[发明专利]突出煤层沿顶钻孔施工技术及抽采盲区消除方法

说明书

技术领域

本发明涉及松软突出煤层打钻技术及利用沿顶煤孔消除松软突出煤层采煤工作面抽采盲区的消除方法。

背景技术

突出煤层深孔钻进是个公认的世界性难题。由于突出煤层深孔钻进困难，即煤层钻孔深度受限，使得突出煤层采煤工作面中部存在一个煤层钻孔难以达到的区域，煤层钻孔难以到达的区域称为抽采盲区，抽采盲区不仅影响采煤工作面的开机率，而且对采煤工作面造成安全隐患。国内很多突出矿井在煤层地板岩层内施工岩石巷道，在岩石巷道内施工穿层钻孔向抽采盲区内打钻，即利用穿层钻孔的方法消除抽采盲区。采用穿层钻孔法消除抽采盲区，需要大量的岩石巷道工程和大量的岩石钻孔工程，因而造成采煤工作面的投资费用大大升高。

为解决突出煤层深孔钻进难题，国内外在钻机和钻杆改进方面做了很多研究，如本发明人发明的“突出煤层扒孔降温钻具及其钻进方法”(2006101118307)和国外引进的先进打钻装备，这些关于突出煤层钻进技术在一定程度上取得了一定的效果，但均不能从根本上解决突出煤层深孔钻进困难的世界性难题，也不能有效地消除采煤工作面的抽采盲区。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现行突出煤层深孔钻进困难和采煤工作面抽采空白带难以消除或消除代价过高的现状，提供一种突出煤层沿顶钻孔施工技术及抽采盲区消除方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种突出煤层沿顶钻孔施工技术及抽采盲区消除方法，按如下步骤操作进行：第一步，在回采巷道的巷帮内施工挑顶钻场；第二步，在挑顶钻场内放置钻机，调整钻机的高度，使钻机能够在突出煤层施工沿顶煤孔；第三步，在挑顶钻场内施工一组沿顶煤孔，每个沿顶煤孔的开孔角度与其上部煤层顶板的倾角或伪倾角一致。

在复杂地质条件下或构造带，当沿顶煤孔难以穿越抽采盲区时，所述第三步施工结束后，继续第四步，升高钻机的高度，在没能达到或穿越抽采盲区的煤孔上方施工沿顶岩孔，使沿顶岩孔达到或穿越抽采盲区的上方，沿顶岩孔距离煤层的距离根据岩层条件和地质构造情况确定，距离范围在0～1.5米；第五步，在沿顶岩孔超过煤孔深度的钻孔段实施爆破欲裂或水力压裂，使沿顶岩孔通过人为裂隙与抽采盲区联通。

当煤层厚度较大时，所述第五步施工结束后，继续第六步，降低钻机的高度，使钻机能够施工强化煤孔；第七步，在挑顶钻场内施工一组强化煤孔，每个强化煤孔的开孔角度与上部煤层顶板的倾角或伪倾角一致。

所述的一组沿顶煤孔呈发散状布置，所述的一组强化煤孔与沿顶煤孔呈同样的发散状布置，每个强化煤孔与其对应的沿顶煤孔在一条垂线上，其垂直距离根据煤层条件确定，范围在0.5～2米。

本发明基于发明人提出的钻穴概念，发明采用挑顶钻场施工沿顶煤孔的深孔钻进技术，利用大深度沿顶煤孔消除采煤工作面抽采盲区。为了便于陈述和理解本发明的原理方法，对本发明中出现的名词做以下定义和解释。

在突出煤层钻进的过程中，因孔内各种动力现象引起的直径远大于钻孔理论直径的准充填型洞穴，称为钻穴。钻穴在一定时空内被孔内动力现象带来的松散煤渣完全充填或部分充填而处于准充填状态。钻孔方向上的钻穴是突出煤层深孔钻进的主要障碍，是流体排渣系统阻塞和机械排渣系统阻力过大的原因，钻穴对突出煤层深孔钻进的危害程度与钻穴的体积大小成正变关系，钻穴可能的最大体积与钻孔距离煤层顶板的高度成反变关系。沿煤层与煤层顶板交接面钻进的位于煤层顶部的煤层钻孔称为沿顶煤孔，沿煤层顶板距离煤层一定距离施工的岩石钻孔称为沿顶岩孔。根据本发明人提出的钻穴概念和钻穴对打钻的危害，沿顶煤孔可以最大限度地限制钻穴的体积，从而可以施工深度较大的沿顶煤孔，这为沿顶煤孔直接穿越抽采盲区提供了条件。当煤层厚度较大时，仅靠沿顶煤孔进行瓦斯抽采会带来抽采效率低的弊端，在垂直方向上位于沿顶煤孔正下方一定距离并与对应沿顶煤孔方位、倾角相同的煤层钻孔称为强化煤孔，强化煤孔的作用是强化瓦斯的抽采效果，提高抽采速度。回采巷道一般沿煤层顶板或地板掘进，在回采巷道内无法直接施工沿顶煤孔和沿顶岩孔，为了施工沿顶煤孔和沿顶岩孔而在回采巷道巷帮开挖的将煤层顶板挑落的钻场称为挑顶钻场。