一种碎软煤层回采工作面瓦斯抽采及区域消突方法技术

本发明专利技术公开了回采工作面顺层普通回转钻进瓦斯抽采和区域消突，通过钻孔群轨迹和钻进记录联合分析圈定瓦斯抽采盲区、定向长钻孔钻进消除盲区的瓦斯抽采和区域消突。由于采用在工作面顺槽施工顺层普通钻进轨迹测控和定向补盲的钻孔施工新技术，保证了钻孔抽采无盲区且提高了瓦斯抽采的效率和效果，确保回采工作面安全生产。该方法由于有机结合了普通钻进施工快速、成本低和定向钻进施工距离远、效果好的优点，免除了底抽巷的开拓及穿层钻孔工程，显著降低了治灾成本，大幅缩短了治灾周期，有力保障了回采工作面的生产接替。力保障了回采工作面的生产接替。力保障了回采工作面的生产接替。

【技术实现步骤摘要】
一种碎软煤层回采工作面瓦斯抽采及区域消突方法


[0001]本专利技术涉及煤矿瓦斯抽采及消突技术，特别涉及碎软煤层回采工作面瓦斯抽采及区域消突的方法。

技术介绍

[0002]瓦斯突出严重威胁煤矿安全，瓦斯治理与消突是煤矿安全的重要内容，回采工作面瓦斯抽采与区域消突是预防煤与瓦斯突出、确保安全回采的必要工作。碎软煤层在我国分布广泛，在可采煤层中占有较大比例。碎软煤层多为突出煤层，具有煤体破碎、渗透性低、瓦斯压力大特点，瓦斯抽采与区域消突一直是困扰碎软突出煤层产量提高的难题。目前碎软煤层回采工作面瓦斯抽采主要采用开采保护层卸压瓦斯抽采、底抽巷与钻孔联合立体抽采、梳状定向钻孔区域瓦斯抽采、顺层定向长钻孔区域瓦斯抽采等四种措施，这四种措施均存在不同的缺点和不足。
[0003]保护层卸压瓦斯抽采需要利用保护层(煤层或岩层)产生的裂隙和变形，增加被保护煤层的透气性，降低其瓦斯含量，消除突出危险。通常经过保护层钻孔卸压抽采，瓦斯抽采一般可达60％以上，并可将高瓦斯突出煤层转化为低瓦斯非突出煤层。但是其存在的问题是，部分矿井不具备保护层开采条件，需要开采岩层作为保护层，成本很高，不具有普遍推广意义；此外保护层瓦斯抽采问题随之而来，也需要提前解决。
[0004]底抽巷与钻孔联合立体抽采通常先在工作面待掘巷道下方施工底抽巷，在底抽巷内施工底板穿层钻孔，对工作面带掘巷道周围瓦斯进行抽采，之后进行工作面巷道掘进，同时在掘进面施工顺层钻孔，进行强化抽采。工作面巷道掘进完成，回采工作面圈闭后，再对回采工作面施工顺层对穿钻孔，进行工作面条带抽采，保证区域消突，抽采达标后再进行采煤工作。该抽采方法瓦斯消突效果好，可确保巷道安全掘进和工作面的安全回采，但其施工工程量巨大，不但施工大量抽采钻孔还需施工底抽巷道，工作面瓦斯治理成本很高且治理周期很长。
[0005]梳状定向钻孔区域抽采是针对碎软煤层钻进时易发生埋钻、喷孔、卡钻等钻孔事故，在成孔性好的煤层顶板或底板中施工主孔，在利用定向钻侧钻开分支技术，完成带掘巷道影响区和工作面煤层内梳状分支孔，实现超前区域瓦斯抽采。梳状定向钻孔显著提高了钻孔深度，有效避免抽采盲区，实现超前瓦斯抽采与区域消突，但其主要在煤层顶板或底板岩层内延伸，钻进效率低，煤层内有效延伸距离短，瓦斯抽采效果仍不理想。
[0006]顺层定向长钻孔区域瓦斯抽采是在巷道掘进和回采工作面圈闭前，在已掘巷道内设置钻场，垂直或平行于工作面施工大量顺层定向孔，覆盖待采工作面和下一工作面的带掘巷道，瓦斯预抽达标后在进行巷道掘进，整个工作面圈闭后，进行煤层回采。顺层定向长钻孔区域瓦斯抽采的优点是省去了底抽巷掘进及抽采工作和巷道超前掩护瓦斯抽采工作，显著降低了抽采成本，并缩短了抽采周期。此外采用定向钻进技术精确控制钻孔轨迹，确保抽采区域全覆盖，提高了抽采效果。顺层定向长钻孔区域瓦斯抽采适用于中等硬度以上的坚硬煤层瓦斯治理，对于碎软突出煤层，受煤层结构破碎、瓦斯压力大、孔壁易失稳坍塌等
因素影响，顺层定向长钻孔施工效率比较低，每天钻进进尺30米至40米，钻孔施工成本高、施工周期长，瓦斯治理难以满足实际生产接续的要求。
[0007]如何实现工作面煤层瓦斯高效安全抽采、区域消突和巷道快速掘进，降低治灾成本且缩短治灾周期，是煤矿瓦斯治理、防突及采掘工作急需解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种碎软煤层回采工作面瓦斯抽采及区域消突方法，具体地提供一种工作面顺层普通回转钻进轨迹测控配合定向钻进补充盲区的回采工作面瓦斯抽采及区域消突方法。在顺槽条带掘出后，通过在回采工作面两侧顺槽施工顺层普通回转钻进对穿钻孔，在回转钻进中对钻孔轨迹进行控制与测量，根据测量的钻孔群轨迹及钻进记录分析回采工作面内钻孔分布及瓦斯抽采盲区，再通过顺槽进行定向钻进补充施工消除瓦斯抽采盲区，通过施工的钻孔、瓦斯抽采管路及抽采泵站进行回采工作面瓦斯抽采。该技术有力地解决了碎软煤层瓦斯抽采及区域消突施工环节多、工程量大、工程周期长、存在安全隐患和煤矿采煤生产与瓦斯治理接续紧张的问题。
[0009]为实现上述技术任务，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0010]一种碎软煤层回采工作面瓦斯抽采及区域消突方法，包括如下步骤：
[0011]步骤1：在工作面顺槽，利用回转钻进和轨迹测控施工顺层对穿钻孔，进行回转钻孔瓦斯抽采；
[0012]步骤2：利用回转钻进轨迹测量得到钻孔轨迹数据和钻进深度的岩性记录，采用三维可视化对钻孔轨迹和煤层进行三维建模，分析回采工作面钻孔轨迹分布，圈定瓦斯抽采盲区；
[0013]步骤3：根据圈定的瓦斯抽采盲区，在回采工作面顺槽内布置钻场，采用定向钻进施工定向长钻孔覆盖瓦斯抽采盲区，完成定向钻孔瓦斯抽采，实现回采工作面瓦斯消突。
[0014]进一步地，所述的步骤1在工作面顺槽，利用回转钻进和轨迹测控施工，其中回转钻进包括采用弧角钻头增加碎软煤层的穿煤长度，利用大通径三棱螺旋钻杆实现钻孔成型，同时在回转钻进过程中对钻孔轨迹进行测量，并通过控制钻进速度和给进压力，调整孔底倾角。
[0015]所述的步骤1的顺层对穿钻孔，具体为：回采工作面形成后，根据煤层厚度在工作面两侧顺槽布置顺层对穿单排或双排三花眼钻孔。
[0016]所述的在工作面两侧顺槽布置顺层对穿单排或双排三花眼钻孔，其中三花眼钻孔行间距为4m
‑
5m，钻孔列间距4m
‑
5m，钻孔深度为工作面宽度的0.5
‑
0.6倍，钻孔直径为73mm
‑
94mm。
[0017]所述的步骤2的利用回转钻进轨迹测量得到钻孔轨迹数据和钻进深度的岩性记录用于分析顺层钻孔在回采工作面内的分布情况；所述的采用三维可视化对钻孔轨迹和煤层进行三维建模，分析回采工作面钻孔轨迹在水平面的分布，圈定钻孔轨迹未覆盖到的瓦斯抽采盲区，具体包括：由随钻轨迹仪测量得到的方位角、倾角及深度数据经均角全距法获得对穿钻孔轨迹三维坐标数据，并对该对穿钻孔轨迹三维坐标数据从东北天坐标系转换到回采工作面顺槽坐标系，然后将经过坐标系转换后的数据导入三维数据可视化软件，计算得到生产数据结构，构建出对穿钻孔轨迹及钻孔在煤层中的三维空间分布，最后将对穿钻孔
轨迹投影到水平面，在水平面上根据钻孔轨迹分布，圈定对穿钻孔瓦斯抽采的盲区位置及大小。
[0018]所述的步骤3根据圈定的瓦斯抽采盲区，在回采工作面顺槽内布置钻场，具体为：以对穿钻孔周围直径为5m作为钻孔瓦斯抽采覆盖区域，根据圈定的瓦斯抽采盲区的范围和形状，设计定向钻孔数量和深度，利用空气软煤定向钻进施工工艺顺层定向钻孔覆盖圈定的瓦斯抽采盲区，实现回采工作面瓦斯消突。
[0019]所述的空气软煤定向钻进施工工艺为选择ZDY6000LD或ZDY6500LP(A)定向钻机、φ73mm三棱钻杆、φ73空气螺杆马达、φ73mm电磁波随钻测量系统及2.0高压制氮机，在开孔位置先采用φ108mm弧角钻头开孔钻进到9m处提钻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碎软煤层回采工作面瓦斯抽采及区域消突方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：在工作面顺槽，利用回转钻进和轨迹测控施工顺层对穿钻孔，进行回转钻孔瓦斯抽采；步骤2：利用回转钻进轨迹测量得到钻孔轨迹数据和钻进深度的岩性记录，采用三维可视化对钻孔轨迹和煤层进行三维建模，分析回采工作面钻孔轨迹分布，圈定瓦斯抽采盲区；步骤3：根据圈定的瓦斯抽采盲区，在回采工作面顺槽内布置钻场，采用定向钻进施工定向长钻孔覆盖瓦斯抽采盲区，完成定向钻孔瓦斯抽采，实现回采工作面瓦斯消突。2.如权利要求1所述的碎软煤层回采工作面瓦斯抽采及区域消突方法，其特征在于：所述的步骤1在工作面顺槽，利用回转钻进和轨迹测控施工，其中回转钻进包括采用弧角钻头增加碎软煤层的穿煤长度，利用大通径三棱螺旋钻杆实现钻孔成型，同时在回转钻进过程中对钻孔轨迹进行测量，并通过控制钻进速度和给进压力，调整孔底倾角。3.如权利要求2所述的碎软煤层回采工作面瓦斯抽采及区域消突方法，其特征在于：所述的步骤1的顺层对穿钻孔，具体为：回采工作面形成后，根据煤层厚度在工作面两侧顺槽布置顺层对穿单排或双排三花眼钻孔。4.如权利要求2所述的碎软煤层回采工作面瓦斯抽采及区域消突方法，其特征在于：所述的在工作面两侧顺槽布置顺层对穿单排或双排三花眼钻孔，其中三花眼钻孔行间距为4m
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5m，钻孔列间距4m
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5m，钻孔深度为工作面宽度的0.5
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0.6倍，钻孔直径为73mm
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94mm。5.如权利要求1所述的碎软煤层回采工作面瓦斯抽采及区域消突方法，其特征在于：所述的步骤2的利用回转钻进轨迹测量得到钻孔轨迹数据和钻进深度的岩性记录用于分析顺层钻孔在回采工作面内的分布情况；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小龙，赵亮，王宵菲，刘卫卫，杨旭，穆鹏飞，崔岩波，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：