圍是：石門和立井、斜井揭煤處巷道輪廓線外12m(急傾斜煤層底部或下幫6m)，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)保證控制范圍的外邊緣到巷道輪廓線(包括預(yù)計(jì)前方揭煤段巷道的輪廓線)的最小距離不小于5m，且當(dāng)鉆孔不能一次穿透煤層全厚時(shí)，應(yīng)當(dāng)保持煤孔最小超前距15m。
按照以上規(guī)定,鉆孔需要控制到立井井筒輪廓線至見煤點(diǎn)12m位置，特厚煤層由于煤層厚度較大，所以按照規(guī)定，設(shè)計(jì)鉆孔穿過煤體后，需要排放瓦斯的范圍十分巨大。同時(shí)，對(duì)于松軟煤層來說，透氣性差，下向鉆孔容易受水封影響，造成瓦斯排放困難，單孔控制范圍較小。基于以上因素，采用傳統(tǒng)的瓦斯排放方法，鉆孔數(shù)量巨大，狹小的井筒工作面，無法進(jìn)行施工。為增加排放量，減少鉆孔數(shù)量，需要采用水力化措施進(jìn)行鉆孔卸壓增透，但沖孔后，沖煤量越大，應(yīng)力變化越劇烈，對(duì)井壁影響越明顯，嚴(yán)重時(shí)造成井壁開裂。所以，快速卸壓排放瓦斯，達(dá)到消突效果，且不對(duì)立井井筒產(chǎn)生影響，成為揭穿特厚松軟突出煤層的主要問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是要克服已有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種可靠的立井井筒揭穿特厚松軟突出煤層的快速卸壓排放瓦斯方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：一種立井井筒揭穿特厚松軟突出煤層的快速卸壓排放瓦斯方法，包括以下步驟：
第一步，在井筒掘進(jìn)至距離煤層7m位置，沿井筒掘進(jìn)工作面輪廓線由外至內(nèi)設(shè)計(jì)多圈排放鉆孔，排放鉆孔的孔底間距為3m；
第二步，將設(shè)計(jì)好的排放鉆孔按照6m×6m間距劃分為多個(gè)九沖、九注單元，每個(gè)九沖、九注單元包含9個(gè)鉆孔，并計(jì)算單孔最小沖煤量；
第三步，由外向內(nèi)對(duì)每個(gè)九沖、九注單元進(jìn)行鉆孔施工，以133mm鉆頭鉆進(jìn)3m，然后送入3m長(zhǎng)的D108×5mm無縫鋼管；
第四步，向無縫鋼管中注入水泥漿，等待水泥漿凝固；
第五步，在無縫鋼管中鉆進(jìn)3.5m，對(duì)鉆孔進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，耐壓合格后，進(jìn)行第六步，若耐壓不合格，則返回步驟第四步；
第六步，完成九沖、九注單元內(nèi)1個(gè)鉆孔的沖煤施工，沖煤施工步驟如下：
繼續(xù)鉆進(jìn)至煤層，打開井筒靜水壓力水開關(guān)，緩慢鉆進(jìn)，在0.5m范圍內(nèi)反復(fù)進(jìn)退20min，然后繼續(xù)緩慢鉆進(jìn)0.5m，反復(fù)進(jìn)退20min，如此循環(huán)直至鉆孔穿過煤層，鉆孔穿入煤層后記錄沖孔總出煤質(zhì)量，當(dāng)出煤量達(dá)到單孔最小沖煤量并穿透煤層后，停止鉆進(jìn)，否則繼續(xù)往返鉆進(jìn)，直至出煤量達(dá)到單孔最小沖煤量，從而完成單個(gè)鉆孔的沖煤施工；
第七步，按照第六步，依次完成九沖、九注單元其它8個(gè)鉆孔的沖煤施工，從而完成一個(gè)九沖、九注單元的沖煤施工；
第八步，在完成沖煤施工的九沖、九注單元區(qū)域內(nèi)施工一個(gè)瓦斯檢查孔，測(cè)定瓦斯含量，如果瓦斯含量小于能夠消突的最高瓦斯含量，進(jìn)行第九步，如果瓦斯含量大于等于能夠能夠消突的最高瓦斯含量，則返回第六步；
第九步，對(duì)完成瓦斯含量測(cè)定的九沖、九注單元的9個(gè)鉆孔進(jìn)行水泥加固；
第十步，重復(fù)以上第七步至第九步，由外至內(nèi)依次對(duì)所有九沖、九注單元進(jìn)行沖煤施工和水泥加固，完成立井井筒揭煤區(qū)域的卸壓瓦斯排放及煤體加固。
進(jìn)一步的，第二步中，沖煤量按照鉆孔總控制煤體內(nèi)煤質(zhì)量的3‰和20倍煤厚質(zhì)量分別計(jì)算，取大值作為總最小沖煤量，以總最小沖煤量除以總鉆孔數(shù)量，得到單孔最小沖煤量，其中，煤厚質(zhì)量是通過取煤層厚度數(shù)值得到的經(jīng)驗(yàn)沖煤質(zhì)量，單位為t，煤層厚度在揭煤地質(zhì)鉆孔中已探明，按照井筒揭煤鉆孔總控制范圍、煤層傾角、厚度計(jì)算出鉆孔控制范圍內(nèi)煤體體積，然后鉆孔控制范圍內(nèi)煤體體積乘以煤的視相對(duì)密度得到鉆孔總控制煤體內(nèi)煤質(zhì)量，井筒揭煤鉆孔總控制范圍為所有鉆孔圍成的最大范圍。
進(jìn)一步的，第五步中，耐壓試驗(yàn)步驟如下：
1)使用注漿泵向鉆孔緩慢注入清水，一邊注漿一邊觀察；
2)待注水壓力上升至6MPa并且鉆孔孔口不漏水時(shí)，停止注水；
5)利用秒表計(jì)時(shí)，如果在5min內(nèi)壓力不下降，則耐壓試驗(yàn)合格。
進(jìn)一步的，第八步中，瓦斯檢查孔施工在九沖、九注單元的9個(gè)鉆孔中相互間距最大位置，能夠消突的最高瓦斯量等于九沖、九注單元控制范圍內(nèi)煤體原始瓦斯含量的70％且小于8m3/t，其中九沖、九注單元控制范圍為9個(gè)鉆孔圍成的最大范圍。
進(jìn)一步的，第九步中，水泥加固步驟為：向九沖、九注單元的9個(gè)鉆孔注入水灰比為1:1的水泥漿，注漿壓力不小于6MPa，當(dāng)注漿初期不能達(dá)到6MPa時(shí)，可先將9個(gè)鉆孔注滿水泥漿，30min后再次注入一遍，如此反復(fù)直至注漿壓力達(dá)到壓力要求。
有益效果：應(yīng)用本發(fā)明提供的立井井筒揭穿特厚松軟突出煤層的快速卸壓排放瓦斯方法，能對(duì)鉆孔控制范圍內(nèi)的煤體實(shí)現(xiàn)水力沖孔，沖出煤體后，煤體卸壓膨脹變形，透氣性顯著增加，加快瓦斯排放；本發(fā)明在沖孔時(shí)以9個(gè)鉆孔為一單元，沖完注入加固水泥漿，避免了沖孔后應(yīng)力變化造成井壁開裂等問題，且加固了煤體，同時(shí)，在施工時(shí)由外向內(nèi)，完成最外圈所有單元后，形成保護(hù)帷幕，截?cái)嗔送咚瓜蚩刂品秶鷥?nèi)滲透的通道，在保證安全的前提下，加大了單孔排放量，實(shí)現(xiàn)了特厚松軟突出煤層的快速卸壓瓦斯排放。
附圖說明
圖1為排放鉆孔的布置示意圖。
圖中：1-井筒掘進(jìn)工作面輪廓線，2-九沖、九注單元，3-瓦斯檢查孔。
具體實(shí)施方式：
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
本發(fā)明的一種立井井筒揭穿特厚松軟突出煤層九沖九注快速卸壓排放瓦斯方法包括以下步驟：
第一步，在井筒掘進(jìn)至距離煤層7m位置，沿井筒掘進(jìn)工作面輪廓線由外至內(nèi)設(shè)計(jì)多圈排放鉆孔，排放鉆孔的孔底間距為3m；
第二步，如圖所示，將設(shè)計(jì)好的排放鉆孔按照6m×6m間距劃分為多個(gè)九沖、九注單元，每個(gè)九沖、九注單元包含9個(gè)鉆孔，并計(jì)算單孔最小沖煤量；
第三步，由外向內(nèi)對(duì)每個(gè)九沖、九注單元進(jìn)行鉆孔施工，以133mm鉆頭鉆進(jìn)3m，然后送入3m長(zhǎng)的D108×5mm無縫鋼管；
第四步，向無縫鋼管中注入水泥漿，等待水泥漿凝固；
第五步，在無縫鋼管中鉆進(jìn)3.5m，對(duì)鉆孔進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，耐壓合格后，進(jìn)行第六步，若耐壓不合格，則返回步驟第四步；
第六步，完成九沖、九注單元內(nèi)1個(gè)鉆孔的沖煤施工，沖煤施工步驟如下：
繼續(xù)鉆進(jìn)至煤層，打開井筒靜水壓力水開關(guān)，緩慢鉆進(jìn)，在0.5m范圍內(nèi)反復(fù)進(jìn)退20min，然后繼續(xù)緩慢鉆進(jìn)0.5m，反復(fù)進(jìn)退20min，如此循環(huán)直至鉆孔穿過煤層，鉆孔穿入煤層后記錄沖孔總出煤質(zhì)量，當(dāng)出煤量達(dá)到單孔最小沖煤量并穿透煤層后，停止鉆進(jìn)，否則繼續(xù)往返鉆進(jìn)，直至出煤量達(dá)到單孔最小沖煤量，從而完成單個(gè)鉆孔的沖煤施工；
第七步，按照第六步，依次完成九沖、九注單元其它8個(gè)鉆孔的沖煤施工，從而完成一個(gè)九沖、九注單元的沖煤施工；
第八步，在完成沖煤施工的九沖、九注單元區(qū)域內(nèi)施工一個(gè)瓦斯檢查孔，測(cè)定瓦斯含量，如果瓦斯含量小于能夠消突的最高瓦斯含量，進(jìn)行第九步，如果瓦斯含量大于等于能夠能夠消突的最高瓦斯含量，則返回第六步；
第九步，對(duì)完成瓦斯含量測(cè)定的九沖、九注單元的9個(gè)鉆孔進(jìn)行水泥加固；
第十步，重復(fù)以上第七步至第九步，由外至內(nèi)依次對(duì)所有九沖、九注單元進(jìn)行沖煤施工和水泥加固，完成立井井筒揭煤區(qū)域的卸壓瓦斯排放及煤體加固。
第二步中，沖煤量按照鉆孔總控制煤體內(nèi)煤質(zhì)量的3‰和20倍煤厚質(zhì)量分別計(jì)算，取大值作為總最小沖煤量，以總最小沖煤量除以總鉆孔數(shù)量，得到單孔最小沖煤量，其中，煤厚質(zhì)量是通過取煤層厚度數(shù)值得到的經(jīng)驗(yàn)沖煤質(zhì)量，單位為t，煤層厚度在揭煤地質(zhì)鉆孔中已探明，按照井筒揭煤鉆孔總控制范圍、煤層傾角、厚度計(jì)算出鉆孔控制范圍內(nèi)煤體體積，然后鉆孔控制范圍內(nèi)煤體體積乘以煤的視相對(duì)密度得到鉆孔總控制煤體內(nèi)煤質(zhì)量，井筒揭煤鉆孔總控制范圍為所有鉆孔圍成的最大范圍。
第五步中，耐壓試驗(yàn)步驟如下：
1)使用注漿泵向鉆孔緩慢注入清水，一邊注漿一邊觀察；
2)待注水壓力上升至6MPa并且鉆孔孔口不漏水時(shí)，停止注水；
5)利用秒表計(jì)時(shí)，如果在5min內(nèi)壓力不下降，則耐壓試驗(yàn)合格。
第八步中，瓦斯檢查孔施工在九沖、九注單元的9個(gè)鉆孔中相互間距最大位置，能夠消突的最高瓦斯量等于九沖、九注單元控制范圍內(nèi)煤體原始瓦斯含量的70％且小于8m3/t，其中九沖、九注單元控制范圍為9個(gè)鉆孔圍成的最大范圍。
第九步中，水泥加固步驟為：向九沖、九注單元的9個(gè)鉆孔注入水灰比為1:1的水泥漿，注漿壓力不小于6MPa，當(dāng)注漿初期不能達(dá)到6MPa時(shí)，可先將9個(gè)鉆孔注滿水泥漿，30min后再次注入一遍，如此反復(fù)直至注漿壓力達(dá)到壓力要求。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。