一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法

本发明涉及煤矿复合动力灾害防治，具体涉及一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法。

背景技术：

1、随着矿井开采深度以及开采规模的不断扩大，矿井生产地质条件趋于复杂，灾害风险也愈加严重，深部开采出现煤与瓦斯突出和冲击地压相互耦合的新型煤岩复合动力灾害。部分煤矿由低瓦斯向高瓦斯、突出矿井演变，煤层透气性差、瓦斯难以抽采、工作面瓦斯涌出浓度超限、瓦斯突出和爆炸事故频发，严重影响了煤矿的安全高效生产。同时回采过程中也面临着强矿压、巷道片帮、冒顶、支架压死和大面积悬顶等冲击地压风险，一旦集聚在岩体内部的能量释放，将会造成作业人员伤亡、机械设备损坏等重大安全事故，严重制约了矿井的安全高效推进工作。因此亟需寻求一种复合灾害治理方法能够兼顾瓦斯消突和防冲卸压，实现瓦斯灾害和冲击地压灾害的协同治理。

2、然而现有的煤矿复合灾害治理和预防技术，需要针对不同类型的灾害做好相应的治灾和预防工作以确保矿井生产安全，无法在时间和空间上形成协同治理，也就是说需对各个灾害进行专门的调控防治措施，瓦斯与矿压治理工作彼此分离，需掘大量的巷道工程，治灾钻孔的施工具有单一性，不能起到通用及事半功倍的效果，对钻孔施工功效及资源造成了无形的浪费，钻多种不同用途的孔，工作量大且治灾成本较高，治理起来环节复杂耗时耗力，生产效率低下，不利于采掘接替和安全管理。井下施工过多，势必会增加矿井生产成本，降低矿井生产效益。因此，探索一种适用于瓦斯抽采和防冲泄压的钻孔协同治理方法，以实现“一孔多用，以孔带巷”，对于矿井生产效益的提升具有明显的现实意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，以降低施工治灾成本，实现一孔多用，达到瓦斯灾害和冲击地压灾害的协同治理。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，包括以下步骤：

4、s1：在坚硬顶板岩层靠近停采线附近的钻场中施工定向大直径高位钻孔，沿煤层倾向与第一个定向大直径高位钻孔设定距离处施工下一个定向大直径高位钻孔，依次进行，直到施工完坚硬顶板岩层所有定向大直径高位钻孔。

5、s2：施工分支穿层孔，在定向大直径高位钻孔钻至设定深度后退钻过程中，每隔预设的距离依次施工分支穿层孔，直到施工完定向大直径高位钻孔上的最后分支穿层孔为止。

6、s3：钻孔水力强化，利用高压水通过定向大直径高位钻孔和分支穿层孔预裂坚硬顶板岩层、含瓦斯岩层和煤层。

7、s4：采用定向钻进技术，定向钻头从最后分支穿层孔尾部开始，沿煤层走向钻进煤层水平孔，煤层水平孔钻至目标深度后退钻，然后利用后退式水力造穴技术在煤层水平孔上每隔一定距离施工孔穴。

8、s5：从钻场定向大直径高位钻孔中连入抽采系统，对坚硬顶板岩层、含瓦斯地层、煤层瓦斯进行抽采工作。

9、具体地，步骤s1中定向大直径高位钻孔孔径范围为200-300mm。

10、具体地，步骤s1中相邻两定向大直径高位钻孔间的距离相等，并在空间上处于同一水平位置并平行；进风巷和回风巷巷帮位于定向大直径高位钻孔的卸压控制区域内。

11、具体地，步骤s2中每个定向大直径高位钻孔由多个其它分支穿层孔和一个最后分支穿层孔组成，在空间上一个定向大直径高位钻孔上的所有分支穿层孔均处在同一个平面上。

12、具体地，步骤s2中分支穿层孔伸入煤层的垂直距离为2m，分支穿层孔孔径为150mm，相邻两分支穿层孔在煤层走向上的水平距离为10m。

13、具体地，步骤s2中钻孔施工采用定向钻进工艺，分支穿层孔采用后退式施工方法。

14、具体地，步骤s3中可重复实施水力压裂措施，反复冲刷裂隙通道，使得裂隙不断延申拓展和贯通，形成多级裂隙网，卸压范围不断增大。

15、具体地，步骤s4中煤层水平孔孔径为120mm，煤层水平孔与其它分支穿层孔相互贯通。

16、具体地，步骤s4中洞穴直径为1m，相邻两洞穴沿煤层走向间距为5m。

17、具体地，步骤s5中抽采工作从时间上分为三个阶段：

18、回采开始前：所施工的定向大直径高位钻孔和分支穿层孔、煤层水平孔及孔穴预抽煤、岩层内部瓦斯。

19、回采期间，抽采邻近含瓦斯地层、煤层内、工作面前方煤、岩体卸压区域以及工作面采掘过程中涌出的瓦斯。

20、回采结束后，通过分支穿层孔和定向大直径高位钻孔可抽采采空区、上隅角和“三带”中裂隙带瓦斯。

21、进一步地，回采期间工作面采掘过程中涌出的瓦斯包括：裸露煤璧解吸出的瓦斯、落煤过程中解吸出的瓦斯、遗煤中解吸出的瓦斯。

22、可选地：瓦斯抽采完成后，通过最后分支穿层向煤层注高压水，使得水进入裂隙起到润湿软化煤体的作用、再次减少煤体冲击倾向性，同时在回采过程中也可起到降尘的作用。

23、本发明的有益效果在于：

24、本发明一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，在煤层顶板中施工高位定向大直径主孔，并在主孔的基础上开设分支穿层孔，将钻孔水力强化预裂坚硬顶板岩层、含瓦斯岩层和煤层，接着从最后分支穿层孔尾部出发沿煤层走向钻进煤层水平孔，煤层水平孔与分支穿层孔相互贯通，煤层水平孔钻至预定深度后，然后退钻分段水力造穴，最后连入抽采系统进行瓦斯抽采。

25、本发明一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，所施工的钻孔经水力强化和造穴工艺改进后，在钻孔周围可形成局部卸压区域，降低煤、岩层内部的应力集中程度。瓦斯经钻孔抽放后，煤岩内部的瓦斯压力降低，削弱了突出发生的动力。除了可作为卸压消突钻孔和卸压防冲钻孔外，钻孔可高效抽采邻近含瓦斯地层、煤层内、工作面前方卸压区内以及工作面采掘过程中涌出的瓦斯。回采结束后通过分支穿层孔和定向大直径高位钻孔代替高抽巷可抽采采空区、上隅角和“三带”中裂隙带瓦斯。从而实现以孔代巷，一孔多用，可有效减少复合动力灾害，提升矿井生产效益。

技术特征：

1.一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，其特征在于：所述步骤s1中，定向大直径高位钻孔孔径范围为200-300mm。

3.根据权利要求1所述的一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，其特征在于：所述步骤s1中，相邻两定向大直径高位钻孔间的距离相等，并在空间上处于同一水平位置并平行；进风巷和回风巷巷帮位于定向大直径高位钻孔的卸压控制区域内。

4.根据权利要求1所述的一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，其特征在于：所述步骤s2中，每个定向大直径高位钻孔由多个其它分支穿层孔和一个最后分支穿层孔组成，在空间上一个定向大直径高位钻孔上的所有分支穿层孔均处在同一个平面上。

5.根据权利要求1所述的一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，其特征在于：所述步骤s2中，分支穿层孔伸入煤层的垂直距离为2m，分支穿层孔孔径为150mm，相邻两分支穿层孔在煤层走向上的水平距离为10m。

6.根据权利要求1所述的一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，其特征在于：所述步骤s2中，钻孔施工采用定向钻进工艺，分支穿层孔采用后退式施工方法。

7.根据权利要求1所述的一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，其特征在于：所述步骤s3中，可重复实施水力压裂措施，反复冲刷裂隙通道，使得裂隙不断延申拓展和贯通，形成多级裂隙网，卸压范围不断增大。

8.根据权利要求1所述的一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，其特征在于：所述步骤s4中，煤层水平孔孔径为120mm，煤层水平孔与其它分支穿层孔相互贯通。

9.根据权利要求1所述的一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，其特征在于：所述步骤s4中，孔穴直径为1m，相邻两孔穴沿煤层走向间距为5m。

10.根据权利要求1所述的一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，其特征在于：所述步骤s5中，抽采工作从时间上分为三个阶段，所述三个阶段包括：回采开始前所施工的定向大直径高位钻孔和分支穿层孔、煤层水平孔及孔穴预抽煤、岩层内部瓦斯；回采期间抽采邻近含瓦斯地层、煤层内、工作面前方煤、岩体卸压区域以及工作面采掘过程中涌出的瓦斯；回采结束后通过分支穿层孔和定向大直径高位钻孔可抽采采空区、上隅角和“三带”中裂隙带瓦斯。

技术总结
本发明公开了一种适用于瓦斯抽采与防冲卸压的钻孔方法，涉及煤矿复合动力灾害防治技术领域，包括以下步骤：S1、在坚硬顶板岩层中施工定向大直径高位钻孔；S2、在定向大直径高位钻孔上每隔预设的距离依次施工分支穿层孔；S3、钻孔水力强化，利用高压水通过定向大直径高位钻孔和分支穿层孔预裂坚硬顶板岩层、含瓦斯岩层和煤层；S4、定向钻头从最后分支穿层孔尾部开始钻煤层水平孔，利用后退式水力造穴技术在煤层水平孔上每隔一定距离施工孔穴；S5、连入抽采系统进行瓦斯抽采工作。本发明所施工的钻孔及钻孔强化方法具有卸压防冲和抽采消突的双重作用，可实现以孔带巷，一孔多用，有效减少复合动力灾害，提升矿井生产效益。

技术研发人员：李祥春,李晓伟,张俊文
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16