专利名称：松软煤岩层下向钻孔抽采卸压瓦斯施工方法
技术领域：
本发明涉及煤层群开采过程中的瓦斯抽采卸压施工方法，更具体地说是对于低透气、高 瓦斯、突出、松软煤层开采过程中的瓦斯抽采卸压施工方法。
背景技术：
对于瓦斯灾害的治理是煤矿开釆过程中的一个重大难题，国内外对煤层群开采的矿井， 大多采用了开采保护层。开采保护层时，必须对被保护层进行瓦斯预抽，瓦斯预抽主要是施 工穿层钻孔，而对于没有或不具备施工底板巷的下保层，就必须施工下向穿层钻孔进行预抽。 否则一方面被保护层在保护层开采后，得不到充分卸压；另一方面，被保护层受采动卸压后， 卸压瓦斯向保护层大量涌出，即便是采用"Y"形通风，仍然会造成保护层开采时工作面和 回风流中瓦斯超限，严重影响到矿井安全生产。目前，下向穿层钻孔仅在少数矿井中有过实施，具体施工方式是在施工过程中，主要采 用ZY-300、 SGZ-300型钻机，以电为动力、普通压风为介质，风压l一2Mpa，钻孔直径74腿， 开孔后直接施工至孔底，成孔后，直接下2寸套管10m，用水泥手工封孔10m。这种封孔方 式封孔不严、漏气严重，造成瓦斯抽采效果差。不仅如此，这一方式主要是针对未受采动影 响的原始煤岩体，而松软煤岩层由于受采动影响，原始煤岩体发生变化，裂隙变大，坚固性 大大降低，煤岩体变软，已有的下向穿层钻孔施工方法因风压较小，造成孔内排水、排渣困 难，也因煤岩体松软，施工过程中垮孔严重。实际上，这种已有方式不能直接在松软煤岩层 中进行施工。发明内容本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种松软煤岩层下向钻孔抽采卸 压瓦斯施工方法，以解决采煤工作面回风巷风流瓦斯超限问题，实现在保护层开采过程中对 下覆无底板巷的被保护煤层进行瓦斯预抽，提高抽采瓦斯浓度，以提高资源利用率，保证采 煤工作面的高效、安全开采。本发明针对松软煤岩层的地质条件提供有效的下向穿层钻孔的施工方法，使下向穿层钻 孔在松软煤岩层中得到实施。本发明解决技术问题采用如下技术方案本发明松软煤岩层下向钻孔抽采卸压瓦斯施工方法的特点是在保护层工作面的沿空留 巷段，设置下向穿层钻孔，通过下向穿层钻孔对下覆被保护煤层进行瓦斯预抽。 本发明方法的特点也在于对于下向穿层钻孔的施工是首先自沿空留巷的煤层底板向下形成扩孔段，在扩孔段中下 内套管完成护孔，在内套管的外壁与岩石之间注浆形成封孔段，进一步的向下穿层钻孔的施 工是在内套管中进行。内套管的上端管口高于所述下向穿层钻孔的孔口，封孔段自下向穿层钻孔的孔口至内套 管的底端，采用高压封孔泵注浆封孔。 内套管的深度不小于20m。下向穿层钻孔滞后于保护层工作面20 — 30m施工。下向穿层钻孔布置在被保护煤层卸压范围内，下向穿层钻孔的孔底按抽采卸压半径呈条 带状均匀布置，孔底间距为15 — 20m。对于下向穿层钻孔的施工采用高压风排渣钻进，风压为7 — 9MPa 。 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在1、 本发明通过在回采工作面沿空留巷段施工下向穿层钻孔，能最大化抽采保护层开采 时，被保护层即下覆煤层的卸压瓦斯，提高保护层开采效果，使高瓦斯工作面在低瓦斯状态 下回采，同时减少瓦斯向回采工作面涌出，确保工作面安全回采。2、 本发明针对松软煤岩层的下向钻孔的施工方法使得下向钻孔在施工中不易垮孔，钻孔 成孔率高。3、 本发明方法中对于下向钻孔的施工可以采用KQJ120潜孔钻机，此类钻机专施工负度 数孔，俯角最大能达-90° 。在对保护层的开采过程中，要对下覆被保护煤层施工钻孔进行 瓦斯预抽，预抽钻孔必须覆盖整个工作面，所以在下覆被保护煤层没有底板巷的情况下，钻 孔角度必须有不同的角度，本发明方法完全可以满足这一施工的0°~-90°的仰俯角可调范围。 同时，本发明施工中的钻机是以高压风为动力，采用高压风排渣钻进，钻孔施工速度比传统 施工速度提高2 — 3倍，成孔率高，不易埋钻，钻孔深度能施工80m。3、 本发明通过在开采上覆煤层时对下覆高瓦斯高突煤层施工下向穿层钻孔，使得下覆 煤层不需要施工底板巷和穿层钻孔，大大降低了形采成本，加快了掘进进度。4、 本发明高压封孔泵注浆封孔的方式确保了封孔质量，有效提高了瓦斯抽采和利用率。
图1为本发明方法中保护层开采工作面沿空留巷下向穿层钻孔布置平面图。 图2为本发明方法中保护层开采工作面沿空留巷下向穿层钻孔布置剖面图。 图3为本发明方法中保护层开采工作面沿空留巷下向穿层钻孔施工图。 图4为本发明方法中封孔注浆断面图。图中标号l沿空留巷、2下向穿层钻孔、3采空区、4采煤工作面、5主进风巷、6辅 助进风巷、7内套管、8钻杆，9保护层，IO被保护层，ll岩面，12钻孔，13封孔管，14 注浆管。以下通过具体实施方式
，结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见图1，工作面投产后，在回采期间将对风巷以填充材料进行二次充填留巷，作为该 面的回风巷道，利用工作面回采方向的两巷进风，实现"两进一回"的"Y"型通风方式留巷段充填材料的主要组成是混凝土膏体，充填宽X高为3.0mX1.8m，到顶到底,采用 德国BSM1002E新型充填泵进行充填。同时对采后变形巷道，采用加补棚支护、卧底方式， 确保沿空留巷断面。图l、图2所示，沿空留巷l是工作回采过程中，沿采空区留出的巷道；下向穿层钻孔 2的钻孔施工角度为负，并由煤层顶板穿过煤层进入底板的钻孔；采空区3为回采以后不再 维护的空间；采煤工作面4是在采场内进行回采的煤壁；主进风巷5是较大进风风流所经过 的巷道；辅助进风巷6是较小进风风流所经过的巷道。图3、图4所示，内套管7是在钻孔内放入的管件；钻杆8为施工钻孔的工具；保护层9为消除或削弱相邻煤层的突出或冲击地压危险而先开采的煤层或矿层；被保护层10是在保护层9开采后被保护的煤层如图1所示，在保护层工作面的沿空留巷段，设置下向穿层钻孔2，通过下向穿层钻孔2对下覆被保护煤层进行瓦斯预抽。这一方式能有效抽采采后邻近层的大量卸压瓦斯，减少 卸压瓦斯向回采工作面大量涌出确保工作面的安全回采。 具体施工中的相应措施也包括参见图2、图3,由于煤层开采后在煤层底板产生变形且松软，钻孔施工易垮孔，因此， 对于下向穿层钻孔2的施工选用KQJ120潜孔钻机，首先使用153mm大直径复合片钻头自沿 空留巷1的煤层底板向下形成扩孔段，在扩孔段中下内套管7完成护孔，内套管7的深度不 小于20m，在内套管7的外壁与岩石之间注浆形成封孔段，然后再换94一108mm的钻头在内 套管7中进一步向下钻孔直至孔底形成下向穿层钻孔2。封孔段要求密实不漏气，封孔段自 下向穿层钻孔2的孔口至内套管7的底端，采用高压封孔泵注浆封孔。为了保护孔口不受损， 内套管7的上端管口应适当高于下向穿层钻孔2的孔口。回采过程中，在工作面前后会产生一个压力带，为避免成孔因受采动影响而遭受坡坏，下向穿层钻孔2应滞后于工作面20 — 30m施工。同时，也由于滞后于工作面施工，受工作面 采动影响，煤层顶底板发后变形裂隙，煤岩层含水量大大减少，钻孔施工时，积水量有效减 少。具体实施中，下向穿层钻孔2布置在被保护煤层卸压范围内，孔底按抽采卸压半径呈条 带状均匀布置，针对矿煤层的抽采卸压半径为15 20m，设置孔底间距为15 — 20m，这一钻孔 布置方式有利于拦截被保护层的卸压瓦斯。对于下向穿层钻孔2的施工，可以采用高压风排渣钻进，风压为7—9Mpa。由于井下高 压风管压力达不到这一要求，因此，需要专门安置移动空气压縮机。
权利要求
1. 松软煤岩层下向钻孔抽采卸压瓦斯施工方法，其特征是在保护层工作面的沿空留巷段，设置下向穿层钻孔(2)，通过所述下向穿层钻孔(2)对下覆被保护煤层进行瓦斯预抽。
2、 根据权利要求1所述的松软煤岩层下向钻孔抽采卸压瓦斯施工方法，其特征是对于 所述下向穿层钻孔(2)的施工是首先自沿空留巷(1)的煤层底板向下形成扩孔段，在扩孔 段中下内套管(7)完成护孔，在内套管(7)的外壁与岩石之间注浆形成封孔段，进一步的 向下穿层钻孔(2)的施工是在内套管(7)中进行。
3、 根据权利要求2所述的松软煤岩层下向钻孔抽采卸压瓦斯施工方法，其特征是所述 内套管(7)的上端管口高于所述下向穿层钻孔(2)的孔口，封孔段自下向穿层钻孔(2) 的孔口至内套管(7)的底端，采用高压封孔泵注浆封孔。
4、 根据权利要求2所述的松软煤岩层下向钻孔抽采卸压瓦斯施工方法，其特征是所述 内套管(7)的深度不小于20m。
5、 根据权利要求2所述的松软煤岩层下向钻孔抽采卸压瓦斯施工方法，其特征是所述 下向穿层钻孔(2)滞后于保护层工作面20 — 30m施工。
6、 根据权利要求2所述的松软煤岩层下向钻孔抽采卸压瓦斯施工方法，其特征是所述 下向穿层钻孔(2)布置在被保护煤层卸压范围内，下向穿层钻孔(2)的孔底按抽采卸压半 径呈条带状均匀布置，孔底间距为15—20m。
7、 根据权利要求2所述的松软煤岩层下向钻孔抽采卸压瓦斯施工方法，其特征是对于 所述下向穿层钻孔(2)的施工釆用高压风排渣钻进，风压为7—9MPa 。
全文摘要
松软煤岩层下向钻孔抽采卸压瓦斯施工方法，其特征是在保护层工作面的沿空留巷段，设置下向穿层钻孔，通过下向穿层钻孔对下覆被保护煤层进行瓦斯预抽。对于下向穿层钻孔的施工是首先自沿空留巷的煤层底板向下形成扩孔段，在扩孔段中下内套管完成护孔，在内套管的外壁与岩石之间注浆形成封孔段，进一步的向下穿层钻孔的施工是在内套管中进行。本发明能最大化抽采保护层开采时被保护层即下覆煤层的卸压瓦斯，提高保护层开采效果，确保工作面安全回采。
文档编号E21F7/00GK101275469SQ20081010063
公开日2008年10月1日 申请日期2008年5月12日 优先权日2008年5月12日
发明者周汝洪, 张士环, 方良才, 勇 李, 苏利军, 亮 袁, 群 郑 申请人:淮南矿业(集团)有限责任公司