[发明专利]一种碎软低透突出煤层以孔代巷快速抽采瓦斯达标的技术方法

说明书

本发明提供一种碎软低透突出煤层以孔代巷快速抽采瓦斯达标的技术方法，包括以下步骤：S10、在煤层顶板的基本顶层或煤层底板的老底层施工大直径的超长定向钻孔；S20、根据待采掘煤层的钻孔瓦斯抽采影响半径r和抽采达标时间，确定穿设于待采掘煤层小曲率半径分支钻孔的间距d和小曲率半径分支钻孔的数目n；S30、采用后退式分支方式，施工小曲率半径分支钻孔；S40、采用煤矿井下专用增透装置对每个小曲率半径分支钻孔进行气相压裂增透或水力压裂和气相压裂增透组合，直至形成多段三维立体裂隙；S50、连接管路抽采煤层内的瓦斯，抽至煤层瓦斯含量满足抽采达标即停，上述施工方法，可实现低成本、长距离、密集、可控、高效率抽取煤层中的瓦斯。

技术领域

本发明属于煤矿井下安全技术领域，尤其涉及碎软突出煤层瓦斯治理领域，具体为一种碎软低透突出煤层以孔代巷快速抽采瓦斯达标的技术方法。

背景技术

中国地质经历多期构造运动和盆地复合叠加作用，煤层构造变形强烈。许多矿区发生隆起、坳陷、褶皱和断裂等活动，在构造挤压和剪切应力的作用下，煤层原生结构遭到破坏，表现为层理紊乱，煤质松软(坚固性系数一般为0.1-0.5)，煤层渗透性差(煤层渗透率小于1.0×10-3μm²)，这类煤层被为碎软低渗煤层。该碎软低渗煤层发育区的煤矿往往为高瓦斯、突出矿井，但整体因地应力和瓦斯压力较大、煤层碎软、强度较低，钻孔施工过程中易发生排粉不畅，造成卡钻现象，成孔长度常为20～30m，最大成孔长度低于150m，且成孔后由于地应力较大，发生钻孔坍塌和堵塞，造成钻孔抽采量小、抽采浓度低、流量衰减速度快、有效影响半径小、抽采达标期长等问题，严重影响工作面的抽采工作。

如图1所示，针对碎软低透突出煤层煤巷掘进瓦斯抽采问题，多采用预先在煤巷底板稳定岩层中施工瓦斯抽采岩巷，通过底板岩巷向待采掘碎软低透突出煤层施工穿层瓦斯抽采钻孔进行预抽，从而实现消突及预抽的目的。但岩巷掘进施工难度大、成巷周期长、成本高、岩粉伤害人体大等一系列问题。穿层瓦斯抽采钻孔，存在穿岩无效抽采段长，煤层暴露面积小，抽采达标期长等问题。

故有人提出利用定向钻机施工顶底板梳状长钻孔进行待采掘碎软低透突出煤层煤巷预抽，但限于现有定向钻进装备和技术条件，分支开孔曲率半径大 (150m以上)，分支距离远(50-80m)，分支抽采钻孔数量有限，造成抽采区域存在盲点、盲段，乃至盲区，难以满足掘进抽采达标要求。

发明内容

为克服现有底抽巷穿层钻孔预抽瓦斯掩护煤巷掘进及常规顶底板梳状长钻孔存在的问题，本发明提出一种碎软低透突出煤层以孔代巷快速抽采瓦斯达标的技术方法，可实现低成本、长距离、密集、可控、高效率抽取煤层中的瓦斯。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碎软低透突出煤层以孔代巷快速抽采瓦斯达标的技术方法，包括以下步骤：

S10、在煤层顶板的基本顶层或煤层底板的老底层施工大直径的超长定向钻孔；

S20、根据待采掘煤层的钻孔瓦斯抽采影响半径r和抽采达标时间，确定穿设于待采掘煤层小曲率半径分支钻孔的间距d和小曲率半径分支钻孔的数目n；

S30、采用后退式分支方式，施工小曲率半径分支钻孔；

S40、采用煤矿井下专用增透装置对每个小曲率半径分支钻孔进行气相压裂增透或水力压裂和气相压裂增透组合，直至形成多段三维立体裂隙。

S50、连接管路抽采煤层内的瓦斯，抽至煤层瓦斯含量满足抽采达标即停。。

基于上述施工方法，利用定向钻机装备和技术，在围岩中预先实施超长定向钻孔，结合小曲率半径开分支技术，实现超长定向钻孔精准布置、小曲率半径分支钻孔密集、方向和长度可控的定向超长瓦斯抽采钻孔实施，辅以煤层瓦斯高效增透抽采措施，达到“以孔代替底板岩巷”快速抽采消突掩护煤巷掘进的目的。