钻孔方法与高抽巷

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1、1 一、 高位钻孔1 定义：高位钻孔是在回风巷向煤层顶板施工的钻孔，主要是利用采动应力场中 采空区冒落形成的裂隙空间作为瓦斯流动通道，在抽放负压作用下使瓦斯流向钻 孔，从而能够抽出大量瓦斯，解决上隅角和回风流瓦斯超限问题。 高位钻孔瓦斯抽放实际是通过高位钻孔抽放采空区冒落带及裂隙带积聚的 大量高浓度瓦斯，减少采空区的瓦斯涌出量。2 作用：高位钻孔主要用于治理采空区的瓦斯，通过钻孔抽放，减少采空区的瓦 斯浓度。 （1） 采空区的瓦斯浓度降低后， 减少采空区的瓦斯涌出量， 避免瓦斯超限， 防 止瓦斯事故，为采掘工作面生产创造条件。 （2） 相邻工作面开采时， 由于裂隙， 造成瓦斯流动， 可减少已采

2、工作面所产生 的瓦斯的影响。 （3） 通过抽放，切断相邻煤层瓦斯向本煤层涌出的通道，减少瓦斯向工作面的 涌出量。这种抽放技术的效果，与钻孔的孔径、成孔率、钻孔在煤层顶板 的位置及抽放泵的能力等有关。 但主要且难控制的是采场的顶板控制及活 动规律。3 适用范围：高位钻孔多用于采空区瓦斯抽采和上隅角瓦斯治理。适用于高瓦斯 矿井和瓦斯突出矿井。对于弱透气性煤层，也可用高位钻孔。冒落带上部、裂隙 带中下部是布置高位钻孔的最佳区域。4 优点： （1）工艺简单、抽采范围广、抽采纯良大、不受瓦斯压力及煤层透气性影响。 （2）能应用于有突出危险性的煤层。解决上隅角瓦斯超限问题，保证工作面安 全回采。瓦斯涌出量

3、较大的采煤工作面仅靠加大风量不能解决瓦斯超限问题，加 大风量会增加采空区漏风， 瓦斯涌出量也会随之增加。 高位钻孔瓦斯抽放技术可 以提高瓦斯抽放率。提高工作面上隅角的瓦斯抽放率， 降低工作面的瓦斯涌出量， 工作面回采期间未出现瓦斯超限现象，改善了工作面的安全生产状况， 取得了较 好的经济和社会效益。 （3）高位钻孔抽放瓦斯适应性强，抽放效果明显。 （4）高位钻孔利用煤层开采后形成的裂隙卸压释放瓦斯，提高了煤层及围岩的 透气性，使瓦斯抽放量增大，具有抽放浓度高、稳定性好的优越性，是高瓦斯矿 井工作面治理瓦斯的有效方法。 （5）高位钻孔抽放具有其他抽放抽放方法不同的优点：在钻场，钻孔的施工当 中，

4、不与工作面其他生产换届发生冲突；抽放管理简单，钻场位置固定，连网管 路定期可进行回收、 经济效益显著； 水平钻孔全程在岩石施工， 减少钻孔踏孔现 象，提高了成孔率。缺点： （1）高位钻孔层位难控制，受工作而的地质条件、采高、推进速度、钻孔工艺 等因素影响，高位钻孔抽采瓦斯难以达到预期效果。2 （2）高位钻孔有效抽采钻孔长度短，钻孔利用率低，两茬钻孔交替时，抽采效 果不稳定，波动较大。 （3）受工作而构造和采动影响，钻孔施工成孔差，易坍塌堵塞、错断，有效抽 采断而减小，严重时无流量。 （4）钻孔漂移现象严重，钻孔施工质量难以保证。 （5）由于钻孔深度长，构造带内采用常规的钻孔施工工艺，钻孔施工进

5、度慢。 （6）打钻平台如做的过低，钻孔位于最佳位置处长度小，最佳抽放距离短；钻 孔终孔距离风巷平距过小时，容易导致钻孔通过裂隙与风巷贯通;钻场内各钻孔 间距太小，容易出现钻孔连通现象。注意事项： 采用顶板走向钻孔瓦斯抽放一般是为解决采煤工作面上隅角瓦斯的问题，所 以对此钻孔的要求重点是终孔位置。必须要在顶板裂隙带-裂隙带内由于回采 形成的裂隙空间，成为高浓度瓦斯的积聚区。将高位钻孔合理布置在裂隙带内， 通过高负压抽放， 在裂隙带内设计位置形成一个负压区，能使高位钻孔抽出高浓 度瓦斯， 有效降低采面瓦斯涌出量和上隅角及采面回风巷中瓦斯浓度，保证安全， 提高产量。 顶板裂隙钻孔抽采效果受抽采设备、

6、管网系统、 钻孔直径、 钻孔层位和地质 条件 等多种因素影响。钻孔瓦斯抽采量的高低不但影响工作面上隅角和回风流的瓦斯 浓度，而且直接制约采煤工作面的安全生产。钻孔开孔位置布置接近于水平时， 可保证钻孔一直在同一层位抽放，提高钻孔进入裂隙带内的范围， 但应避免穿入 采空区，以防大量漏气， 影响抽放效果。 高位钻孔抽放瓦斯时抽放钻孔仅是作为 引导瓦斯的通道， 故孔径的大小对抽放效果的影响不大。开采层采动后， 由于卸 压和层间裂隙的形成， 导致了邻近层瓦斯向采空区的涌出，瓦斯多数情况下已处 于流于流动状态，在保证抽放浓度安全许可条件下，可适当增大瓦斯抽放负压， 以提高瓦斯抽放效果。二、 顶板裂隙带钻

7、孔定义：顶板裂隙钻孔抽放瓦斯就是从回采工作面回风巷内沿煤层倾斜方向向煤层 顶板内施工钻场， 在钻场内向采空区上方的裂隙带内施工钻孔，利用抽放泵负压 动力抽放采空区顶板裂隙带及冒落带内积存的高浓度瓦斯，从而减少采空区瓦斯 向工作面上隅角的涌出，降低回采工作面上隅角和回风巷的瓦斯浓度。适用范围：适用于高瓦斯矿井，煤层赋存较深、矿井巷道内壁岩石硬度大。垮落 带和裂隙带瓦斯浓度高，回风流中瓦斯浓度超限的矿井。厚煤层。优点： （1）施工安全。在巷道内开口做钻场，会引起巷道内应力的重新分布，并且在 钻场内需要加强支护，浪费人力、物力;还要考虑钻场内通风问题。而在巷道帮3 上直接开口，则不存在上述问题。 （

8、2）抽放后，由于采面瓦斯涌出量降低，工作面配风量降低。改善了工作面作 业环境。由于瓦斯得到治理，工作面推进速度加快，便于顶板控制。 （3）通过高位顶板裂隙钻孔抽放，降低了瓦斯浓度，减少了工作面配风量，使 得工作面推进速度加快，从而降低了煤炭自然发火的危险性。 （4）节省施工时间。在巷道帮上开口不需要任何准备时间，随时都可以开口。 施工连续性好，中间不需要间隔时间;甚至可以多台钻机同时施工几组钻孔。 （5）施工灵活方便。由于钻场的断面有限，因此可施工高位抽放钻孔的数量受 限制;而且控制范围也有一定限制;工作面煤层赋存状况应该比较稳定，否则高抽 钻孔达不到预计的设计效果。 但在巷道帮上施工钻孔则不

9、受此限制，施工较为灵 活方便，因为控制距离较短， 受地质影响是很大， 可随时调整施工距离以及施工 角度等。缺点：增加了封孔难度。因为是在巷道帮上直接开口，绝大部分开口是全煤，质 地松软，极易塌孔，导致孔口密封不严密，容易漏气，需要封口人员严格把关。 封孔完毕后， 钻孔外面用黄泥密封， 并每天安排专人检查孔口密封及瓦斯抽放管 路状况，发现漏气要及时处理，确保抽放效果。注意事项： 顶板裂隙钻孔抽采效果受抽采设备、管网系统、 钻孔直径、 钻孔层位和地质 条件等多种因素影响。 钻孔瓦斯抽采量的高低不但影响工作面上隅角和回风流的 瓦斯浓度，而且直接制约采煤工作面的安全生产。高位顶板裂隙钻场钻孔的终孔 位

10、置要落在裂隙带内。 当钻孔布置在页岩、 沙质泥岩或其它软岩中时， 容易出现 塌孔现象。为了防止塌孔现象的发生，保证抽放效果，要在每个钻孔施工完后， 用钻机向钻孔内安装钢管。 煤层回采后，顶板形成的冒落带、裂隙带的高度与开采煤层的时间关系密切， 研究煤层顶板冒落带， 裂隙带时，要充分考虑煤层开采的时间在断层及地质构造 带附近布置高位顶板裂隙钻孔时，要详细调查钻孔布置层位的地质条件，分析钻 孔布置的可能性和在高负压作用下的变形趋势；此外，需选择合理的钻孔施工工 艺，优化钻孔成孔技术， 保证钻孔成形良好和正常抽采。在高位顶板裂隙钻孔抽 采效果出现异常时， 要及时组织技术人员， 认真分析原因， 重新制

11、订治理瓦斯的 方案和实施措施。三、 顺层钻孔定义： 顺着煤层的走向或者倾向方向而打的钻孔，这样的钻孔只在这一层煤里面， 不会穿到顶底板岩层中或者其他煤层中。适用范围：瓦斯突出矿井，薄煤层、厚煤层都可用，也用于透气性较好，煤质较 硬的易抽采的煤层。4 作用：利用顺层钻孔抽放采空区高处的高浓度瓦斯，提高抽放效率。优点： （1）顺层钻孔抽放采空区瓦斯能有效地降低瓦斯压力。 （2）利用顺层钻孔抽放本煤层的卸压瓦斯，可以解决回采过程中落煤产生的瓦 斯，是解决煤机落煤时瓦斯超限的有效办法。 （3）对于防治采煤工作面煤与瓦斯突出、降低回采过程中的瓦斯涌出量、大幅 度减少回采中的局部防突工作量以及加快回采速度

12、大幅减少采煤工作面的瓦斯 防治时间，从而提高采煤工作面和运输巷的安全施工进度。缺点： （1）方法具有局限性 （2）由于受钻孔夹角及漏气的影响，顺层孔抽放效果受钻孔夹角及漏气的影响。 （3）对于松软突出煤层，由于受煤层起伏、地质构造、煤层瓦斯、煤层力学性 质、煤层厚度、钻机具能力、施工工艺等因素影响，在顺层钻孔施工中，钻孔深 度往往达不到设计深度，致使采煤工作面经常出现预抽“空白区”。注意事项： 顺层抽放钻孔参数的确定要根据煤层赋存状况、工作面布置、 采掘接 替、钻孔施工设备、 现场施工条件等因素综合确定。 顺层抽放钻孔采取 “大直径、 长钻孔、长花管、长封孔” 。高抽巷定义：指的是在开采层顶部

13、处于采动影响形成的裂隙带内挖掘的专用抽放巷道， 分为走向高抽巷和倾向高抽巷。作用： 针对高瓦斯矿井的井下瓦斯抽放系统， 对回采工作面的瓦斯进行高位抽放， 降低工作面回采过程中的瓦斯浓度，减少瓦斯超限。 能够提高瓦斯抽采量， 同时 解决顶板走向钻孔在钻场接替期间效果差的问题，抽采效果更加稳定。适用范围：瓦斯涌出量在35m3/min 以上，煤与瓦斯突出矿井。顶板垮落，邻近 层瓦斯、围岩释放瓦斯的煤层。优点：高抽巷断面小、支护简单，施工进度快、不用维护、管理简单，费用低。 抽采浓度高、抽采量稳定、安全可靠. 通过高抽巷的应用，提高了工作面的瓦斯 抽放率，降低了工作面的瓦斯涌出量。 （1）煤层已采，存

14、在较多煤柱，无法布置走向高抽巷时，可以布置倾斜高抽巷， 并且内错尾巷便于铺设抽采瓦斯管路，有利于抽采管理。 （2）倾斜高抽巷施工简单，投资少，见效快，并且布置灵活。 （3）在配有尾巷的情况下，有效地解决了开采过程中邻近层涌出的瓦斯，并且 很好地解决了工作面上隅角瓦斯积聚问题。5 缺点： （1）利用倾向高抽巷虽然抽出率高，但开采初期高抽巷不起作用，瓦斯涌 出量增大影响正常生产，需要进一步改进。 （2）留煤柱发生自燃发火的可能性增大，要加强防治。注意事项：由于走向高抽巷的掘进率较高， 需要在工作面上方掘进1 条与工作面 进回风巷平行的走向巷道，一般与回风巷水平距离较近，工程量较大，因此，在 目前普

15、遍采掘连续紧张的情况下，大多数矿井采用倾斜高抽巷代替走向高抽巷。 影响高抽巷效果主要因素： 高抽巷层位要处于采空区裂隙带内。高抽巷水平 投影距回风巷平行距离要控制在1520m 范围内。高抽巷要封闭严实，保证 不漏气。抽采口位置距离封闭墙墙面要大于2m，高度应大于巷道高度的2/3， 应设有不能进入杂物的保护措施。高位钻孔施工情况1 钻孔高度确定 当工作面向前推进时，工作面后方的采空区沿垂直方向形成“三带”分布， 分别为垮落带、裂隙带和弯曲下沉带。采空区卸压瓦斯分布易集中在裂隙带内， 因此，为达到抽放瓦斯的作用，高位钻孔终孔位置应布置在裂隙带内。 垮落带和裂隙带垂直高度一般采用经验公式计算：H1=

16、H2=式中， H1：垮落袋高度； H2：裂隙带高度； h：采高。 高位钻孔高度 H3 应该满足下列条件： H1H2H3 2 距回风巷平距确定 为解决上隅角瓦斯浓度问题，高位钻孔应尽量布置在回风巷内，根据采空区 裂隙的“0”形圈理论，采空区四周存在一个离层裂隙发育的“0”形圈，其周边 宽度为 34 m 左右。而顶板高位钻孔在倾向方向上的有效控制范围与回风巷的距 离最大为 40 m，因此钻孔的终孔位置与回风巷中线的平距必须小于40 m。平距 具体应综合考虑矿井实际情况。 3 试验钻孔参数 经理论方法计算得，高位钻孔高度应满足15.40 m H331.3 m，且钻孔的终 孔位置与风巷中线的平距必须小于40 m。由于不同矿区煤层赋存条件的差异性， 高位钻孔高度和距回风巷的平距应根据煤矿实际情况进行修改和确定。6