专利名称：突出煤层掘进工作面沿顶钻进大循环区域性消突方法
技术领域：
本发明涉及煤矿井下松软突出煤层巷道消突技术与方法。
背景技术：
消除突出煤层的突出危险性简称消突，突出煤层掘进工作面在掘进的过 程中必须进行消突，然后才能向前掘进。突出煤层消突主要依靠钻孔来实现， 由于突出煤层长钻孔施工困难，使得突出煤层掘进巷道前方的待掘区域难以 实现大范围区域性消突，而被迫采用小循环局部性消突。采用小循环局部性 消突，不仅造成掘进工作面消突效率低、掘进速度慢，而且造成掘进工作面 频繁接近保护带临界值，这样造成掘进工作面的掘进安全性差，在掘进巷道 经常发生煤与瓦斯突出事故，煤矿大多数煤与瓦斯突出事故发生在掘进工作 面。在部分松软突出煤层矿区，由于煤层打钻十分困难，掘进工作面即便采 用小循环局部性消突也很难形成有效的保护带，为此一些矿区需要在煤层地 板做岩石巷道，在岩石巷道内向待掘区域施工穿层钻孔对待掘区域进行消突， 这样造成消突成本过高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现行突出煤层打钻困难和掘进巷道消 突困难的现状，提供一种突出煤层掘进工作面沿顶钻进大循环区域性消突方 法，使突出煤层的掘进工作面更趋安全，使突出煤层的掘进速度得到提高。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 一种突出煤层掘进工作面 沿顶钻进大循环区域性消突方法，按如下步骤操作进行第一步，在掘进工 作面施工挑顶钻场，挑顶钻场的尺寸根据钻机尺寸和两帮消突控制范围确定； 第二步，在挑顶钻场内放置钻机，调整钻机的高度，并调整钻机使钻杆与煤 层顶板平面平行，使钻机能够在突出煤层靠近顶板位置施工沿顶煤孔；第三 步，在挑顶钻场内施工一组沿顶煤孔，形成沿顶煤孔解放层。
如果发现有沿顶煤孔没有达到设计长度，所述第三步施工结束后，继续 第四步，升高钻机的高度，在欠长度沿顶煤孔的正上方，距离欠深度沿顶煤 孔的轮廓间距0 1米范围内施工沿顶岩孔；第五步，对沿顶岩孔超越欠长度 沿顶煤孔的长度实施爆破预裂或水力压裂，使沿顶岩孔通过人为裂隙与突出 煤层沟通。当煤层厚度较大、突出严重时，所述第五步施工结束后，继续第六步，
降低钻机的高度，使钻机能够施工驱替煤孔；第七步，在位于沿顶煤孔解放 层之下0.5 2.0米施工若干驱替煤孔，驱替煤孔的相邻轮廓间距为0. 5 2 米，利用驱替煤孔向被解放区煤体注入高压气体或高压水，将被解放区内的 瓦斯向沿顶煤孔解放层驱赶和代替；第八步，对被解放区校检，校检合格后拆 除钻机。
所述第一步中的挑顶钻场为跨越巷道两帮2 8米深度的跨巷挑顶钻场； 所述第二步中首先在跨巷挑顶钻场内铺设放置钻机的轨道，轨道与煤层顶板 的层面平行，与巷道的轴线垂直，所述钻机位于该轨道上；所述第三步中施 工的一组沿顶煤孔为一排平行于煤层顶板的钻孔，相邻两个沿顶煤孔的轮廓 间距为0 1米。
本发明基于现有技术方法存在的问题和发明人提出的钻穴概念，发明"突 出煤层掘进工作面沿顶钻进大循环区域性消突方法"。本发明通过钻场变化、 钻孔布局变化并配合其它技术措施，使突出煤层掘进工作的消突范围加大， 改小循环局部性消突为大循环区域性消突，以此来提高突出煤层掘进工作面 的安全性和掘进效率。
为了便于陈述，对本发明中出现的名词做以下定义和解释。 在突出煤层钻进的过程中，因孔内各种动力现象引起的直径远大于钻孔 理论直径的准充填型洞穴，称为"钻穴"。钻穴在一定时空内被孔内动力现象 带来的松散煤渣完全充填或部分充填而处于准充填状态。钻孔方向上的钻穴 是突出煤层长钻孔施工困难主要原因，也是流体排渣系统阻塞、机械排渣阻 力过大的原因，钻穴对突出煤层长孔钻进的危害程度与钻穴的体积大小成正 变关系，钻穴可能的最大体积与钻孔距离煤层顶板的高度成反变关系。沿煤 层伪顶或煤层直接顶钻进的煤层钻孔，称为"沿顶煤孔"，沿煤层顶板距离煤 层一定距离钻进的岩石钻孔，称为"沿顶岩孔"。根据本发明人提出的钻穴概 念，沿顶煤孔可以最大限度的限制钻穴的体积，从而可以施工长度较大的沿 顶煤孔，这为突出煤层掘进工作面实施大范围区域性消突创造了前提条件。 由于钻机结构的原因，在沿煤层掘进的巷道内无法直接施工沿顶煤孔和沿顶 岩孔，为了施工沿顶煤孔和沿顶岩孔，每隔一定距离在掘进工作面开挖的跨 越巷道两帮一定深度的将煤层顶板挑落的钻场，称为"挑顶钻场"。在跨巷挑 顶钻场内可以将钻机抬高，使钻机高出巷道的设计高度，从而可以施工沿顶 煤孔和沿顶岩孔。在煤层顶部层面上施工一组密度较大的沿顶煤孔，这组密集沿顶煤孔可以减小下部煤体的应力、释放下部煤体的瓦斯，起解放层作用， 这组沿顶煤孔共同构成"沿顶煤孔解放层"，沿顶煤孔解放层之下的煤体区 域称为"被解放区"。在瓦斯异常带和地质构造带，会出现沿顶煤孔施工困难 的情况，部分或个别沿顶煤孔的长度可能达不到设计要求，没能达到设计深 度的沿顶煤孔称为"欠长度沿顶煤孔"，为此需要在欠长度沿顶煤孔的正上方、
距离欠深度沿顶煤孔0 1.0米的距离内施工沿顶岩孔，再对沿顶岩孔超过欠
长度沿顶煤孔深度的岩孔段实施爆破预裂或水力压裂使沿顶岩孔与煤层沟 通。当煤层厚度较大时，为了使被解放区更好的实现消突，为了使被解放区 内的瓦斯更快的得到释放，为了掘进时较少粉尘，需要在被解放区内、位于
沿顶煤孔解放层之下0 2.0米施工若干煤孔，利用这些煤孔向被解放区煤体 注入高压气体和高压水，将被解放区内的瓦斯向沿顶煤孔解放层驱赶，利用 水和气驱赶代替瓦斯，这些煤孔称为"驱替煤孔"。
本发明在掘进工作面设置挑顶钻场，在挑顶钻场内安置钻机，首先施工 密集沿顶煤孔，在掘进工作面前方形一定宽度的超长距离的沿顶煤孔解放层， 利用沿顶煤孔解放层改变被解放区内煤体的应力状态，并释放被解放区内煤 体的瓦斯，使被解放区内的煤体实现消突。在瓦斯异常带或地质构造带，当 沿顶煤孔施工困难，达不到预定长度时，可对在欠长度沿顶煤孔上方施工沿
顶岩孔，通过爆破预裂或水压压裂的办法使沿顶岩孔与深部煤体沟通；当煤
层厚度较大时，施工驱替煤孔，采用高压注水或高压注气的方法驱赶和代替 被解放区内的瓦斯，提高整体消突效果。
采用本发明的技术方案，能够大大提高掘进工作面的消突范围和循环进 尺，使突出煤层掘进工作面的安全性和掘进速度得到提高。
图1所示为本发明施工状态示意图； 图2所示为图1中A-A截面施工完成后的状态示意图。
具体实施例方式
如图l、 2所示，本发明按如下步骤操作进行
第一步，在巷道2的掘进工作面施工跨巷挑顶钻场3，跨巷挑顶钻场3 的尺寸根据钻机尺寸和两帮消突控制范围确定，巷道两帮的控制范围一般在 2 8米；
第二步，在跨巷挑顶钻场3内铺设放置钻机4的轨道10，轨道10与煤 层顶板的层面平行，与巷道2的轴线垂直；在跨巷挑顶钻场3的轨道10上安置钻机4，并调整钻机4使钻杆与煤层顶板平面平行；
第三步，根据具体突出煤层5的硬度施工一组沿顶煤孔6，沿顶煤孔6
的轮廓间距为0 1米，形成沿顶煤孔解放层；
第四步，调整钻机4的高度，在欠长度沿顶煤孔6'的正上方，距离欠 深度沿顶煤孔6'的轮廓间距为0 1米范围内施工沿顶岩孔8;
第五步，对沿顶岩孔8超越欠长度沿顶煤孔6'的长度实施爆破预裂或 水力压裂，使沿顶岩孔8通过人为裂隙9与突出煤层5沟通；
第六步，降低钻机4的高度，使钻机4能够施工驱替煤孔7;
第七步，在位于沿顶煤孔解放层之下0.5 2.0米施工若干驱替煤孔7， 驱替煤孔7的轮廓间距为0. 5 2米，利用驱替煤孔7向被解放区煤体注入高 压气体或高压水，将被解放区内的瓦斯向沿顶煤孔6解放层驱赶和代替；
第八步，对被解放区校检，如果校检不合格，补充施工更密集的沿顶煤 孔6;校检合格后拆除钻机4和轨道10;突出煤层5消突完成。
本发明不局限于上述具体实施方式
，例如挑顶钻场3也可采用非跨巷形 式，此时施工的一组沿顶煤孔6和沿顶岩孔8、驱替煤孔7需要发散状布置， 其它方法步骤不变，同样能达到突出煤层5消突目的和效果。
权利要求
1. 一种突出煤层掘进工作面沿顶钻进大循环区域性消突方法，其特征在于按如下步骤操作进行第一步，在掘进工作面施工挑顶钻场(3)，挑顶钻场(3)的尺寸根据钻机(4)尺寸和两帮消突控制范围确定；第二步，在挑顶钻场(3)内放置钻机(4)，调整钻机(4)的高度，并调整钻机(4)使钻杆与煤层顶板平面平行，使钻机(4)能够在突出煤层(5)靠近顶板位置施工沿顶煤孔(6)；第三步，在挑顶钻场(3)内施工一组沿顶煤孔(6)，形成沿顶煤孔解放层。
2、 如权利要求1所述的突出煤层掘进工作面沿顶钻进大循环区域性消 突方法，其特征在于所述第三步施工结束后，继续第四步，升高钻机的高 度，在欠长度沿顶煤孔(6')的正上方，距离欠深度沿顶煤孔(6')的轮廓 间距0 1米范围内施工沿顶岩孔(8);第五步，对沿顶岩孔(8)超越欠长 度沿顶煤孔(6')的长度实施爆破预裂或水力压裂，使沿顶岩孔(8)通过人 为裂隙(9)与突出煤层(5)沟通。
3、 如权利要求2所述的突出煤层掘进工作面沿顶钻进大循环区域性消 突方法，其特征在于所述第五步施工结束后，继续第六步，降低钻机(4) 的高度，使钻机(4)能够施工驱替煤孔(7);第七步，在位于沿顶煤孔解放 层之下0.5 2.0米施工若干驱替煤孔(7)，驱替煤孔(7)的相邻轮廓间距为 0.5 2米，利用驱替煤孔(7)向被解放区煤体注入高压气体或高压水，将 被解放区内的瓦斯向沿顶煤孔解放层驱赶和代替；第八步，对被解放区校检， 校检合格后拆除钻机(4)。
4、 如权利要求1或2或3所述的突出煤层掘进工作面沿顶钻进大循环 区域性消突方法，其特征在于所述第一步中的挑顶钻场(3)为跨越巷道两 帮2 8米深度的跨巷挑顶钻场；所述第二步中首先在跨巷挑顶钻场(3)内 铺设放置钻机(4)的轨道(10)，轨道(10)与煤层顶板的层面平行，与巷 道(2)的轴线垂直，所述钻机(4)位于该轨道(10)上；所述第三步中施 工的一组沿顶煤孔(6)为一排平行于煤层顶板的钻孔，相邻两个沿顶煤孔(6) 的轮廓间距为0 1米。
全文摘要
本发明公开了一种突出煤层掘进工作面沿顶钻进大循环区域性消突方法，在掘进工作面设置挑顶钻场，在挑顶钻场内安置钻机，首先施工密集沿顶煤孔，在掘进工作面前方形成一定宽度的超长距离的沿顶煤孔解放层，利用沿顶煤孔解放层改变被解放区内煤体的应力状态，并释放被解放区内煤体的瓦斯，使被解放区内的煤体实现消突。在瓦斯异常带或地质构造带，当沿顶煤孔施工困难，达不到预定长度时，可对在欠长度沿顶煤孔上方施工沿顶岩孔，通过爆破预裂或水压压裂的办法使沿顶岩孔与深部煤体沟通；当煤层厚度较大时，施工驱替煤孔，采用高压注水或高压注气的方法驱赶和代替被解放区内的瓦斯，提高整体消突效果。
文档编号E21B7/00GK101280688SQ20081004987
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月27日 优先权日2008年5月27日
发明者孙玉宁, 宋维宾, 徐华礼, 伟 李, 熊祖强, 政 聂, 颖 韩 申请人:河南理工大学