一种“卸压--抽采--监测”一体化的定向钻孔布置方法技术

本发明专利技术属于煤矿井下钻孔技术领域，具体是一种“卸压

【技术实现步骤摘要】
一种“卸压
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抽采
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监测”一体化的定向钻孔布置方法


[0001]本专利技术属于煤矿井下钻孔
，具体是一种“卸压
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抽采
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监测”一体化的定向钻孔布置方法。

技术介绍

[0002]煤炭是中国最大的一次性消耗能源，约占所有能源消耗的60%，且在较长的时间内煤炭占能源主体地位的状况不会发生改变。
[0003]随着开采深度的加深和开采强度的提高，瓦斯涌出量和煤矿动力现象出现的频率还会进一步增加。近年来，煤与瓦斯突出、冲击地压、顶板垮落等煤岩动力灾害事故成为矿井伤亡人数最多的事故，其发生的突然性、破坏的极强性，给煤矿安全生产和人员财产带来重大阴影，严重制约着煤矿的高效安全生产。
[0004]目前，针对煤岩瓦斯动力灾害的常用处理方法是施工钻孔，钻孔的位置和布置方式对钻孔的抽采、卸压效果影响最大。常见的钻孔位置主要有本煤层钻孔和裂隙带钻孔，钻孔布置方式有顺层钻孔和穿层钻孔，此外还有不同时期不同作用的钻孔。但是，限于煤矿井下采掘接替紧张的问题，目前的瓦斯抽采方式多同时采用多种方式的进行瓦斯抽采，但各种抽采钻孔之间的协调、配合容易造成抽采空白区。
[0005]如何在进一步揭示煤岩动力灾害规律的基础上，运用其规律和事故原理产生对其超前预防、控制点科学方法，特别是结合我国煤矿的具体特点，设计一种缓解采掘接替紧张、钻孔工作周期长、覆盖整个掘进回采工作周期、时空立体三维的煤岩动力灾害一体化的倒“π”型定向钻孔布置方法就成为本专利技术需要解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决上述问题，提供一种“卸压
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抽采
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监测”一体化的定向钻孔布置方法。
[0007]本专利技术采取以下技术方案：一种“卸压
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抽采
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监测”一体化的定向钻孔布置方法，包括：在采区大巷靠近煤体侧开掘钻场，在工作面巷道开掘前在钻场内一次性施工本煤层钻孔、冒落带下部钻孔以及裂隙带钻孔，本煤层钻孔、冒落带下部钻孔以及裂隙带钻孔的终孔位置分别位于本煤层、冒落带下部和裂隙带；本煤层钻孔，用于巷道掘进和回采时期的探测煤层顶底板高度、瓦斯抽采、卸压和钻屑量监测，通过连接到抽放管路进行瓦斯抽采；冒落带下部钻孔，用于本煤层瓦斯预抽、工作面回采后的采空区瓦斯抽采和确定煤层顶板位置，通过抽采管路进行瓦斯抽采；裂隙带钻孔，用于工作面回采之后的裂隙带瓦斯抽采，瓦斯并入抽采管路。
[0008]在一些实施例中，本煤层钻孔在水平方向上，钻孔间距设定为两倍钻孔的瓦斯抽采有效半径，钻孔布置在巷道两侧20m的范围之间；在垂直方向上，如果煤层较薄，本煤层钻孔布置在煤层中部；如果煤层厚度较大，本煤层钻孔设置上下两排钻孔。
[0009]在一些实施例中，冒落带下部钻孔有效抽采区域与本煤层接触。
[0010]在一些实施例中，有效抽采区域按照以下公式计算：1）如果煤层顶板中不含有瓦斯，其中，c是冒落带下部的高度；R是钻孔直径；2）如果煤层顶板中含有瓦斯，其中，c
’
是冒落带下部的高度；d是钻孔与煤层顶板的距离，0＜d≤5r。
[0011]在一些实施例中，水平方向上，冒落带下部钻孔间距设定为5m，冒落带下部钻孔布置在巷道两侧20m的范围之间，如果煤层较薄，在巷道两侧10m的范围之间施工冒落带下部钻孔；垂直方向上，布置在冒落带下部，冒落带下部钻孔距离煤层顶板小于等于5倍钻孔直径。
[0012]在一些实施例中，裂隙带钻孔在垂直方向上布置在冒落带到裂隙带高度之间，垂直间距为5m~20m；在水平方向上，裂隙带钻孔在煤层内的投影与巷道中心线的距离递增，钻孔水平间距为5m~25m。
[0013]在一些实施例中，冒落带高度由如下公式计算：式中，a为冒落带高度；h为煤层开采高度；Kp为冒落岩石的碎胀系数；α为煤层倾角。
[0014]在一些实施例中，裂隙带高度由如下公式计算：式中，b为裂隙带最大高度；h为煤层开采高度。
[0015]在一些实施例中，本煤层钻孔、冒落带下部钻孔以及裂隙带钻孔在目标层位呈倒“π”型设置。
[0016]与现有技术相比，本专利技术针对目前高效、智能化矿井建设的需求，一种“卸压
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抽采
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监控”一体化的定向钻孔布置方法是更为方便、简捷的钻孔布置方式。此钻孔布置方法，是借鉴地面多水平分支井和煤矿井下定向钻孔的优势，提出的一种覆盖巷道掘进、工作面回采的整个时间段，同时具备释放压力、瓦斯抽采、钻屑量监测、顶底板位置检测等作用。
[0017]本专利技术直接来源于实际煤矿安全生产的重大需求，直接服务与煤矿安全生产，满足煤矿工业和煤矿安全的市场需求。煤矿煤岩动力灾害事故具有潜在性和突发性的特点，并且往往在较短的时间内造成较大的破坏性，是煤矿日常生产面对的重点和难题。
附图说明
[0018]图1为本专利技术中倒“π”型定向钻孔布置方法示意图；图2为图1中截面A
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A，钻孔左视图示意图；图3为图1中截面B
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B，是钻孔主视图示意图；
图4为本专利技术中工作面回采时期倒“π”型定向钻孔与采空区的空间示意图；图中：1
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裂隙带；2
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冒落带上部；3
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冒落带下部；4
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本煤层；5
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底板；6
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1号钻场；7
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进风巷道；8
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工作面；9
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液压支架；10
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采空区；11
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裂隙带钻孔；12
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冒落带下部钻孔；13
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本煤层钻孔；14
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2号钻场；15
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回风巷道；16
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下一工作面进风巷道；17
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切眼。
具体实施方式
[0019]以下结合附图通过具体实施方式对本专利技术作进一步说明。
[0020]一种“卸压
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抽采
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监控”一体化的定向钻孔布置方法，在采区大巷靠近煤体侧开掘钻场6，在工作面巷道开掘前在钻场内一次性施工本煤层钻孔13、冒落带下部钻孔12以及裂隙带钻孔11，钻孔终孔位置分别位于本煤层4、冒落带下部3和裂隙带1；借助于千米钻机等具有定向作用的钻机进行施工。
[0021]所述的抽采钻孔如下：（1）本煤层钻孔13，用于巷道掘进和回采时期的探测煤层顶底板高度、瓦斯抽采、卸压和钻屑量监测，通过连接到抽放管路进行瓦斯抽采。
[0022]（2）冒落带底部钻孔12，用于本煤层瓦斯预抽、工作面回采后的采空区瓦斯抽采和确定煤层顶板位置，通过抽采管路进行瓦斯抽采。
[0023]（3）裂隙带钻孔11，用于工作面回采之后的裂隙带瓦斯抽采，瓦斯并入抽采管路。
[0024]若干个所述主孔的目标层位呈倒“π”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种“卸压
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抽采
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监测”一体化的定向钻孔布置方法，其特征在于，包括：在采区大巷靠近煤体侧开掘钻场（6），在工作面巷道开掘前在钻场内一次性施工本煤层钻孔（13）、冒落带下部钻孔（12）以及裂隙带钻孔（11），本煤层钻孔（13）、冒落带下部钻孔（12）以及裂隙带钻孔（11）的终孔位置分别位于本煤层（4）、冒落带下部（3）和裂隙带（1）；本煤层钻孔（13），用于巷道掘进和回采时期的探测煤层顶底板高度、瓦斯抽采、卸压和钻屑量监测，通过连接到抽放管路进行瓦斯抽采；冒落带下部钻孔（12），用于本煤层瓦斯预抽、工作面回采后的采空区瓦斯抽采和确定煤层顶板位置，通过抽采管路进行瓦斯抽采；裂隙带钻孔（11），用于工作面回采之后的裂隙带瓦斯抽采，瓦斯并入抽采管路。2.根据权利要求1所述的“卸压
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抽采
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监测”一体化的定向钻孔布置方法，其特征在于，所述本煤层钻孔（13）在水平方向上，钻孔间距设定为两倍钻孔的瓦斯抽采有效半径，钻孔布置在巷道两侧20m的范围之间；在垂直方向上，如果煤层厚度小于4m，本煤层钻孔（13）布置在煤层中部；如果煤层厚度大于4m，本煤层钻孔（13）设置上下两排钻孔。3.根据权利要求1所述的“卸压
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抽采
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监测”一体化的定向钻孔布置方法，其特征在于，所述冒落带下部钻孔（12）有效抽采区域与本煤层（4）接触。4.根据权利要求3所述的“卸压
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抽采
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监测”一体化的定向钻孔布置方法，其特征在于，所述有效抽采区域按照以下公式计算：1）如果煤层顶板中不含有瓦斯，其中，c是冒落带下部的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳奎，赵涛，黄玉玺，吴世跃，张兴华，张家行，李豪君，邓春生，乔晓光，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：